一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺及模具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺及模具，其工艺步骤包括以下几点：1）熔炼制备：将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼，熔化后对合金液进行变质、精炼处理，并进行合金液除气；2）压铸成形：模具预热准备，随后合模、浇注充型、铸件凝固、开模取件，最后去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯；3）自然冷却：压铸成形后，将脚踏板铸件毛坯放置在室温环境下进行自然冷却12～15h；4）时效处理：将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为165～195℃，保温时间为3～5h。此外，本发明还提供了一种脚踏板压铸模具的顶出孔结构，防止了压铸过程中顶针发生变形，保证后续脱模顺利。
【专利说明】
一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺及模具
技术领域
[0001]本发明涉及压铸件制备技术领域，特别是一种针对汽车铝合金脚踏板的成形工艺及模具。
【背景技术】
[0002]近年来，随着对汽车轻量化以及燃油消耗要求的不断提高，铝合金材料在汽车零部件上的应用得到了迅速发展，铝合金脚踏板就是其中的一款零件。脚踏板主要应用于SUV、货车等车型，便于人们上下车。目前，铝合金脚踏板的成形工艺以冷挤压为主，而关于铸造铝合金踏板的研究报道相对较少，尤其是高压铸造。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种汽车铝合金脚踏板的高压铸造成形工艺及模具。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，包括以下步骤:
1)熔炼制备:将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼，熔化后对合金液进行变质、精炼处理，并进行合金液除气；
2)压铸成形:模具预热准备，随后合模、浇注充型、铸件凝固、开模取件，最后去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯；
3)自然冷却:压铸成形后，将脚踏板铸件毛坯放置在室温环境下进行自然冷却12?
15h；
4)时效处理:将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为165?195°C，保温时间为3?5h。
[0005]作为一个优选项，所述步骤2中模具预热温度为170?290°C。
[0006]作为一个优选项，所述步骤2中合金液的浇注温度为630?660°C。
[0007]作为一个优选项，所述步骤2中充型过程中压射高速速度为2.3?2.7m/s，且保压时间为13?15s。
[0008]作为一个优选项，所述步骤I每间隔2?3h，对合金液中的Sr含量进行检测，并根据需要添加招锁合金，以保证合金液的Sr含量在规定范围内。
[0009]作为一个优选项，所述步骤3中对脚踏板铸件整体和脚踏板铸件上的凸台进行去毛刺、整形。
[0010]作为一个优选项，所述步骤4完成后对脚踏板铸件上的凸台端面进行精加工。
[0011 ] 一种汽车铝合金脚踏板，所述脚踏板的化学成分为:Si9.0?10.0%、Cu0?0.6%、Mg0.4?0.6%、FeO?0.13%、Mn0.5?0.9%、ZnO?0.5%、T1.21?0.28%、PbO?0.001%、Sr0.01?0.02%、余量为Al。
[0012]—种汽车铝合金脚踏板的成形模具，包括前侧的长形定模和后侧的长形动模，所述长形动模的背侧设置有顶针固定板和顶针推板，所述顶针固定板上设置有顶针和顶针孔，所述顶针孔采用椭圆形结构，其中所述顶针孔的长轴长度大于顶针的直径。
[0013]本发明的有益效果是:针对汽车脚踏板的性能要求，通过熔炼制备、压铸成形、自然冷却、时效处理等工艺步骤，保证了汽车铝合金脚踏板压铸件具有优良的综合力学性能，符合使用性能要求。此外，通过采用椭圆形的顶针孔结构，避免了压铸过程中因模具局部温度过高而导致顶针变形现象的产生，保证了脚踏板铸件的顺利脱模，可达到生产效率提高、生产周期缩短的效果。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明中汽车脚踏板压铸模具的装配图。
[0016]图2是本发明中汽车脚踏板压铸模具动模的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明，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可更有效的介绍他们的工作本质。
[0018]一种汽车铝合金脚踏板，所述脚踏板的化学成分为:Si9.0?10.0%、Cu0?0.6%、Mg0.4?0.6%、FeO?0.13%、Mn0.5?0.9%、ZnO?0.5%、T1.21?0.28%、PbO?0.001%、Sr0.01?0.02%、余量为Al ο Sr作为变质剂，可有效改善合金中共晶Si粒子的形貌，从而提高合金的力学性能，尤其是伸长率。此外，实验表明，随着铝合金中Sr含量的不断增加，合金的抗拉强度和伸长率均呈现出先增后减的变化趋势。因此，在铝合金熔炼过程中必须严格控制Sr的含量，以保证合金性能达到最佳状态。
[0019]—种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，包括以下步骤:
(1)熔炼制备:将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼，熔化后对合金液进行变质、精炼处理，并通入高纯氮气进行合金液除气；
(2)压铸成形:模具预热准备，随后合模、浇注充型、铸件凝固、开模取件，最后去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯；
(3)自然冷却:压铸成形后，将脚踏板铸件毛坯放置在室温环境下进行自然冷却12?
