CN116900254A - 一种铝合金摩托车车架的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金摩托车车架的成型方法，本方法得到的车架成品内部组织致密，无气孔、缩孔、疏松、裂纹缺陷；由于采用了密闭气压充型和增压补缩，既克服了普通铸造的浇注过程的氧化吸气，又实现了高于重力和大气压的高压补缩，有效降低摩托车铝合金车架的缺陷；并且车架力学性能高、变形小，无需校正即可装配；另外成型冷却过程中，通过缓冷并配合间隔冷却套的设置，可以在待冷却的车架毛坯外人工营造一个与其自身温度温差不大的环境，通过降低营造的环境温度的方式间接对其散热，相较于车架毛坯直接暴露冷却的方式，有效减小车架毛坯表面与内部之间的温度差，进而使车架毛坯冷却后不易出现局部形变的情况，进一步提高成品质量。

Description

一种铝合金摩托车车架的成型方法

技术领域

本发明涉及的一种车架的成型方法，特别是涉及应用于零件铸造成型领域的一种铝合金摩托车车架的成型方法。

背景技术

摩托车车架是跨接在摩托车前后轮轴的框架结构，是摩托车的基体。车架必须具有足够的强度和刚度以承受摩托车及骑行者的载荷和从车轮传来的冲击。它的功用是支撑、连接摩托车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受摩托车内外的各种载荷。早期的摩托车车架是钢材焊接结构，目前正在向“铝代钢”轻量化方向发展。用铝合金型材或管材焊接而成的摩托车车架，焊接过程变形严重，焊缝附近容易疲劳破坏，存在安全隐患。整体铸造摩托车车架则造型灵活、外观精美、整体强度高、安全可靠性高。但是，由于摩托车车架尺寸大、结构复杂、壁厚不均匀，整体成型容易在厚壁处产生收缩和裂纹缺陷，几何变形严重，整个摩托车车架难以一体成形。

现有技术仍然是采用铸件焊接组合的形式，但铝合金铸件的焊接工艺性能较差，导致成品质量较差，另外在铝合金铸造车架的过程中，在车坯冷却环节，由于铝合金内外冷却的温差较大，导致冷却后，车坯易翘曲变形，导致成型后的成品质量较差。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是车架成品的质量较低的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种铝合金摩托车车架的成型方法，摩托车铝合金车架分为左右两个对称的半车架，两个对称的半车架相互连接形成整体车架；

车架的成型方法包括以下步骤：

S1，预热模具：将上下模预热至150-230℃；

S2，铸造成形：向密闭的铝合金液保温炉内通入压缩空气或氮气或氩气，将铝合金液压满模腔，增压补缩并保压凝固；

S3，缓冷：留模冷却至250-380℃，打开模具，取出摩托车车架毛坯，置于缓冷区冷却至60℃以下；

S4，热处理：切除工艺余料，装入热处理炉，按照小于150℃/h的升温速度升温至515-540℃，并保温4-8h后，出炉入60-95℃热水冷却5min，取出后冷却1-10h，装入150-180℃的热处理炉内再次热处理，保温6-10h后出炉冷却至室温，得到摩托车铝合金车架的半车架；

S5，加工和组装：将两个对称的半车架切削加工后，连接在一起，得到本发明的摩托车铝合金车架。

在上述铝合金摩托车车架的成型方法中，车架成品内部组织致密，无气孔、缩孔、疏松、裂纹缺陷；由于采用了密闭气压充型和增压补缩，既克服了普通铸造的浇注过程的氧化吸气，又实现了高于重力和大气压的高压补缩，有效降低摩托车铝合金车架的缺陷；并且车架力学性能高、变形小，无需校正即可装配。

作为本申请的进一步改进，半车架模具为水平分模，半车架的外表面由下模成形，半车架带筋条的内表面由上模成形；上、下模均采用使用钢材料制成的金属模；车架上不能抽芯和脱模的结构采用砂芯成型；砂芯的室温抗压强度大于500kPa，温度超过400℃时抗压强度降低为50-200kPa。

作为本申请的再进一步改进，铝合金通过由ZL101合金锭和金属镁、金属铜、含稀土、锶及矾的铝合金配置而成，并且各配料的配比如下：含有铝85-95%，硅6-12%，镁0.3-0.8%，铜0.1-1.0%，稀土0.01-0.3%，矾0.01-0.03%，镓0.01-0.02%；钛0.05-0.15%，锶0.0001-0.003%，其中，铝合金内的杂质不大于0.3%。

