一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统的制作方法

本发明涉及铸造模具技术领域，具体指一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统，尤其是麦弗逊式悬挂系统用铝合金转向节铸造模具的冷却系统。

背景技术：

麦弗逊式独立悬挂具有结构简单、质轻、响应速度快等优点，因而成为目前应用最广泛的汽车前悬挂系统。转向节作为此类悬挂系统中极其重要的安全结构件，在转向、紧急制动、侧滑、越过不平路面时承受多种疲劳载荷作用和意外事件的冲击。因此，其必须具有优良的综合性能，以保证汽车和驾驶安全。

早期的转向节多为采用整体锻造成形，但锻造成品率低、生产成本高；对于形状复杂的转向节，则采用焊接式和螺栓连接式。为解决锻造方法生产转向节的上述问题和不足，采用球墨铸铁整体铸造成形转向节的方法得到了广泛应用，这种方法实现了转向节零件一体化成形，生产工序少，是目前各种汽车转向节成形的主要方法。

然而，随着对汽车轻量化、降低燃油消耗的要求不断提高，转向节零件面临着升级换代的迫切需求，正逐步趋向于“以铝代铁”的方向发展。目前，关于铸造铝合金转向节的研发，主要采用了挤压铸造、差压铸造、低压铸造三种成形工艺。在铸造过程中，模具结构是影响铸件凝固行为、成品率和生产效率的主要因素，决定铸件的凝固组织与力学性能、以及铸造缺陷的形成等，尤其是冷却系统。因此，如何优化冷却系统的设计以避免引起凝固收缩缺陷、减小模具变形、加快铸件的冷却速度，是铸造铝合金转向节模具开发考虑的重点。

技术实现要素：

铝合金铸造生产中，点冷和线冷是应用水冷最常见的冷却方式。然而，这两种方式的冷却强度有限，尤其是对于铸件厚壁部位，易因冷却强度不足而导致心部组织粗大，进而影响铸件的性能。因此，对于形状复杂、壁厚相差较大的汽车安全结构件而言，仅采用点冷和线冷工艺难以满足其组织性能的要求，如麦弗逊式悬挂系统用转向节零件。

为了克服现有技术的不足，本发明针对麦弗逊式悬挂系统用铝合金转向节的结构特征、性能要求以及铸造工艺性等多方面因素，提供了一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统，包括模具本体，所述模具本体内设置有模腔，其中所述模腔包括有对应减震器安装孔部位的减震器部位腔、对应横向拉杆球销安装孔部位的拉杆部位腔、对应三角臂球销安装孔部位的三角臂部位腔、对应制动卡钳球销安装孔部位的卡钳部位腔。所述模具本体内对应减震器部位腔的位置处设置有减震器部位面冷却槽，对应拉杆部位腔的位置处设置有拉杆部位点冷却腔，对应三角臂部位腔的位置处设置有三角臂部位线冷却槽，对应卡钳部位腔的位置处设置有卡钳部位点冷却槽。其中所述减震器部位面冷却槽为面状冷却槽，所述拉杆部位点冷却腔、卡钳部位点冷却槽为朝向模腔的管状冷却腔，所述三角臂部位线冷却槽为围绕三角臂部位腔的管状冷却腔。

作为一个优选项，所述减震器部位面冷却槽为分布在减震器部位腔上下两侧的曲面状冷却槽。

作为一个优选项，所述减震器部位面冷却槽的厚度为5～10mm，且与减震器部位腔的型腔面距离为20～30mm。

作为一个优选项，所述拉杆部位点冷却腔的内径为8～12mm，且与拉杆部位腔的型腔面距离为12～18mm。

作为一个优选项，所述三角臂部位线冷却槽的直径为8～15mm，且与三角臂部位腔的型腔面的距离为25～35mm。

作为一个优选项，所述卡钳部位点冷却槽的内径为8～12mm，且与卡钳部位腔的型腔面的距离为12～18mm。

本发明的有益效果是：针对麦弗逊式悬挂系统用铝合金转向节铸造工艺和性能要求，在铸造凝固过程中采用面冷、线冷、点冷相结合的水冷方式，实现转向节铸件顺序凝固；加强对转向节各安装孔部位的冷却，使得铸件组织致密，从而提高铸件的力学性能和疲劳性能；保证模具热平衡，减小模具变形，有利于提高铸造生产的稳定性；加快铸件厚壁部位的冷却速度，提高生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是麦弗逊式悬挂系统用转向节的侧视图。

图2是麦弗逊式悬挂系统用转向节的俯视图。

图3是本发明的模具结构示意图。

图4是本发明采用低压铸造铝合金转向节时的模具冷却系统的布局示意图。

图5是本发明采用挤压铸造铝合金转向节时的模具冷却系统的布局示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中会涉及一些特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现，即所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。

