CN1520950A - 锻件的制造方法和锻件的制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造金属的方法以及其制造装置，该方法包括一道熔融锻造材料的工序和一道浇铸熔融的锻造材料从而获得锻材预制件的工序，以及对锻材预制件进行锻造的工序。该锻材预制件包括一个或者多个标准的锻材预制件，其具有相同截面形状而长度不同的并且大体为圆柱形。根据本方法和本装置，可以通过进行标准预成型制件而生产出优良机械性能金属制品从而进行提高生产率和降低成本的锻造处理。

Description

锻件的制造方法和锻件的制造装置

技术领域

本发明涉及一种锻件的制造方法，其能够通过浇铸一熔融锻材而获得一种锻材预制件(a perform made of forged material)并将其制成具有不同尺寸和形状的各种锻件，本发明还涉及一种制造此锻件的装置，并涉及一种相应锻材预制件。本发明尤其涉及一种锻件的制造方法和一种锻件的制造装置，其中，该锻件在尺寸和形状上有较大变化，例如用于汽车等的车辆悬挂部件，通过使用一个或极少的标准锻材预制件并对其进行锻造，从而即使是利用该方法制造具有不同尺寸的复杂形状金属制品也可提高生产力，而且，本发明涉及标准锻材预制件。

背景技术

为避免全球环境问题之一的全球变暖，需要在全球范围内减少汽车的燃料消耗。减少燃料消耗、减少汽车重量的技术被认为是最有意义的。这是由于已经减少重量的汽车能够引起动力源上负载的降低从而实现不仅是汽油发动机而且也可以是其它动力源的燃料消耗的降低。一个最容易实现的重量减少技术是将使用的材料换成一种重量降低的材料。通常，利用一种铝合金材料，很多汽车部件，诸如发动机的气缸盖或者发动机气缸座已经被制造和使用了。

然而，大部分部件还是使用那些称为铸型的制品。铸型制品易于制造，但是机械强度的改进却受到限制。这样，将铸型制品用于诸如悬挂部件的汽车部件是困难的，因为这些部件要求具有低腐蚀性，足够的强度，优良的延伸性和极少的缺陷，这也与安全密切相关。作为替代者，已经被制造和使用了锻件或者压制铸型制品(低速注入的模制件)。

但是，锻件或压制铸型制品有一个高成本的问题要解决，并且其应用是很有限制的。使用现有的A6061合金或者类似产品生产的铝锻件并更适合用于汽车的悬挂部件，其成本高的原因主要是锻造材料本身成本高，并且制造工序也很多。还有，例如一种使用AC4CH合金而制造压制铸型制品需要很多制造工序并且浇铸速度慢，从而阻止生产力的提高和成本的降低。

另一方面，即使清理熔融金属等可减少缺陷的发生，但是由于受机械性能提高的限制，将通常的铸型制品应用到恶劣环境的悬挂部件也是很困难的。

这样，需要重新评述具有良好机械强度的锻件制造方法来降低成本。通常，在制造铝锻件时，购进的锻造材料是呈圆棒形的熟材料，根据所要生产的金属制品而切割成一定长度，然后，利用模具进行锻造，将产品和飞边分离开从而获得产品。通常，通过一收集装置拾起飞边并混在铸型制品中而再循环使用。从产品上分离出的飞边大约占模锻前的原材料的30％。也就是说，只有70％的锻造材料用在产品上，就原材料的可利用性而言造成很大浪费。因此可以认为减少这种浪费能够降低成本。

特别是，将由锻造而产生的不需要的飞边和诸如一种精炼材料的新锻造材料如熟材一起熔融，浇铸，模制，并对所获得的熔融金属进行锻造而获得锻件，并进行如热处理的后处理而生产—金属制品，使飞边得以再利用，并且使原材料的可利用性大约达到100％。由于原材料成本占锻造金属制品的全部成本的一大部分，所以与现有的锻件相比实现了成本的降低。这样，以低成本提供具有优良机械性能的锻造金属件可以满足市场的需求。

但是，尽管通过熔融，浇铸，和模制锻造金属的生产方法降低了原材料的成本，然而熔炉或浇铸装置所需要的新装置的成本必定会引起最初成本的减值。这样，虽然与现有的锻件相比实现了成本的降低，但是与铸造制品或者压铸制品相比没有实现成本的降低，所以仍然需要不断的研究以实现成本的进一步降低。

因此，需要像锻造金属制品一样的低成本金属制品，该制品需要具有良好的机械性能如强度和延伸性等，用于诸如汽车悬挂部件或者在严格条件下使用的车辆悬挂部件，但是，目前还没有出现合适的金属制品。

