一种用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法与流程

本发明属于汽车铝合金气囊支撑臂材料成形技术领域，特别涉及一种用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法。

背景技术：

气囊支撑臂是汽车轮边驱动桥的核心零件，它与汽车箱体、减震器气囊模块、驱动系统相连，具有承载汽车后部载荷，支撑驱动桥并为减震气囊起缓冲作用。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击减震载荷。气囊支撑臂的安全可靠性直接影响着整车的行驶可靠性以及车载人员的生命安全，其在汽车零部件生产工业中具有非常重要的地位。汽车行驶过程中气囊支撑臂会受到各种随机载荷的影响；此外，气囊支撑臂的结构参数、材料属性、生产工艺等因素也存在不确定性，这些随机因素的存在使得气囊支撑臂的可靠性要求非常高。属于汽车的安保类部件，其安全等级为Ⅰ，气囊支撑臂主要失效方式为疲劳破坏。因此对汽车气囊支撑臂的力学性能要求非常高。传统汽车气囊支撑臂主要由球墨铸铁铸造而成。为了实现汽车轻量化，国外自十年前左右开始研发高性能铝合金气囊支撑臂，由现有的铸铁件、铸钢件向铝合金锻造件的升级换代，以实现气囊支撑臂产品的轻量化、高性能化和低成本化。现有的汽车生产铝合金气囊支撑臂的生产为锻造工艺，加以大量机加工而成。气囊支撑臂是汽车锻件中最难生产的锻件之一，其锻造设计水平代表了汽车锻件的最高设计水平。气囊支撑臂在锻造分类上属于不规则类锻件，而且锻件厚大，难以保证锻件中间的材料性能，锻造工艺复杂，对其锻造工艺要求高。目前，锻造气囊支撑臂生产面临的主要问题是：锻件材料利用率低，锻件材料性能不一致，机加工时间长，机加工费用高等。本发明的挤压铸造生产高性能铝合金气囊支撑臂，其本体取样性能抗拉强度>300Mpa，屈服强度>210Mpa，断后伸长率>8％，这是普通铸造、低压铸造、差压铸造工艺无法达到的性能。

由于我国铸造企业未能完全掌握铝合金气囊支撑臂的铸造生产技术，因此除进口汽车及部分合资中高端车采用锻造铝合金气囊支撑臂外，国内汽车仍然使用球墨铸铁气囊支撑臂。为了提高我国汽车零件产品创新能力和自主品牌汽车竞争力，亟需实现高性能铝合金汽车气囊支撑臂的产业化与规模应用。以挤压铸造代替普通铸造、低压铸造及部分锻造，以达到提高毛坯的精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的是其必然趋势。挤压铸造作为铸锻结合的先进成形工艺技术，必将替代部分锻造工艺，生产那些由于锻造成形困难，而用一般铸造无法达到性能要求的诸如气囊支撑臂这类零件。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种性能达标、成本低和利用率高的用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法，其中，具体应用如下：

(1)模具浇注与溢流设计

利用液流的流动状态和压力分布，实现制件在压力下顺利充填和顺序凝固；内浇口设计包含内浇口的位置、形状、大小内容。内浇口开设应保证制件内部少产生或不产生气孔、缩孔缺陷；使制件外观无冷隔和表面光滑完整；内浇口的位置的选择是设计浇注系统中首先要考虑的问题；在设计内浇口位置时要考虑挤压铸件的结构形状、壁厚、收缩变形、合金种类、挤压机设备以及挤压铸件使用性能方面的因素，分析金属液流充填型腔时的流动状态，充填过程中可能出现的死角和裹气部位；以便合理布置排溢系统；

(2)模具冷却水道设计

在模具设计时根据制件的壁厚与体积决定冷却水道下列设计参数：冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却水的流动速率与热传性质；一方面要把熔融的金属注入模具型腔内，在极短的时间内释放出大量的热量，促使模具的温度提高；另一方面，模具通过传导，辐射以及对流的方法其中包括我们对模具的喷及水冷吸收部分热量，使模具温度下降，经过一段时间，在二者的作用下在一温度达到一个平衡点，使模具处在某一温度范围内，这一个平衡点的温度对稳定生产非常重要；模具温度还影响制件尺寸精度，调解模温，可减少制件成型收缩率的波动，提高制件尺寸精度；影响形状精度，模温差大，制件收缩不均，翘曲变形；影响表面粗糙度，模温低，制件表面粗糙度提高，易产生冷隔、浇不足缺陷；铸件质量和生产率在很大程度上取决于模具热控制能力；冷却水道使成型零件表面冷却均匀，模具各处的温差不大；要维持经济有效的冷却时间，就应对制件厚壁处采用强冷；因制件所需的冷却时间随其壁厚增加而急速增长；冷却水孔距型腔的距离为25mm，太近则冷却不均匀，太远则冷却效率低；冷却水孔直径为Φ12mm；冷却水道从模温高区域流向模温低区域；为防止冷却水道漏水,采用耐高温的硅橡胶作为密封元件；在动、定模上分别单独设置了冷却系统，以便调节控制制件的变形问题；冷却水道的联结方式采用并联式—冷却介质从入口流入主干水道，分成若干分支,然后汇入出水主干水道排出；并使进出口主干水道ΦD的横截面积应大于各支路Φd的横截面积之和；型腔的冷却形式采用线冷循环式冷却；