此外，需要说明的是，下面描述中使用的词语“前侧”、“后侧”、“左侧”、“右侧”、“上侧”、“下侧”等指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，相关技术人员在对上述方向作简单、不需要创造性的调整不应理解为本申请保护范围以外的技术。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定实际保护范围。

实施例1

参照图1、图2、图3、图4、图5，一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统，包括模具本体1，所述模具本体1内设置有模腔2，其中所述模腔2包括有对应减震器安装孔部位31的减震器部位腔21、对应横向拉杆球销安装孔部位32的拉杆部位腔22、对应三角臂球销安装孔部位33的三角臂部位腔23、对应制动卡钳球销安装孔部位34的卡钳部位腔24。所述模具本体1内对应减震器部位腔21的位置处设置有减震器部位面冷却槽41，所述模具本体1内对应拉杆部位腔22的位置处设置有拉杆部位点冷却腔42，所述模具本体1内对应三角臂部位腔23的位置处设置有三角臂部位线冷却槽43，所述模具本体1内对应卡钳部位腔24的位置处设置有卡钳部位点冷却槽44。其中所述减震器部位面冷却槽41为面状冷却槽，即减震器部位面冷却槽41对减震器部位腔21通过一个接触面积较大的面状冷却通道来实现冷却。所述拉杆部位点冷却腔42、卡钳部位点冷却槽44为朝向模腔2的管状冷却腔，即通过一个接触面积相对较小的点状冷却通道来对拉杆部位腔22、卡钳部位腔24进行冷却。所述三角臂部位线冷却槽43为围绕三角臂部位腔23的管状冷却腔，即通过一个线状的细长冷却通道来对三角臂部位腔23冷却。

由于减震器安装孔部位31处于铝液充型的最前端且壁厚相对较大，服役过程中该区域是主要受力区域，其组织性能要求极高，因而要通过减震器部位面冷却槽41冷却，即采用冷却效果较强的面冷方式；横向拉杆球销安装孔部位32壁厚相对较小，采用拉杆部位点冷却腔42的点冷方式冷却；三角臂球销安装孔部位33也是主要的受力区域，但其结构相对复杂，同时考虑铸造工艺性，该区域的冷却采用三角臂部位线冷却槽43的线冷方式；制动卡钳球销安装孔部位34采用卡钳部位点冷却槽44的点冷方式。

在实际工作时，上述的管状冷却腔、面状冷却槽本质上依然是冷却流道，因此要实现对模具本体1的模腔2进行冷却，必须要与模腔2保存一定的距离而不能与模腔2连通。作为优选项，为了保证冷却效果，所述减震器部位面冷却槽41的厚度为5～10mm，且与减震器部位腔21的型腔面距离为20～30mm。所述减震器部位面冷却槽41为分布在减震器部位腔21上下两侧的曲面状冷却槽。所述拉杆部位点冷却腔42的内径为8～12mm，且与拉杆部位腔22的型腔面距离为12～18mm，且分布在拉杆部位腔22的上下两侧。所述三角臂部位线冷却槽43的直径为8～15mm，且与三角臂部位腔23的型腔面的距离为25～35mm。所述卡钳部位点冷却槽44的内径为8～12mm，位于卡钳部位腔24上侧，且与卡钳部位腔24的型腔面的距离为12～18mm。

实施例2

参照图1、图2、图4、图5，一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统，其中此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例具体针对低压铸造铝合金转向节模具，包括模具本体1，所述模具本体1内设置有模腔2，其中所述模腔2包括有对应减震器安装孔部位31的减震器部位腔21、对应横向拉杆球销安装孔部位32的拉杆部位腔22、对应三角臂球销安装孔部位33的三角臂部位腔23、对应制动卡钳球销安装孔部位34的卡钳部位腔24。所述模具本体1内对应减震器部位腔21的位置处设置有减震器部位面冷却槽41，所述减震器部位面冷却槽41厚度为8mm且与减震器部位腔21的型腔面距离为28mm。所述模具本体1内对应拉杆部位腔22的位置处设置有拉杆部位点冷却腔42，所述拉杆部位点冷却腔42的内径为11mm且与拉杆部位腔22的型腔面距离为16mm，所述模具本体1内对应三角臂部位腔23的位置处设置有三角臂部位线冷却槽43，所述三角臂部位线冷却槽43的直径为13mm，且与三角臂部位腔23的型腔面的距离为33mm。所述模具本体1内对应卡钳部位腔24的位置处设置有卡钳部位点冷却槽44，所述卡钳部位点冷却槽44的内径为11mm，位于卡钳部位腔24上侧，且与卡钳部位腔24的型腔面的距离为17mm。其中所述减震器部位面冷却槽41为面状冷却槽，所述拉杆部位点冷却腔42、卡钳部位点冷却槽44为朝向模腔2的管状冷却腔，所述三角臂部位线冷却槽43为围绕三角臂部位腔23的管状冷却腔。所述模腔2还包括有对应轮毂轴承单元安装孔部位35的轮毂轴承部位腔25，所述模具本体1内对应轮毂轴承部位腔25的位置处设置有轮毂轴承部位线冷却槽45，所述轮毂轴承部位线冷却槽45为管状冷却腔。