作为本申请的更进一步改进，S2的铸造成型步骤中，采用压力10-30kPa的气压，将铝合金液压满模腔，并增高压力至31-600kPa保持20-120秒补缩和凝固。

作为本申请的更进一步改进，步骤S3中，缓冷区内设置有间隔冷却套，车架毛坯在缓冷区内冷却时，放置在间隔冷却套内。

作为本申请的更进一步改进，步骤S3中，车架毛坯放入间隔冷却套之前，先对间隔冷却套进行预热，且预热的温度低于车架毛坯，且温差为30-50℃。

作为本申请的更进一步改进，步骤S3中缓冷区的冷却步骤为：

首先向间隔冷却套外表面的循环套内对向通入比间隔冷却套表面温度低50-80℃的冷却油，每隔3分钟，下调一次冷却油的温度，冷却油两次调整的温差不小于15℃，当间隔冷却套表面温度降至100℃以下时，将冷却油更换成冷却水，且冷却水保持室温，当间隔冷却套表面温度降至60℃以下时，冷却水采用低温水。

作为本申请的又一种改进，间隔冷却套包括两个耐热套，两个耐热套外端均固定包裹有间冷罩，上下两个耐热套相互靠近的端部分别固定连接有上边环和下边环，耐热套外端还固定连接有隔间条，隔间条远离耐热套的外端与间冷罩相互密封接触，且隔间条将间冷罩内部分隔成上梳齿空间和下梳齿空间，间冷罩左上端固定连接有两个上换液管，两个上换液管均与上梳齿空间相通，间冷罩右下端固定连接有两个下换液管，两个下换液管均与下梳齿空间相通，隔间条与下换液管或上换液管向对应的内壁与间冷罩内壁之间固定连接有隔板。

作为本申请的又一种改进的补充，上边环的上端固定连接有多个吊装组件，下边环左右两下端均固定连接有支撑板，支撑板上端固定连接有导向杆，上边环左右两端均开凿有导向孔，导向孔与导向杆相互匹配。

作为本申请的又一种改进的补充，隔间条为绕着耐热套外表面分布的梳齿状结构，且隔间条首尾相连。

综上，本方法得到的铝合金车架具有以下特点：

首先，内部组织致密，无气孔、缩孔、疏松、裂纹缺陷；由于采用了密闭气压充型和增压补缩，既克服了普通铸造的浇注过程的氧化吸气，又实现了高于重力和大气压的高压补缩，所以可以得到无缺陷摩托车铝合金车架；

其次，力学性能高：车架本体取样，抗拉强度大于320MPa的同时，延伸率大于6%，达到了6061铝合金型材的强度级别；

另外，变形小，无需校正即可装配。本发明得到的左右半车架最大变形量≤1mm，在加工余量范围内，无需校正，即可装配。

并且由于采用了局部砂芯，不受车架结构限制，可以成型各种复杂结构的车架。

同时，配合间隔冷却套的设置，可以在待冷却的车架毛坯外人工营造一个与其自身温度温差不大的环境，相较于车架毛坯直接暴露冷却的方式，有效减小车架毛坯表面与内部之间的温度差，进而使车架毛坯冷却后不易出现局部形变的情况，进一步提高成品质量。

附图说明

图1为本申请第一种实施方式的流程图；

图2为本申请第二种实施方式的流程图；

图3为本申请第二种实施方式的间隔冷却套的立体图；

图4为本申请第二种实施方式的间隔冷却套上下两部分分离时的立体图；

图5为本申请第二种实施方式中间冷罩的截面图；

图6为本申请第二种实施方式中间冷罩的右侧视图；

图7为本申请第二种实施方式中间冷罩的左侧视图；

图8为本申请第二种实施方式中间冷罩的俯视截面图；

图9为本申请第二种实施方式的隔间条的部分立体图。

图中标号说明：

11耐热套、12间冷罩、21上边环、22下边环、23支撑板、31下换液管、32上换液管、4导向杆、5吊装组件、6隔间条、61隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的两种实施方式作详细说明。

第一种实施方式：

如图1所示一种铝合金摩托车车架的成型方法，摩托车铝合金车架分为左右两个对称的半车架，两个对称的半车架相互连接形成整体车架；

车架的成型方法包括以下步骤：

S1，预热模具：将上下模预热至150-230℃；

S2，铸造成形：向密闭的铝合金液保温炉内通入压缩空气或氮气或氩气，将铝合金液压满模腔，增压补缩并保压凝固；

S3，缓冷：留模冷却至250-380℃，打开模具，取出摩托车车架毛坯，置于缓冷区冷却至60℃以下；

S4，热处理：切除工艺余料，装入热处理炉，按照小于150℃/h的升温速度升温至515-540℃，并保温4-8h后，出炉入60-95℃热水冷却5min，取出后冷却1-10h，装入150-180℃的热处理炉内再次热处理，保温6-10h后出炉冷却至室温，得到摩托车铝合金车架的半车架；

