CN118455490A - 一种铝合金一体式制动卡钳低压模具及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铝合金一体式制动卡钳低压模具及生产工艺，涉及铸造技术领域，包括底板，所述底板上设置有右模芯和左模芯，所述右模芯和左模芯的内部结构相同，且右模芯和左模芯上均设置有浇口组件；本发明利用低压铸造工艺的特点，生产效率和成品率比重力铸造要高；本发明低压铸造生产铸件组织致密度要比重力铸造高，机械性能结果更优异。

Description

一种铝合金一体式制动卡钳低压模具及生产工艺

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种铝合金一体式制动卡钳低压模具及生产工艺。

背景技术

制动卡钳是汽车制动系统的重要组成部分，一体式制动卡钳较比分体式卡钳具有更好的刚性和抗变形能力，更稳定的制动性能，同时铝合金卡钳比铸铁卡钳在重量、散热性能、耐腐蚀性能及视觉效果更有优势。因此随着汽车行业越来越注重绿色环保与外观，一体式铝合金制动卡钳在中高端乘用车上占比越来越高。制动卡钳生产工艺目前以重力铸造为主。由于重力铸造过程中金属液流动及补缩依靠自然重力，因此金属液的充型和补缩能力相对较差，这会导致铸件组织致密性差，气孔含量高，从而影响卡钳的质量和性能。并且重力铸造的尺寸精度相对较低，表面质量较差，也不能满足中高端汽车关于卡钳美观时尚的外观要求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，包括底板，所述底板上设置有右模芯和左模芯，所述右模芯和左模芯的内部结构相同，且右模芯和左模芯上均设置有浇口组件；还包括顶杆推板，所述顶杆推板上设置有顶杆，顶杆推板带动顶杆升降，通过顶杆将铸件脱模；所述右模芯包括上模芯和下模芯，所述上模芯固定安装在顶板，所述下模芯固定安装在底板上，通过顶板带动上模芯升降运动，实现模具的开模和合模，所述上模芯和下模芯之间设置有砂芯，用于成型铸件的空腔结构，所述砂芯和负压排气装置相连；所述浇口组件包括通过压板固定在下模芯上的浇口套和浇口杯；所述浇口组件还包括分流锥，所述分流锥固定安装在上模芯上，所述浇口套、浇口杯和分流锥同轴设置。

进一步的，所述浇口套上放置有过滤网，所述过滤网采用纤维材质。

进一步的，所述浇口套和浇口杯为陶瓷材质。

进一步的，所述右模芯上还设置有冒口，所述冒口上部设置有保温镶块，所述保温镶块的内部放置有石棉。

进一步的，所述保温镶块的厚度为3-5mm。

进一步的，所述右模芯上还设置有新型冷却镶块，右模芯上的新型冷却镶块位于铸件的厚大位置；新型冷却镶块由镶块一和镶块二组成，二者紧密配合并且焊接在一起；镶块一采用采用空腔结构，壁厚为15-20mm；镶块二有进水管路和出水管路，管路直径为8mm。

进一步的，所述上模芯与下模芯之间的分型面上设置有排气槽，深度为0.1-0.25mm，宽度为20-35mm。

进一步的，所述上模芯与下模芯之间还设置有挡铝台，高度为15-40mm，配合间隙为2-4mm。

进一步的，顶杆直径为8-16mm，并且配合顶杆套使用，顶杆套上设置有排气槽。

一种铝合金一体式制动卡钳生产工艺，包括如下步骤，

S1.铝液熔炼：

铝合金由以下重量百分比的原料构成：Si，6.5-7.5%；Mg，0.4-0.6%；Ti，0.05-0.2%；Sr，0.02-0.03%；Fe≤0.13%；Gu≤0.02%；其他单个元素（除Al外）≤0.03%；其他元素总量（除Al外）≤0.10%，剩余Al；