发明内容

本发明解决了上述的常见问题，其目的在于提高生产力并实现低成本生产金属制品，并研究出一种通过锻造而获得优良机械性能的金属制品的制造方法。此外，本发明的另一个目的是使用诸如铝合金作为金属来以较低的成本提供一种用于汽车等的轻便且坚固的车辆悬挂部件，这样减少了汽车燃料消耗从而减少排出二氧化碳，并对如防止全球变暖的环境保护措施有所贡献。

为解决上述问题，发明人对现有的锻造方法和其相关工艺进行了研究。本发明人发现，根据试验和误差的结果，通过制造金属制品可以实现上述目的，假设通过锻造处理来生产这样的金属制品，其方法包括：利用一次熔融锻造材料而获得锻材预制件的工序，和浇铸该获得的锻材预制件的工序。而且，即使金属制品具有不同尺寸和形状，通过尽可能使用一种方式、或极少数甚至是多种的方式来一次生产标准化锻材预制件的金属制品，该金属制品不需要相对于金属制品的尺寸或者形状的不同而浇铸锻材预制件，然后再对锻材预制件进行锻造。

特别是，本发明提供一种将一锻造材料制成具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其包括：熔融已锻造材料而获得熔融金属的工序，浇铸熔融了的金属而获得锻材预制件的工序，和锻造由锻选过的材料制作的预制件而获得锻件的工序，其特征在于，由锻选过的材料制成材预制件(锻材预制件)具有一个大体上为圆柱形的标准化的外形，或者是具有相同的截面形状和不同长度的—预定数量的标准化的外形。

在本发明中，锻材预制件的截面形状非常简单而且大体为圆柱形的形状。

根据本发明的锻件制造方法，车辆悬挂部件作为一种通过后处理，例如锻件的热处理具有更满意的机械性能的金属制品来讲，可更好地制造出来。更适合将铝合金用作一种锻造材料。本发明提供一种在上述锻件的制造方法中使用的锻材预制件，其具有一个大体上为圆柱形的标准外形，或者是具有相同的截面形状而长度不同的一预定数量的标准外形。

根据本发明，提供一种将一锻造材料制成具有不同尺寸和形状的锻件的装置，其至少包括：熔融锻造材料来获得熔融金属的熔融装置；浇铸熔融金属来获得锻材预制件的浇铸装置；以及锻造锻材预制件来获得锻件的锻造装置，其特征是该锻材预制件具有一个大体上为圆柱形的标准外形，或者是具有相同的截面形状而长度不同的一预定数量的标准外形。

附图说明：

图1为本发明的锻件制造方法的一个实施例的示意流程图。

图2为现有的制造锻件的方法的一个实施例的示意流程图。

图3为在本发明的锻件制造方法中使用的一个锻材预制件的标准外形的实施例的透视图。

图4为在本发明的锻件制造方法中使用的一个锻材预制件的实施例的透视图。

图5为利用本发明的锻件制造方法所制造的一种具有不同尺寸和形状的锻件的透视图。

图6为利用本发明的锻件制造方法所制造的一种具有不同尺寸和形状的锻件的另一实施例的顶视图。

图7为利用本发明的锻件制造方法所制造的一种具有不同尺寸和形状的锻件的又一实施例的顶视图。

具体实施方式

现在详细说明本发明的锻件制造方法，锻件制造装置及锻材预制件的实施例。本发明并不限于这些实施例，本领域的普通技术人员基于本发明的内容进行的各种改变，修改及改进都不脱离本发明的范围。

举例来说，在具体实施方式的描述中，通过锻造铝合金制造一种金属制品，将被作为一典型的金属制品来进行说明。但是，本发明的目的在于通过使一个锻材预制件标准化来提高生产率，从而即使是不同尺寸和形状的金属制品，也能减少所要制造的锻材预制件的数量；本发明的目的在于提供一种锻件的制造方法，该方法通过熔融和浇铸作为原材料的锻造材料而获得锻材预制件，并通过对这些准备好的锻材预制件进行锻造而获得具有优良机械性能的金属制品，以及一种制造该锻件的装置。其中，术语“作为锻造材料的金属”是指具有适于锻造的较高可塑性的锻造材料，并通过锻造成型为一金属制品，但是并不限于此。例如，除了铝合金(A6061)之外，金属还可以包括作为一种铁基合金的碳钢(例如S40c)或是特种钢(例如铬钼合金钢)，或者一种镁合金。