(3)滑块抽芯装置

制件臂身上方及箱体连接端设计两个掏料槽，避免产生疏松、缩孔缺陷，又能实现轻量化目标。在模具设计时在位于气囊支撑臂上方及侧方增加两个滑块抽芯装置；

上述设计设置合理的工艺参数可以获得更优质的铸件,可以发挥挤压铸造机最大生产率；影响铝液充填成形的主要因素：压力、速度、时间和温度；调整工艺参数会引起相应的其他因素变化,因此，需要设置合理的各工艺参数；正确设定工艺参数是获得合格挤压铸造件的必要条件；

A、压力设置

如何设置压力，将会影响铸件的机械性能及外观，更有甚者将缩短模具的寿命；在一定范围内随着比压的增大,制件的强度增加,这是由于在较高的压力下凝固,可以提高制件内部组织的致密性,使制件内的微小孔隙或气泡被压缩,使孔隙率减少的缘故；提高比压还可以提高合金液的充填能力,易获得轮廓清晰的制件；但比压过高会加剧合金液在充模时对型腔的冲击,影响模具寿命；

B、速度设置

正确选用充填速度对设计模具和获得合格制件十分重要,充填速度过小会使制件的轮廓不清,甚至不能成型,充填速度选择过大会引起制件粘模和内部气孔；使力学性能下降,影响充填速度的主要因素有压机的压制速度,压制比压和模具的内浇道截面积；在压机确定后,模具的压套是根据制件的大小确定的,一般不易调整,所以,充填速度主要是通过调整压射速度和内浇道截面积来实现；

C、时间设置

充型时间的长短取决于制件的大小、复杂程度、内浇道处的面积和充填速度；充型时间短、速度高可获得表面品质良好的制件,但制件的内部致密性较差,气孔增多；在充型速度确定后,主要通过正确选择或调整内浇道截面积来确定充型时间；

D、温度设置

挤压铸造生产以前应将模具预热到一定温度,在生产过程中要保持模具在一定温度范围,这对改善制件的成型性和提高模具寿命有很大好处,模具的预热通常采用模温机加热,预热温度大于100℃,模具工作温度控制在150～280℃之间；浇注温度对制件的成型、尺寸精度、表面粗糙度和力学性能及模具使用寿命都有直接影响；选择合金的浇注温度主要根据制件壁厚和复杂程度来确定；其次还应结合压制比压、充填速度和模具温度多种因素综合考虑。浇道开设位置在制件臂身中部，制件厚度为10mm-20mm，无需设置横浇道。内浇口截面尺寸为170mm×35mm，料饼直径为160mm，料柄厚度为30—40mm。上方滑块截面尺寸为210mm×55mm，抽芯使用油缸为φ160mm；侧方滑块截面尺寸为145mm×180mm，抽芯使用油缸为φ150mm；滑块采用8407耐热模具钢材料，需经整体真空淬火加表面氮化处理。

一种用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法，具体如下：将模具正确安装在压机的模板上，按模具冷却水路图接好各冷却进出水管；设定工艺参数；连接模温机对模具进行预热；将模具预热到一定温度后，压机开始工作，开始前三件用作进一步预热模具，使模具温度趋于平衡，当模具温度达到要求后，按设置工艺参数进行正常化生产。

本发明的有益效果是具有性能达标、成本低和利用率高，控制好各工艺环节可实现自动化生产的效果。

附图说明

图1为本发明模具冷却水道的结构示意图；

图2为图1另一视角的结构示意图。

具体实施方式

下面结构附图对发明作进一步详细的说明。

一种用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法，其中，具体应用如下：

(1)模具浇注与溢流设计

利用液流的流动状态和压力分布，实现制件在压力下顺利充填和顺序凝固；内浇口设计包含内浇口的位置、形状、大小内容。内浇口开设应保证制件内部少产生或不产生气孔、缩孔缺陷；使制件外观无冷隔和表面光滑完整；内浇口的位置的选择是设计浇注系统中首先要考虑的问题；在设计内浇口位置时要考虑挤压铸件的结构形状、壁厚、收缩变形、合金种类、挤压机设备以及挤压铸件使用性能方面的因素，分析金属液流充填型腔时的流动状态，充填过程中可能出现的死角和裹气部位；以便合理布置排溢系统；