15h；
(4)时效处理:将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为165?1950C，保温时间为3?5h。经过时效处理后，脚踏板铸件的强度将得到提高，以达到使用要求。
[0020]在本实施例中，踏板材料采用铝合金，具体要将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼。所述步骤I中熔化炉的温度为650?690°C，保证熔炼效果。所述步骤I中合金液每次精炼的间隔时间为150?200min，精炼的温度为720?740°C。所述步骤I中对合金液加入精炼剂和干躁粉I?2Kg，液面搅拌至少lOmin，并扒出浮渣，但不可添加回炉料。所述步骤I中每间隔2?3h，对合金液中的Sr含量进行检测，并根据需要添加铝锶合金，以保证合金液的Sr含量在规定范围内。在本实施例中要保证合金液的Sr含量在0.01?0.02%范围内。变质处理过程需要添加Al-1OSr中间合金对铝合金液进行变质处理，并通入高纯氮气或者高纯氩气等的化学性质不活泼的气体进行合金液除气，具体利用多孔石墨棒通气。经过步骤I熔炼的合金液的温度为630?660°C，以保证压铸效果。
[0021]在进行步骤2的压铸过程前，先确认设备及成形模具状况，并用火枪烘烤模具进行预热，控制模具温度达到170?290°C，合金液的浇注温度为630?660°C。合模后进行浇注，充型过程中保证压射高速速度达到2.3?2.7m/s，保压时间为13?15s。铸件冷却结束后开模，取出铸件，去除渣包及浇口，得到踏板铸件毛坯。
[0022]所述步骤3中对脚踏板铸件整体和凸台位置进行去毛刺、整形处理，即利用步骤3的时间进行上述的铸件表面处理，可提高生产效率。
[0023]所述步骤4中热处理炉内的温度为165?195°C，当打开热处理炉升温电源开关后，要立即开起风机电源，如未开风机则导致升温不均，甚至会热处理炉反烧顶部的电机。时效处理后，铸件的性能得到了极大改善，尤其是强度，其中铸件的抗拉强度可提高10%以上，屈服强度甚至可以提高30%以上。
[0024]磨损试验可通过M-2000型摩擦磨损试验机上进行，试验开始前，先进行的30min磨合试验，磨合完毕后测定磨损前试样的质量，然后加载至预定的载荷进行相应时间的磨损试验。磨损试验结束后，测定试样的质量，并计算出试样的质量磨损率。为保证实验过程中试样处在连续油润滑状态。试验中，上面的摩擦磨损试样固定不动，下面的摩擦副试样转动，即试样进行的是油润滑边界摩擦滑动摩擦磨损试验，摩擦副转速为200r/min。拉伸试验可在3000kN拉伸试验机上进行，为了确保拉伸试验得到数据的准确性，每种试样都会做重复实验，最终结果均为多组数据的平均值。布氏硬度的测试可通过HB-3000型布氏硬度试验机，具体通过一定直径的淬火钢球或硬质合金球，以一定大小的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，试样表面将残留压痕，测量出试样表面的压痕直径，计算出布氏硬度值。对于铝硅合金而言，共晶硅相是硬质相，而Al相相对较软。如果压痕压在Al相密集处，硬度值会偏低;若压在共晶硅相密集处，硬度值则会偏高。为了尽量避免误差的产生，对每个试样至少做了三次硬度测试。
[0025]实践结果表明，当压铸温度、压射速度、模具温度等工艺参数在合适范围时，铸件的温度场、应力场、速度场分布较均匀，表面缺陷、氧化夹杂以及气孔等铸造缺陷较少。所述步骤4完成后对脚踏板铸件上的凸台端面进行精加工。精加工步骤包括通过数控机床加工凸台的平面和螺纹孔，还有使用气动磨光机、砂纸打研磨脚踏板铸件表面，确保脚踏板铸件四周无利角，产品表面光顺。另外，去除脚踏板铸件各孔口部位毛刺及利角，不允许有明显的凸凹打磨痕。