本实施例中，采用低压铸造工艺制备铝合金转向节，主要包括以下几个工艺步骤：

1）熔炼制备：将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼，熔化后对铝液进行精炼、变质、除气处理，随后将铝液转移至保温炉内，等待铸造；

2）低压充型：预热模具、合模、低压充型；

3）保压凝固：充型结束后，采用面冷、线冷、点冷相结合的冷却方式对模具进行冷却，保证铸件在较强的冷却速度条件下完成顺序凝固；随后卸压，铸件自然冷却，等待开模；

4）开模取件：待铸件凝固结束后，开模取件。

所述步骤1中，铝合金转向节是一款应用于麦弗逊式悬挂系统的安全结构件，其化学成分（质量百分数，下同）为Si6.85%、Mg0.336%、Cu0.0004%、Fe0.1%、Mn0.0005%、Zn0.018%、Ti0.168%、Sr0.017%、余量为Al。

所述步骤2中，模具的预热温度为280-320℃，生产稳定后的平衡温度为270-350℃。

所述步骤3中，所述的冷却介质为工业纯水，采用面冷、线冷、点冷相结合的水冷方式对铸件各安装孔部位进行冷却。所述步骤4中，所制备的低压铸造铝合金转向节铸件的性能优良，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到300MPa、235MPa、8%。

实施例3

参照图1、图2、图4、图5，一种铸造铝合金转向节模具的冷却系统，具体针对挤压铸造铝合金转向节模具，包括模具本体1，所述模具本体1内设置有模腔2，其中所述模腔2包括有对应减震器安装孔部位31的减震器部位腔21、对应横向拉杆球销安装孔部位32的拉杆部位腔22、对应三角臂球销安装孔部位33的三角臂部位腔23、对应制动卡钳球销安装孔部位34的卡钳部位腔24，所述模具本体1内对应减震器部位腔21的位置处设置有减震器部位面冷却槽41，所述减震器部位面冷却槽41的厚度为5mm，且与减震器部位腔21的型腔面距离为20mm。所述模具本体1内对应拉杆部位腔22的位置处设置有拉杆部位点冷却腔42，所述拉杆部位点冷却腔42的内径为8mm，且与拉杆部位腔22的型腔面距离为12mm。所述模具本体1内对应三角臂部位腔23的位置处设置有三角臂部位线冷却槽43，所述三角臂部位线冷却槽43的直径为8mm，且与三角臂部位腔23的型腔面的距离为25mm。所述模具本体1内对应卡钳部位腔24的位置处设置有卡钳部位点冷却槽44，所述卡钳部位点冷却槽44的内径为8mm，位于卡钳部位腔24上侧，且与卡钳部位腔24的型腔面的距离为12mm。其中所述减震器部位面冷却槽41为面状冷却槽，所述拉杆部位点冷却腔42、卡钳部位点冷却槽44为朝向模腔2的管状冷却腔，所述三角臂部位线冷却槽43为围绕三角臂部位腔23的管状冷却腔。

本实施例中，采用挤压铸造工艺制备铝合金转向节，主要包括以下几个工艺步骤：

1）熔炼制备：将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼，熔化后对铝液进行精炼、变质、除气处理，等待铸造；

2）低速充型：预热模具、合模、低速充型；

3）增压凝固：充型结束后，运行冷却系统对模具进行冷却，保证铸件在强冷却速度和高压力的条件下完成凝固，以获得组织致密和性能优良的铝合金转向节铸件；随后卸压，铸件自然冷却，等待开模；

4）开模取件：待铸件凝固结束后，开模取件。

所述步骤1中，铝合金转向节是一款应用于麦弗逊式悬挂系统的安全结构件，其化学成分（质量百分数，下同）为Si6.85%、Mg0.336%、Cu0.0004%、Fe0.1%、Mn0.0005%、Zn0.018%、Ti0.168%、Sr0.017%、余量为Al。

所述步骤2中，模具的预热温度为180-220℃，生产稳定后的平衡温度为200-250℃。

所述步骤3中，所述的冷却介质为工业纯水。采用面冷、线冷、点冷相结合的水冷方式对铸件各安装孔部位进行冷却。

所述步骤4中，所制备的挤压铸造铝合金转向节铸件的性能优良，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到320MPa、240MPa、10%。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

经过实践证明，采用上述的模具冷却结构，铸造凝固过程中，当面冷、线冷、点冷工艺等参数设定在合适范围内时，在保证铸件顺序凝固的基础上，实现转向节各安装孔部位的铝液在强冷条件下完成凝固，铸件冷却速度加快，有利于提高铸件的力学性能和疲劳性能，从而制备出高性能的麦弗逊式悬挂系统用铝合金转向节。