铝液熔炼后使用氮气进行精炼，精炼时间15-25min，精炼温度700-720℃，精炼后铝液保温静置30-50min后使用；

S2.砂芯制备：

采用有机树脂砂，要求发气量≤13ml/g；粒度指数AFS：53-63；制备过程中砂芯模温度200-230℃，固化时间180-200s；

砂芯制作完成后表面均匀涂抹复合涂料，然后在100℃下彻底烘干备用；

其中复合涂料是醇基涂料和酒精按照1:1比例混合均匀后使用；涂抹涂料可以防止铸件表面粘砂，提高铸件的表面质量；

S3.低压铸造：

将准备好的砂芯放入型腔，并且用风枪吹扫型腔，然后每个浇口位置都放置一个过滤网，然后合模；

铸造过程铝液温度设置700-720℃；

升液阶段：5-15s，压力由0升至100-160mbar，此阶段铝液在压力的作用下从保温炉中升到浇口杯下端；

稳压阶段：1-5s，压力和升液阶段压力维持不变，此阶段保证铝液在充型过程中维持一个平稳的液面；

充型阶段：15-25s，压力由100-160mbar升至200-280mbar，此阶段铝液在压力持续作用下通过浇口套、浇口杯缓慢充满整个型腔；

增加阶段：5-10s，压力由200-280mbar迅速升至600-900mbar，此阶段为铝液充满型腔后，压力继续增大阶段；

压力保持阶段：100-150s，压力保持在600-900mbar，此阶段对型腔进行持续补缩、冷却的阶段；

冷却阶段：80-110s，此阶段泄压后，15在型腔内持续凝固冷却；

负压排气装置连接的风道全程开启；

S4.震砂：

铸件冷却至室温后，将铸件中的砂芯震散，清除干净；

S5.粗加工：

将铸件的浇道按照图纸要求去除；

S6.热处理：

固溶温度535-545℃，固溶保温时间420-500min，淬火水温30-50℃，时效温度160-175℃，时效保温时间300-380min。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）利用低压铸造工艺的特点，生产效率和成品率比重力铸造要高；（2）低压铸造生产铸件组织致密度要比重力铸造高，机械性能结果更优；（3）采用本发明工艺制备的铝合金一体式制动卡钳，屈服强度大于280MPa，抗拉强度大于320MPa，延伸率大于2%，铸造生产效率可达到300s两件，成品率大于95%；（4）由于制动卡钳造型的相似性，本发明对一体式制动卡钳具有很强的通用性。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明的整体结构剖视图。

图4为本发明一体化制动卡钳结构示意图。

图5为本发明浇注系统示意图。

图6为本发明砂芯示意图。

图7为本发明顶杆套示意图。

图8为本发明排气塞示意图。

图中：1-底板；2-顶板；3-连接板；4-顶杆推板；5-右模芯；6-左模芯；7-复位杆；8-定位键；9-负压排气装置；10-顶杆；11-保温镶块；12-上模芯；13-挡铝台；14-顶杆套；15-铸件；16-下模芯；17-点冷接头；18-分流锥；19-排气塞；20-砂芯；21-过滤网；22-浇口套；23-浇口杯；24-压板；25-顶杆凸台；26-冒口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-图8所示的一种铝合金一体式制动卡钳低压铸造模具，首先要实现精益化的浇注系统设计，一方面要有足够的补缩能力，实现铸件的顺序凝固，保证铸造成品率，另一方面要尽量减少浇注系统的重量，提升材料利用率和缩短铸造节拍。结合一体式卡钳的产品结构特点，从铸件15两侧设置两个浇口，两个浇口分别连接2个内浇道和3个内浇道，内浇道连接铸件15进行补缩。根据模拟分析计算，铸件15重量3-5kg，浇口最小直径50mm，浇口厚度为25-40mm，内浇道的宽度为35-55mm，内浇道的厚度大于进浇口位置铸件15截面厚度的2/3。同时每个内浇道上距离铸件10-15mm的位置设置一处冒口26，来保证浇道的补缩能力，冒口26的高度大于进浇口位置铸件15截面厚度的2倍。