[0026]为了透彻的理解本发明，此外需要说明的是，下面描述中使用的词语“前侧”、“后侦Γ、“左”、“右”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。而为避免混淆本发明的目的，由于熟知的模具的制造方法、控制程序、部件尺寸、材料成分等的技术已经很容易理解，因此它们并未被详细描述。参照图1、图2，一种汽车铝合金脚踏板的成形模具，包括前侧的长形定模I和后侧的长形动模2，脚踏板铸件的左右方向为长度方向，所述长形动模2的背侧设置有顶板固定板3和顶针推板4，所述顶针固定板3上设置有顶针5和顶针孔31，所述顶针孔31采用椭圆形结构，其中所述顶针孔的长轴长度大于顶针的直径。
[0027]压铸过程中，铸件凝固收缩，模具受热膨胀。对于脚踏板这类超长型压铸模具而言，模具易产生受热不均(模具中部的温度高于两端的温度)而引起变形。这种变形势必导致顶针5发生形变甚至折断，导致铸件脱模困难，从而影响生产效率。为了避免这种现象的产生，本发明提供了上述的脚踏板压铸模具顶出孔31结构，防止了压铸过程中顶针5发生变形，保证后续脱模顺利。
[0028]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。
[0029]实施例1
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”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。
[0030]实施例包括一种汽车铝合金脚踏板，所述脚踏板的化学成分为:Si9.0%、Cu0.6%、Mg0.6%, Mn0.9%, Zn0.3%, T1.26%、Sr0.02%、余量为Al。汽车铝合金脚踏板的成形工艺包括以下步骤:
1)熔炼制备:铝合金锭熔化后进行变质和精炼处理;其中每间隔3h在熔化炉内精炼一次，精炼温度为720 V ；间隔时间超过2.5h时，需要对合金液中Sr含量进行检测，并根据需要添加招锁合金以保证Sr含量达到规定范围，并及时进行除渣、除气；
2)压铸成形:浇注前对模具进行预热，控制模具温度达到170°C;合金液温度为630°C，合模后进行浇注，充型过程中保证压射高速速度达到2.5m/s，保压时间为13s，铸件冷却结束后开模，取出铸件，去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯；
3)自然冷却:脚踏板铸件压铸后须自然冷却13h，并对脚踏板铸件整体和脚踏板铸件上的凸台进行去毛刺、整形；
4)时效处理:将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为1650C，保温时间为3h。时效处理后，取出脚踏板铸件进行检查，一经发现产品表面有气泡或鼓包的，要立刻隔离处理，合格脚踏板铸件则对凸台端面进行精加工。
[0031]实施例2
包括一种超长汽车铝合金脚踏板，所述脚踏板的化学成分为:Si9.5%,Mg0.5%、Fe0.13%^Mn0.5%^Zn0.5%、T1.21%^Pb0.001%、Sr0.012%、余量为Al。汽车铝合金脚踏板的成形工艺包括以下步骤:
1)熔炼制备:去除所有待溶炼原材料表面的油污、氧化皮等，去除熔炼工具上的污物并在其工作面上均勻涂上一层氧化梓防护涂料，铝合金锭熔化后进行变质和精炼处理，熔化炉采用电磁感应石墨堆熔铝炉;其中每间隔2.5h在熔化炉内精炼一次，精炼温度为730°C;间隔时间超过2h时，需要对合金液中Sr含量进行检测，并根据需要添加铝锶合金以保证Sr含量达到规定范围，并及时进行除渣、除气；
2)压铸成形:浇注前对模具进行预热，控制模具温度达到210°C;合金液温度为640°C，合模后进行浇注，充型过程中保证压射高速速度达到2.3m/s，保压时间为14s，铸件冷却结束后开模，取出铸件，去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯； 3)自然冷却:脚踏板铸件压铸后须自然冷却12h，并对脚踏板铸件整体和脚踏板铸件上的凸台进行去毛刺、整形；
4)时效处理:将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为1950C，保温时间为5h。时效处理后，取出脚踏板铸件进行检查，一经发现产品表面有气泡或鼓包的，要立刻隔离处理，合格脚踏板铸件则对凸台端面进行精加工。