锻材预制件是指在一锻造装置中，通过用于模锻的浇铸装置来浇铸和预先浇铸一锻造材料，并且是指一种浇铸锻造材料。

本发明提供了制造锻件的方法，通过熔融和浇铸锻造材料获得锻材预制件，并通过对锻材预制件进行锻造获得锻件。本发明锻造的锻材预制件具有一个特征，即，即使当生产具有不同尺寸和形状的各种锻件时，该锻材预制件也具有一个大体上为圆柱体的标准外形或者为具有相同的截面形状而长度不同的预定数量的标准外形。

如果金属制品的生产是通过一次熔融和浇铸作为锻造材料的原材料来获得锻材预制件，并对锻材预制件进行锻造，那么将诸如飞边的废料再循环使用就能降低原材料成本。但是，在此制造方法中，如果与现有的锻造预处理一样，将锻造材料的圆形棒料切割成与金属制品相一致的尺寸和形状，那么当锻材预制件的尺寸和形状根据要制造的金属制品进行改变时就必须为每一个金属制品准备一个浇铸模具，从而增加了设备成本，而且由于每次需要重新更换浇铸模具也降低了生产率。

在本发明中，将锻材预制件标准化，使其最好具有一个标准化的外形，从而降低设备成本并减少维护和控制浇铸模具的人力。这样，在制造过程中就不需要重新更换浇铸模具从而提高了生产速度并增加了产量。

锻材预制件，例如利用模具锻造时，还可以在锻造前不切割。在现有的锻造预处理中，切割诸如市售的可锻材料的圆形棒以便与金属制品相对应并且倒角就不再需要了。

当根据金属制品的尺寸和形状，锻材预制件与金属制品的锻造比不是足够大得可以获得优良的锻造效果时，最好是除了一个锻材预制件之外再准备一个与金属制品相对应的锻材预制件。这是因为如果通过锻造获得的是机械性能不理想的金属制品时，即使其成本低，也不符合市场的需要。然而，为了提高生产力和降低成本，锻材预制件的数量尽可能要少。当制造最好是锻造产品的金属制品时，例如用于汽车等的车辆悬挂部件，一至三种的锻材预制件可以制成用于相同车辆型号的部件。

在根据本发明所提出的，最好是具有一个标准外形的锻材预制件来生产锻件的方法中，只要能够获得足够的锻造效果，就可对应于最大的金属制品来确定该锻材预制件的外形。这样，与准备很多锻材预制件时相比，在模锻之后从制品上分离出来的飞边会增加。然而在本发明中，飞边能被熔融和再循环使用，所以不会造成浪费。

现在，参考附图详述本发明。首先，参考流程图，与现有的方法进行对比来说明制造锻件的方法。图2为制造锻件的现有方法的一个例子的流程图。购入诸如原材料的锻造材料来作为一种新材料8，并且，例如在锻造装置63中利用模具进行锻造而获得一个锻件9，然后在后处理装置64中最好进行热处理以获得具有更理想机械性能的金属制品7。在锻造装置63中由模锻而产生的飞边材料5被排出一各装置之外并通过一收集装置来拾起。飞边材料5占新材料8的30％。市场上的锻造材料呈长圆棒形，而且其外表面覆盖一层氧化膜，这样，通常在锻造装置63进行锻造之前，要除去新材料8的氧化膜，将长的新材料8根据金属制品7(或锻件9)切成一长度，并在预处理装置65中将切削表面的边缘进行光滑倒角处理。

图1为本发明的锻件制造方法的一个实施例的示意流程图。与现有方法一样，锻造材料是，例如在锻造装置63中利用模具进行锻造而获得一个锻件9，然后最好在后处理装置64中进行热处理而获得具有更满意机械性能的金属制品7。然而，随后产生的飞边材料5，例如在锻造装置63进行模锻时，可作为一种开始材料有效地再循环使用而不再被排出系统之外。飞边材料5在熔炉61中与新材料8混合并熔化成熔融金属，并在浇铸装置62中浇铸成锻材预制件6。很快，在锻造装置63中对该锻材预制件6进行锻造，这样不需要除去氧化膜。

在本发明中，飞边材料5没有被排出而是作为锻件9的原材料被有效地利用。这样，为了减少飞边材料5的产生，不需要对通过浇铸而获得的锻材预制件6进行模制以便与金属制品7(或者锻件9)的尺寸和形状相对应，并且可以通过使锻材预制件6标准化成具有一个标准外形再进行锻造。