一种铝合金一体式制动卡钳低压铸造模具，包括底板1、顶板2、连接板3、顶杆推板4、右模芯5、左模芯6、复位杆7、定位键8和顶杆10，底板1上设置有右模芯5和左模芯6，右模芯5和左模芯6的结构相同，且互为镜像的关系，且右模芯5和左模芯6上均设置有浇口组件；顶杆推板4和设备的顶出油缸连接，顶杆推板4上设置顶杆10，顶杆推板4带动顶杆10顶出，顶杆10和铸件15上的顶杆凸台25相接触，实现铸件15的脱模，这样一方面可以防止顶杆10在铸件15上残留顶出印记，影响铸件15的外观，另外也可以避免由于浇道收缩，导致顶杆10顶空的问题；顶杆10直径8-16mm，并且配合顶杆套14使用，这样可以保护模具，另外顶杆套14上设置有排气槽，还能起到排气的作用；模具合模时，复位杆7可以将顶杆推板4完全复位，复位杆7设置在底板1上，复位杆7的上方设置有限位杆，复位杆7和限位杆相接触，限位杆设置在顶杆推板4上，限位杆上套设有弹簧，弹簧的第一端固定安装在顶杆推板4上，弹簧的第二端固定安装在顶板2上。

右模芯5包括上模芯12、下模芯16和砂芯20，下模芯16固定安装在底板1上，下模芯16上设置有四组定位键8，合模时，通过定位键8实现下模芯16和上模芯12的精准合模。

底板1和低压铸造机连接固定不动，上模芯12固定安装在顶板2上，顶板2和连接板3固定安装，顶板2通过连接板3和移动台板相连，移动台板通过连接板3带动顶板2和上模芯12升降运动，实现模具的开模和合模，上模芯12和下模芯16中间设置有砂芯20，用于成型铸件15的空腔结构，砂芯20和负压排气装置9相连；砂芯20受热会产生大量气体，导致铸件15出现气孔和针眼，因此在砂芯20的厚大位置，设置负压排气装置9。在砂芯20上放置排气塞19，直径8-12mm，然后通过模具直孔和上方的负压排气装置9联通，负压排气装置9通气时，对通道内产生负压，将砂芯20受热产生的气体吸出。

浇口组件包括浇口套22、浇口杯23、压板24和分流锥18，浇口套22、浇口杯23通过压板24固定在下模芯16上，分流锥18固定在上模芯12上，浇口套22、浇口杯23、分流锥18三者轴心在一条直线上；浇口套22和浇口杯23均为陶瓷材质，采用陶瓷浇口套22和浇口杯23能够有效的提升浇口位置的保温能力，减小浇口铝液温度损失，提升浇口位置的补缩能力。分流锥18上设置有点冷接头17，铝液充型时分流锥18可以起到改变铝液流向的作用，凝固时，分流锥18可以冷却浇口，缩短铸造节拍。

浇口套22上放置有圆锥形的过滤网21，合模后利用分流锥18压住过滤网21，防止铝液将过滤网21冲走。过滤网21采用纤维材质，这样带有过滤网21的浇道被切除后可以直接进行熔炼，纤维网不会污染铝液，这样能减少原材料浪费提升经济效益。

右模芯5浇道上设置有冒口26，冒口26上部设置有保温镶块11，保温镶块11的内部放置有石棉，以增加冒口26的补缩能力。

保温镶块11的厚度为3-5mm。

右模芯5上还设置有新型冷却镶块，右模芯5上的新型冷却镶块位于铸件15的厚大位置，以提高铸件15局部冷却速度，实现顺序凝固并且获得更细小的晶粒组织；新型冷却镶块由镶块一和镶块二组成，二者紧密配合并且焊接在一起，防止漏水。

镶块一采用空腔结构，壁厚15-20mm；镶块二有进水管路和出水管路，管路直径8mm；工作时，冷却水通过进水管路进入镶块一空腔，充满空腔后可以通过出水管路流出；传统冷却镶块只有冷却管路，新型的冷却镶块由于内部存在水腔，换热更加充分，冷却能力要远大于传统冷却镶块。