[0032]实施例3
包括一种汽车铝合金脚踏板，所述脚踏板的化学成分为:Sil0.0%、Cu0.3%、Mg0.4%、Fe0.1%、Μη0.7%、T1.28%、Pb0.001%、Sr0.015%、余量为Al。汽车铝合金脚踏板的成形工艺包括以下步骤:
1)熔炼制备:铝合金锭熔化后进行变质和精炼处理;其中每间隔200min在熔化炉内精炼一次，精炼温度为740°C ;间隔时间超过3h时，需要对合金液中Sr含量进行检测，并根据需要添加铝锶合金以保证Sr含量达到规定范围，并及时进行除渣、除气；
2)压铸成形:浇注前对模具进行预热，控制模具温度达到290°C;合金液温度为640°C，合模后进行浇注，充型过程中保证压射高速速度达到2.7m/s，保压时间为15s，铸件冷却结束后开模，取出铸件，去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯；
3)自然冷却:脚踏板铸件压铸后须自然冷却15h，并对脚踏板铸件整体和脚踏板铸件上的凸台进行去毛刺、整形；
4)时效处理:将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为185°C，保温时间为4h。时效处理后，取出脚踏板铸件进行检查，一经发现产品表面有气泡或鼓包的，要立刻隔离处理，合格脚踏板铸件则对凸台端面进行精加工。
[0033]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。
【主权项】
1.一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，其特征在于包括以下步骤: 1)熔炼制备:将铝合金锭放入熔化炉中进行熔炼，熔化后对合金液进行变质、精炼处理，并进行合金液除气； 2)压铸成形:模具预热准备，随后合模、浇注充型、铸件凝固、开模取件，最后去除渣包及浇口，得到脚踏板铸件毛坯； 3)自然冷却:压铸成形后，将脚踏板铸件毛坯放置在室温环境下进行自然冷却12?15h； 4)时效处理:将铸件放入热处理炉中进行时效处理，工作温度为165?195°C，保温时间为3?5h。2.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，其特征在于:所述步骤2中模具预热温度为170?290°C。3.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，其特征在于:所述步骤2中合金液的浇注温度为630?660°C。4.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，其特征在于:所述步骤2中充型过程中压射高速速度达到2.3?2.7m/s，且保压时间为13?15s。5.根据权利要求1所述的一种汽车铝合金脚踏板的成形工艺，其特征在于:所述步骤I每间隔2?3h，需要对合金液中的Sr含量进行检测，并根据需要添加Al-Sr中间合金，以保证合金液的Sr含量在规定范围内。6.—种汽车铝合金脚踏板，其特征在于，所述脚踏板的化学成分(质量百分数，下同)为:Si9.0?10.0%、Cu0?0.6%^Mg0.4?0.6%、FeO?0.13%、Mn0.5?0.9%、ZnO?0.5%、T1.21?0.28%、PbO ?0.001%^ Sr0.01 ?0.02%、余量为 Al。7.—种汽车铝合金脚踏板的成形模具，包括前侧的长形定模(I)和后侧的长形动模(2)，其特征在于:所述长形动模(2)背侧设置有顶针固定板(3)和顶针推板(4)，所述顶针固定板(3)上设置有顶针(5)和顶针孔(31)，所述顶针孔(31)采用椭圆形结构，其中所述顶针孔的长轴长度大于顶针的直径。
【文档编号】B22D17/00GK106041016SQ201610559467
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】简伟文, 陈庆勋, 黄毅, 尹之华, 蓝春晓, 陈永剑, 戴志方, 麦俊逸, 张志忠, 李文丰
【申请人】佛山市南海奔达模具有限公司