当制造具有不同形状和尺寸的金属制品7时，在制造过程中不需要改变浇铸装置62的浇铸模具，以及切割锻材预制件6和倒角，这样提高了生产率。当根据金属制品7的尺寸和形状不能获得更好的锻造效果时，可以准备多个锻材预制件6，但是对于较高的生产率来说，最好是将锻材预制件的尺寸和外形设计成对应于所要制造的金属制品7(或者是锻件9)，这样锻材预制件的种类的数量可以尽可能少。

如图1所示的示意流程图，锻材预制件6将标准化成最好具有一个标准的外形。这样，即使飞边材料5超过锻材预制件的30％，即比现有方法更高的百分比，但是飞边材料5可返回到熔炉61中并在该系统中有效地全部利用。这样，所加入的新材料的8的体积是不变的，并且无论不能变为产品的飞边材料5的体积是多少，该原材料的成本都可有效地降低。对于作为原材料的诸如可锻材料的新材料8来说，其构成通过昂贵锻造获得的金属制品7的全部成本的一大部分，这样，即使金属制品7是通过熔融和浇铸方法来制造的，也可以实现其成本的降低。

大体积的飞边材料5的产生意味着进行模锻的锻造材料与有效地变成锻件9和金属制品7的锻材预制件6的比率是小的。这也有助于减少金属制品7的内在缺陷。

最初的锻造材料缺乏铸造性，并且在浇铸和模制锻造材料来获得锻材预制件6时，最好能在锻材预制件的冒口端面上发生方向性的凝固和产生收缩腔等，从而避免在要进行锻造的其余部分的缺陷。这是因为如果要锻造成锻件9的部分占全部锻材预制件6的比例较小，那么要锻造的部分就易于具有所希望的性能。然而，为避免大量的不必要的飞边材料5产生和再熔融，考虑到锻造比，最好如上所述，将锻材预制件6的外形基本上按最大金属制品予以确定，而且从产品上分离出来的飞边材料5大约占锻材预制件6的30％-50％。

下面，说明锻材预制件的标准外形。标准外形是指在本发明的锻件制造方法中所使用的标准尺寸和形状。例如，三种标准外形是指标准外形的三种情况，其中或者是尺寸或者形状不同，或者是尺寸和形状都不同。

在本发明的锻件的制造方法中，锻材预制件最好具有一个标准外形，并且即使需要很多标准外形，也最好是限制标准外形的数量尽可能少地少。标准外形最好是大体为圆柱形，并且多个标准外形最好是具有相同的截面形状和不同的长度。

图3为一个例子。图3为在本发明锻件制造方法种所使用的锻材预制件的标准外形的一个实施例的侧视图。锻材预制件51至53都包括一个锻造部分11和一个冒口12，并且锻造部分11为具有相同直径D和不同长度L的圆柱体部分。

三个具有相同直径D和不同长度L的锻造部分11锻材预制件51至53可以通过一个浇铸模具而模制出来，该浇铸模具具有一个与具有最长锻造部分11的锻材预制件相对应的腔室。在模制锻材预制件51，52时，使用与模制锻材预制件53相同的浇铸模具，并且将较少量的熔融金属倒入到垂直设置的模具中从而凝固成一个具有所需要的长度的锻造部分11。这样该浇铸装置仅仅通过调节熔融金属的数量而不改变浇铸模具就可适应多种类型的金属制品，而不会降低生产力。

下面，说明通过本发明的锻件制造方法制造的金属制品。根据本发明的锻件制造方法，汽车通常使用的车辆悬挂部件可以作为一种最终获得的金属制品可通过例如锻造锻材预制件所制造出的锻件的热处理而更好地制造出来。尤其是，可以制造出车辆的悬挂部件，例如导管，低臂(lower arm)或者转向节。

通过进行由于昂贵而不能广泛使用的锻造，所制得的常用金属制品，尽管可以理解其制品具有优良的机械性能并适合用于需要较高强度的车辆悬挂部件。然而，本发明提高了生产率，实现了成本降低并且推动具有高性能的锻件的广泛使用。

更好的是制成一种用于汽车的较轻的车辆悬挂部件，并且在本发明中，最好使用铝合金作为原材料的熔融锻造材料，这样就能够显著地获得减轻重量。

图4至7示出本发明的锻材预制件，以及通过使用本发明的锻件制造方法而对锻材预制件进行锻造获得的锻件的形状举例。之后，锻件经过热处理等制成汽车的车辆悬挂部件，并具有显著不同的尺寸和形状。图5是导管2的透视图，图6是低臂3的顶视图，图7是转向节4的顶视图。只在图4中示出的锻材预制件6就能够满足这些具有不同形状和尺寸的锻件生产。