上模芯12与下模芯16之间的分型面上设置有排气槽，深度为0.1-0.25mm，宽度20-35mm。

上模芯12与下模芯16之间还设置有挡铝台13，高度15-40mm，配合间隙2-4mm，挡铝台13可以防止生产过程中的铝液泄漏。

一种铝合金一体式制动卡钳生产工艺，包括如下步骤，

S1.铝液熔炼：铝合金由以下重量百分比的原料构成：Si，6.5-7.5%；Mg，0.4-0.6%；Ti，0.05-0.2%；Sr，0.02-0.03%；Fe≤0.13%；Gu≤0.02%；其他单个元素（除Al外）≤0.03%；其他元素总量（除Al外）≤0.10%，剩余Al；铝液熔炼后使用氮气进行精炼，精炼时间15-25min，精炼温度700-720℃，精炼后铝液保温静置30-50min后使用；精炼和静置可以提高铝液的纯净度，减少铝液的含气量和夹渣。

S2.砂芯制备：采用有机树脂砂，要求发气量≤13ml/g；粒度指数AFS：53-63；制备过程中砂芯模温度200-230℃，固化时间180-200s；砂芯20制作完成后表面均匀涂抹复合涂料，然后在100℃下彻底烘干备用；其中复合涂料是醇基涂料和酒精按照1:1比例混合均匀后使用；涂抹涂料可以防止铸件15表面粘砂，提高铸件15的表面质量。

S3.低压铸造：将准备好的砂芯20放入型腔，并且用风枪吹扫型腔，然后每个浇口位置都放置一个过滤网21，然后合模；铸造过程铝液温度设置700-720℃；升液阶段：5-15s，压力由0升至100-160mbar，此阶段铝液在压力的作用下从保温炉中升到浇口杯23下端；稳压阶段：1-5s，压力和升液阶段压力维持不变，此阶段保证铝液在充型过程中维持一个平稳的液面；充型阶段：15-25s，压力由100-160mbar升至200-280mbar，此阶段铝液在压力持续作用下通过浇口套23、浇口杯22缓慢充满整个型腔；增加阶段：5-10s，压力由200-280mbar迅速升至600-900mbar，此阶段为铝液充满型腔后，压力继续增大阶段；压力保持阶段：100-150s，压力保持在600-900mbar，此阶段对型腔进行持续补缩、冷却的阶段；冷却阶段：80-110s，此阶段泄压后，铸件15在型腔内持续凝固冷却；负压排气装置9连接的风道全程开启。

S4.震砂：铸件15冷却至室温后，将铸件15中的砂芯20震散，清除干净。

S5.粗加工：将15铸件的浇道按照图纸要求去除。

S6.热处理：固溶温度535-545℃，固溶保温时间420-500min，淬火水温30-50℃，时效温度160-175℃，时效保温时间300-380min。

利用低压铸造实现铝合金制动卡钳的高效，稳定生产。采用该工艺制备的铝合金一体式制动卡钳，屈服强度大于280MPa，抗拉强度大于320MPa，延伸率大于2%，铸造生产效率可达到300s两件，成品率大于95%。

Claims (10)

1.一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，包括底板（1），其特征在于，所述底板（1）上设置有右模芯（5）和左模芯（6），所述右模芯（5）和左模芯（6）的结构相同，且右模芯（5）和左模芯（6）上均设置有浇口组件；

还包括顶杆推板（4），所述顶杆推板（4）上设置有顶杆（10），顶杆推板（4）带动顶杆（10）升降，通过顶杆（10）将铸件（15）脱模；

所述右模芯（5）包括上模芯（12）和下模芯（16），所述上模芯（12）固定安装在顶板（2），所述下模芯（16）固定安装在底板（1）上，通过顶板（2）带动上模芯（12）升降运动，实现模具的开模和合模，所述上模芯（12）和下模芯（16）之间设置有砂芯（20），用于成型铸件（15）的空腔结构，所述砂芯（20）和负压排气装置（9）相连；