S5，加工和组装：将两个对称的半车架切削加工后，连接在一起，得到本发明的摩托车铝合金车架。

半车架模具为水平分模，半车架的外表面由下模成形，半车架带筋条的内表面由上模成形；上、下模均采用使用钢材料制成的金属模；车架上不能抽芯和脱模的结构采用砂芯成型；砂芯的室温抗压强度大于500kPa，温度超过400℃时抗压强度降低为50-200kPa。

铝合金通过由ZL101合金锭和金属镁、金属铜、含稀土、锶及矾的铝合金配置而成，并且各配料的配比如下：含有铝85-95%，硅6-12%，镁0.3-0.8%，铜0.1-1.0%，稀土0.01-0.3%，矾0.01-0.03%，镓0.01-0.02%；钛0.05-0.15%，锶0.0001-0.003%，并且，铝合金内的杂质不大于0.3%。

S2的铸造成型步骤中，采用压力10-30kPa的气压，将铝合金液压满模腔，并增高压力至31-600kPa保持20-120秒补缩和凝固，可有效挤压铝合金液，使其充满模腔，且不易出现空隙，使成品结构致密，质量更好。

本方法得到的铝合金车架具有以下特点：

首先，内部组织致密，无气孔、缩孔、疏松、裂纹缺陷；由于采用了密闭气压充型和增压补缩，既克服了普通铸造的浇注过程的氧化吸气，又实现了高于重力和大气压的高压补缩，所以可以得到无缺陷摩托车铝合金车架；

其次，力学性能高：车架本体取样，抗拉强度大于320MPa的同时，延伸率大于6%，达到了6061铝合金型材的强度级别；

另外，变形小，无需校正即可装配。本发明得到的左右半车架最大变形量≤1mm，在加工余量范围内，无需校正，即可装配。

并且由于采用了局部砂芯，不受车架结构限制，可以成型各种复杂结构的车架。

第二种实施方式：

本实施例在第一种实施方式的基础上新增以下内容，其余部分与第一种实施方式保持一致。

图2示出，步骤S3中，缓冷区内设置有间隔冷却套，车架毛坯在缓冷区内冷却时，放置在间隔冷却套内；车架毛坯放入间隔冷却套之前，先对间隔冷却套进行预热，且预热的温度低于车架毛坯，且温差为30-50℃。

通过间隔冷却套的设置，可以在待冷却的车架毛坯外人工营造一个与其自身温度温差不大的环境，相较于车架毛坯直接暴露冷却的方式，有效减小车架毛坯表面与内部之间的温度差，进而使车架毛坯冷却后不易出现局部形变的情况，进一步提高成品质量。

步骤S3中缓冷区的冷却步骤为：

首先向间隔冷却套外表面的循环套内对向通入比间隔冷却套表面温度低50-80℃的冷却油，每隔3分钟，下调一次冷却油的温度，冷却油两次调整的温差不小于15℃，当间隔冷却套表面温度降至100℃以下时，将冷却油更换成冷却水，且冷却水保持室温，当间隔冷却套表面温度降至60℃以下时，冷却水采用低温水。

通过不断降低营造的环境温度的温度，从而对车架毛坯进行间接散热，相较于现有技术中部分直接将毛坯裸露的缓冷方式，进一步降低毛坯内外表面温度差，并且整个散热过程的温度可控，有效保证成品质量。

如图3-4，间隔冷却套包括两个耐热套11，两个耐热套11外端均固定包裹有间冷罩12，上下两个耐热套11相互靠近的端部分别固定连接有上边环21和下边环22，上边环21的上端固定连接有多个吊装组件5，通过吊装组件5的设置，可将上方的耐热套11进行起吊，便于两个耐热套11的合并与分离，从而便于车架毛坯在缓冷前后的取放，下边环22左右两下端均固定连接有支撑板23，支撑板23上端固定连接有导向杆4，上边环21左右两端均开凿有导向孔，导向孔与导向杆4相互匹配，导向杆4和导向孔用于限位，便于上方的耐热套11在吊装时的对位，便于安装。

如图5，耐热套11外端还固定连接有隔间条6，如图9，隔间条6为绕着耐热套11外表面分布的梳齿状结构，且隔间条6首尾相连，隔间条6远离耐热套11的外端与间冷罩12相互密封接触，且隔间条6将间冷罩12内部分隔成上梳齿空间和下梳齿空间，间冷罩12左上端固定连接有两个上换液管32，两个上换液管32均与上梳齿空间相通，间冷罩12右下端固定连接有两个下换液管31，两个下换液管31均与下梳齿空间相通，两个下换液管31中，其中一个作为进液口，另一个作为排液口，两个上换液管32亦同样设置。