(2)模具冷却水道设计

在模具设计时根据制件的壁厚与体积决定冷却水道下列设计参数：冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却水的流动速率与热传性质；一方面要把熔融的金属注入模具型腔内，在极短的时间内释放出大量的热量，促使模具的温度提高；另一方面，模具通过传导，辐射以及对流的方法其中包括我们对模具的喷及水冷吸收部分热量，使模具温度下降，经过一段时间，在二者的作用下在一温度达到一个平衡点，使模具处在某一温度范围内，这一个平衡点的温度对稳定生产非常重要；模具温度还影响制件尺寸精度，调解模温，可减少制件成型收缩率的波动，提高制件尺寸精度；影响形状精度，模温差大，制件收缩不均，翘曲变形；影响表面粗糙度，模温低，制件表面粗糙度提高，易产生冷隔、浇不足缺陷；铸件质量和生产率在很大程度上取决于模具热控制能力；冷却水道使成型零件表面冷却均匀，模具各处的温差不大；要维持经济有效的冷却时间，就应对制件厚壁处采用强冷；因制件所需的冷却时间随其壁厚增加而急速增长；冷却水孔距型腔的距离为25mm，太近则冷却不均匀，太远则冷却效率低；冷却水孔直径为Φ12mm；冷却水道从模温高区域流向模温低区域；为防止冷却水道漏水,采用耐高温的硅橡胶作为密封元件；在动、定模上分别单独设置了冷却系统，以便调节控制制件的变形问题；冷却水道的联结方式采用并联式—冷却介质从入口流入主干水道，分成若干分支,然后汇入出水主干水道排出；并使进出口主干水道ΦD的横截面积应大于各支路Φd的横截面积之和；型腔的冷却形式采用线冷循环式冷却；如图1所示，模线形冷却水路1和滑块线形冷却水路2。如图2所示，定模线形冷却水路。

(3)滑块抽芯装置

制件臂身上方及箱体连接端设计两个掏料槽，避免产生疏松、缩孔缺陷，又能实现轻量化目标。在模具设计时在位于气囊支撑臂上方及侧方增加两个滑块抽芯装置；

上述设计设置合理的工艺参数可以获得更优质的铸件,可以发挥挤压铸造机最大生产率；影响铝液充填成形的主要因素：压力、速度、时间和温度；调整工艺参数会引起相应的其他因素变化,因此，需要设置合理的各工艺参数；正确设定工艺参数是获得合格挤压铸造件的必要条件；

A、压力设置

如何设置压力，将会影响铸件的机械性能及外观，更有甚者将缩短模具的寿命；在一定范围内随着比压的增大,制件的强度增加,这是由于在较高的压力下凝固,可以提高制件内部组织的致密性,使制件内的微小孔隙或气泡被压缩,使孔隙率减少的缘故；提高比压还可以提高合金液的充填能力,易获得轮廓清晰的制件；但比压过高会加剧合金液在充模时对型腔的冲击,影响模具寿命；

B、速度设置

正确选用充填速度对设计模具和获得合格制件十分重要,充填速度过小会使制件的轮廓不清,甚至不能成型,充填速度选择过大会引起制件粘模和内部气孔；使力学性能下降,影响充填速度的主要因素有压机的压制速度,压制比压和模具的内浇道截面积；在压机确定后,模具的压套是根据制件的大小确定的,一般不易调整,所以,充填速度主要是通过调整压射速度和内浇道截面积来实现；

C、时间设置

充型时间的长短取决于制件的大小、复杂程度、内浇道处的面积和充填速度；充型时间短、速度高可获得表面品质良好的制件,但制件的内部致密性较差,气孔增多；在充型速度确定后,主要通过正确选择或调整内浇道截面积来确定充型时间；

D、温度设置

挤压铸造生产以前应将模具预热到一定温度,在生产过程中要保持模具在一定温度范围,这对改善制件的成型性和提高模具寿命有很大好处,模具的预热通常采用模温机加热,预热温度大于100℃,模具工作温度控制在150～280℃之间；浇注温度对制件的成型、尺寸精度、表面粗糙度和力学性能及模具使用寿命都有直接影响；选择合金的浇注温度主要根据制件壁厚和复杂程度来确定；其次还应结合压制比压、充填速度和模具温度多种因素综合考虑。

浇道开设位置在制件臂身中部，制件厚度为10mm-20mm，无需设置横浇道。内浇口截面尺寸为170mm×35mm，料饼直径为160mm，料柄厚度为30—40mm。上方滑块截面尺寸为210mm×55mm，抽芯使用油缸为φ160mm；侧方滑块截面尺寸为145mm×180mm，抽芯使用油缸为φ150mm；滑块采用8407耐热模具钢材料，需经整体真空淬火加表面氮化处理。

一种用卧式挤压铸造机生产铝合金气囊支撑臂的方法，具体如下：将模具正确安装在压机的模板上，按模具冷却水路1图接好各冷却进出水管；设定工艺参数；连接模温机对模具进行预热；将模具预热到一定温度后，压机开始工作，开始前三件用作进一步预热模具，使模具温度趋于平衡，当模具温度达到要求后，按设置工艺参数进行正常化生产。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。