所述浇口组件包括通过压板（24）固定在下模芯（16）上的浇口套（22）和浇口杯（23）；

所述浇口组件还包括分流锥（18），所述分流锥（18）固定安装在上模芯（12）上，所述浇口套（22）、浇口杯（23）和分流锥（18）同轴设置。

2.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述浇口套（22）上放置有过滤网（21），所述过滤网（21）采用纤维材质。

3.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述右模芯（5）上还设置有冒口（26），所述冒口（26）上部设置有保温镶块（11），所述保温镶块（11）的内部放置有石棉。

4.如权利要求3所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述保温镶块（11）的厚度为3-5mm。

5.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述右模芯（5）上还设置有新型冷却镶块，右模芯（5）上的新型冷却镶块位于铸件（15）的厚大位置；

新型冷却镶块由镶块一和镶块二组成，二者紧密配合并且焊接在一起，镶块一采用采用空腔结构，壁厚为15-20mm；镶块二有进水管路和出水管路，管路直径为8mm。

6.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述上模芯（12）与下模芯（16）之间的分型面上设置有排气槽，深度为0.1-0.25mm，宽度为20-35mm。

7.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述上模芯（12）与下模芯（16）之间还设置有挡铝台（13），高度为15-40mm，配合间隙为2-4mm。

8.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述顶杆（10）直径为8-16mm，并且配合顶杆套（14）使用，顶杆套（14）上设置有排气槽。

9.如权利要求1所述的一种铝合金一体式制动卡钳低压模具，其特征在于：所述浇口套（22）和浇口杯（23）为陶瓷材质。

10.一种铝合金一体式制动卡钳生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1.铝液熔炼：

铝合金由以下重量百分比的原料构成：Si，6.5-7.5%；Mg，0.4-0.6%；Ti，0.05-0.2%；Sr，0.02-0.03%；Fe≤0.13%；Gu≤0.02%；其他单个元素（除Al外）≤0.03%；其他元素总量（除Al外）≤0.10%，剩余Al；

铝液熔炼后使用氮气进行精炼，精炼时间15-25min，精炼温度700-720℃，精炼后铝液保温静置30-50min后使用；精炼和静置可以提高铝液的纯净度，减少铝液的含气量和夹渣；

S2.砂芯制备：

采用有机树脂砂，要求发气量≤13ml/g；粒度指数AFS：53-63；制备过程中砂芯模温度200-230℃，固化时间180-200s；

砂芯（20）制作完成后表面均匀涂抹复合涂料，然后在100℃下彻底烘干备用；

其中复合涂料是醇基涂料和酒精按照1:1比例混合均匀后使用；涂抹涂料可以防止铸件（15）表面粘砂，提高铸件（15）的表面质量；

S3.低压铸造：

将准备好的砂芯（20）放入型腔，并且用风枪吹扫型腔，然后每个浇口位置都放置一个过滤网（21），然后合模；

铸造过程铝液温度设置700-720℃；

升液阶段：5-15s，压力由0升至100-160mbar，此阶段铝液在压力的作用下从保温炉中升到浇口杯（23）下端；

稳压阶段：1-5s，压力和升液阶段压力维持不变，此阶段保证铝液在充型过程中维持一个平稳的液面；

充型阶段：15-25s，压力由100-160mbar升至200-280mbar，此阶段铝液在压力持续作用下通过浇口套（23）、浇口杯（22）缓慢充满整个型腔；

增加阶段：5-10s，压力由200-280mbar迅速升至600-900mbar，此阶段为铝液充满型腔后，压力继续增大阶段；

压力保持阶段：100-150s，压力保持在600-900mbar，此阶段对型腔进行持续补缩、冷却的阶段；

冷却阶段：80-110s，此阶段泄压后，铸件（15）在型腔内持续凝固冷却；

负压排气装置（9）连接的风道全程开启；

S4.震砂：

铸件（15）冷却至室温后，将铸件（15）中的砂芯（20）震散，清除干净；

S5.粗加工：

将铸件（15）的浇道按照图纸要求去除；

S6.热处理：

固溶温度535-545℃，固溶保温时间420-500min，淬火水温30-50℃，时效温度160-175℃，时效保温时间300-380min。