如图6-7，隔间条6与下换液管31或上换液管32向对应的内壁与间冷罩12内壁之间固定连接有隔板61，由于隔板61在两个下换液管31之间形成阻隔，使一个下换液管31处进液后，需要沿着上梳齿空间穿梭，绕耐热套11表面一圈后到达另一个下换液管31处排出，实现对耐热套11的降温，通过上换液管32进行进液和排液的液体同样经过上述过程，由于下换液管31和上换液管32的位置中心对称，使在上梳齿空间和下梳齿空间内循环移动的冷却液的温度可相互补偿，有效避免冷却液时间延长温度升高，导致耐热套11表面温度分布不均，有效维持耐热套11表面温度分布的均匀性，使对车架毛坯的间接散热更好，有效保证冷却时不易造成局部形变。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述摩托车铝合金车架分为左右两个对称的半车架，两个对称的半车架相互连接形成整体车架；

所述车架的成型方法包括以下步骤：

S1，预热模具：将上下模预热至150-230℃；

S2，铸造成形：向密闭的铝合金液保温炉内通入压缩空气或氮气或氩气，将铝合金液压满模腔，增压补缩并保压凝固；

S3，缓冷：留模冷却至250-380℃，打开模具，取出摩托车车架毛坯，置于缓冷区冷却至60℃以下；

S4，热处理：切除工艺余料，装入热处理炉，按照小于150℃/h的升温速度升温至515-540℃，并保温4-8h后，出炉入60-95℃热水冷却5min，取出后冷却1-10h，装入150-180℃的热处理炉内再次热处理，保温6-10h后出炉冷却至室温，得到摩托车铝合金车架的半车架；

S5，加工和组装：将两个对称的半车架切削加工后，连接在一起，得到本发明的摩托车铝合金车架。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述半车架模具为水平分模，所述半车架的外表面由下模成形，半车架带筋条的内表面由上模成形；所述上、下模均采用使用钢材料制成的金属模；所述车架上不能抽芯和脱模的结构采用砂芯成型；所述砂芯的室温抗压强度大于500kPa，温度超过400℃时抗压强度降低为50-200kPa。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述铝合金通过由ZL101合金锭和金属镁、金属铜、含稀土、锶及矾的铝合金配置而成，并且各配料的配比如下：含有铝85-95%，硅6-12%，镁0.3-0.8%，铜0.1-1.0%，稀土0.01-0.3%，矾0.01-0.03%，镓0.01-0.02%；钛0.05-0.15%，锶0.0001-0.003%，其中，铝合金内的杂质不大于0.3%。

4.根据权利要求3所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述S2的铸造成型步骤中，采用压力10-30kPa的气压，将铝合金液压满模腔，并增高压力至31-600kPa保持20-120秒补缩和凝固。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述步骤S3中，缓冷区内设置有间隔冷却套，所述车架毛坯在缓冷区内冷却时，放置在间隔冷却套内。

6.根据权利要求5所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述步骤S3中，车架毛坯放入间隔冷却套之前，先对间隔冷却套进行预热，且预热的温度低于车架毛坯，且温差为30-50℃。

7.根据权利要求6所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述步骤S3中缓冷区的冷却步骤为：

首先向间隔冷却套外表面的循环套内对向通入比间隔冷却套表面温度低50-80℃的冷却油，每隔3分钟，下调一次冷却油的温度，冷却油两次调整的温差不小于15℃，当间隔冷却套表面温度降至100℃以下时，将冷却油更换成冷却水，且冷却水保持室温，当间隔冷却套表面温度降至60℃以下时，冷却水采用低温水。

8.根据权利要求1所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述间隔冷却套包括两个耐热套（11），两个所述耐热套（11）外端均固定包裹有间冷罩（12），上下两个所述耐热套（11）相互靠近的端部分别固定连接有上边环（21）和下边环（22），所述耐热套（11）外端还固定连接有隔间条（6），所述隔间条（6）远离耐热套（11）的外端与间冷罩（12）相互密封接触，且隔间条（6）将间冷罩（12）内部分隔成上梳齿空间和下梳齿空间，所述间冷罩（12）左上端固定连接有两个上换液管（32），两个所述上换液管（32）均与上梳齿空间相通，所述间冷罩（12）右下端固定连接有两个下换液管（31），两个所述下换液管（31）均与下梳齿空间相通，所述隔间条（6）与下换液管（31）或上换液管（32）向对应的内壁与间冷罩（12）内壁之间固定连接有隔板（61）。

9.根据权利要求8所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述上边环（21）的上端固定连接有多个吊装组件（5），所述下边环（22）左右两下端均固定连接有支撑板（23），所述支撑板（23）上端固定连接有导向杆（4），所述上边环（21）左右两端均开凿有导向孔，所述导向孔与导向杆（4）相互匹配。

10.根据权利要求9所述的一种铝合金摩托车车架的成型方法，其特征在于：所述隔间条（6）为绕着耐热套（11）外表面分布的梳齿状结构，且隔间条（6）首尾相连。