现在，说明锻造汽车的车辆悬挂部件的一种产品制造方法的实例。例如，通过日本工业标准的一种铝合金可锻材料A6061(下文中简称为一种A6061合金)可以作为锻造材料来使用。作为一种新材料的新A6061的合金，以及在锻造装置中通过模锻，尤其是通过一切边装置从锻件上分离出来的飞边，混合并在一熔炉中熔化，其中熔炉内的温度保持在大约680℃-780℃的范围来获得熔融金属。更可取的是通过排气，脱氧和过滤，除去夹杂物或者不纯气体并净化熔融金属。

这样，在浇铸装置中，将熔融金属倒入到已加热到大约230℃-270℃的浇铸模具中并凝固从而获得模制的锻材预制件6。锻造材料缺乏铸造性，这样其更适合于产生方向性的凝固和使用，一种具有高热传导性的材料的浇铸模具，该材料适合于方向性的凝固。

将锻材预制件冷却到大约为380℃-520℃的温度，此温度适于适合进行锻造，然后在锻造装置中，尤其是通过大约是2000-4000吨的压力机的作用，经过粗锻和精锻而制成锻件。冷却锻件并通过切边装置将其分成制品和飞边材料，然后将飞边材料与新的A6061合金混合作为开原材料而重新使用。

为了获得更好的锻造效果，根据导管2，低臂3和转向节4的尺寸和形状，最好将锻材预制件6的尺寸和形状设计成能够保证在锻造前后的锻造比大约为10∶1到2∶1。

锻材预制件6最好具有一如图4所示的矩形的简单形状。锻造材料缺乏流动性，因此简单形状可减少内部缺陷。此外，为避免碎片保留下来而引起内部缺陷，更可取的是如图4所示，在锻材预制件6中的锻造部分11的矩形表面之间进行倒角以形成一小的弯曲表面21。

当将如图4所示的锻材预制件6锻造成图5所示的导管2时，锻造比大约是5∶1到2∶1，并且分离下来的飞边大约占锻材预制件6的30％。对于图6所示的低臂3而言，锻造比大约是9∶1到2∶1，并且分离下来的飞边占锻材预制件6的10％-50％。对于图7所示的转向节4而言，锻造比大约是8∶1到3∶1，而且分离下来的飞边大约占锻材预制件6的40％。

综上所述，根据本发明的锻件的制造方法，锻件的制造装置及锻材预制件，可通过锻造获得具有优良机械性能的金属制品，提高了生产力并降低了成本。此外，使用例如铝合金作为金属来以低成本制造轻的车辆悬挂部件等，可以较少汽车的燃料消耗从而减少排出的二氧化碳并对如防止全球变暖的环境保护措施有所贡献。这是一个对于全球问题的解决方案。

Claims (8)

1.一种利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其包括：

熔融一种锻造材料来获得一种熔融金属的工序；

浇铸所述熔融金属来获得一种锻材预制件的工序；以及

锻造所述锻材预制件来获得一种锻件的工序；

其特征在于，所述锻材预制件包括一个、两个或者更多个的锻件，该锻件具有相同的截面形状的标准外形而且大体上为圆柱形。

2.如权利要求1所述的利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其特征在于所述锻材预制件的截面形状大体为圆形。

3.如权利要求1所述的利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其特征在于所述的方法还包括一个热处理工序，在该工序中将所述锻造材料经过所述热处理来获得一个金属制品；所述金属制品为一个车辆悬挂部件。

4.如权利要求2所述的利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其特征在于所述的方法还包括一个热处理工序，在该工序中将所述锻造材料经过所述热处理来获得一个金属制品；所述金属制品为一个车辆悬挂部件。

5.如权利要求1所述的利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其特征在于所述的锻造材料是一种铝合金。

6.如权利要求2所述的利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其特征在于所述的锻造材料是一种铝合金。

7.如权利要求3所述的利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的方法，其特征在于所述的锻造材料是一种铝合金。

8.一种利用锻造材料制造具有不同尺寸和形状的锻件的锻件制造装置，其至少包括：

熔融一种锻造材料来获得一种熔融金属的熔融装置；

浇铸所述的熔融金属来获得一种锻材预制件的浇铸装置；以及

锻造所述的锻材预制件来获得一个锻件的锻造装置；

其特征在于所述的锻材预制件包括一个、两个或者更多个的锻件，该锻件具有相同的截面形状的标准外形而且大体上为圆柱形。

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