CN207746396U - 一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具 - Google Patents

Abstract

一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具，它包括上模框(1)、上模板(2)、下模板(3)、下模座(4)和负压抽气机构(5)，上模板(2)和下模板(3)的一对后副车架型腔上分别设有总体开放式浇注***，多个直浇道(11)、多个横浇道(12)和多个内浇道(13)的总截面积比例关系为∑A直＜∑A横＜∑A内，且单个直浇道(11)、横浇道(12)、内浇道(13)的截面积比例关系为A直＞A横＞A内；本实用新型优点是：1、其模具设计合理，抗拉强度；2、型腔采用一模两腔布局,提高生产效率，减少一根升液管并提高了相对出品率。

Description

一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具

技术领域

本实用新型涉及机械设备领域，具体涉及一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具。

背景技术

随着汽车保有量的快速增长带来了能源和环境的双重危机，汽车轻量化（主要指乘用车）是实现节能减排的有效方法之一。铝合金材料具有密度小、成形性好、耐腐蚀性能优良的特点，成为实现汽车轻量化的重要途径。目前乘用车上的许多动力/驱动***零部件已实现轻量化（铝合金化）铸造生产，但对于车身/底盘悬架等关键结构部件的轻量化，铸造技术开发和生产则明显滞后于动力/驱动部件，是当前汽车轻量化技术开发的前沿领域之一。

后副车架是支承后车桥、悬挂的支架，是涉及汽车行驶安全的重要部件，一旦失效将直接威胁乘员的生命安全，目前国内外铝合金副车架成型技术主要有：挤压成型、高压铸造和重力铸造。受挤压铸造和高压铸造的工艺限制，无法成型内腔复杂的中空结构铸件；重力铸造虽然适合做中空铸件，但受重力补缩方向性的限制对副车架上分散热节会产生缩松风险的控制手段有限，而且在重力条件下成型薄壁件需要保持较高的模具温度，生产节拍长。因此如何制造出满足强度、韧性、耐腐蚀性又符合轻量化要求的全铝薄壁空心后副车架产品难度很大，国内外无成功先例借鉴。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对上述之不足，而提供一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具。

本实用新型包括上模框、上模板、下模板、下模座和负压抽气机构，上模框内设有顶出复位机构，顶出复位机构通过一组导轨滑块组件活动安装在上模框内，上模板和下模板上均设有水冷管组和点冷管组，上模板安装在上模框上，下模板安装在下模座上，上模板上开有排气孔，负压抽气机构的进气口和上模板的排气孔相通；上模板和下模板组成有一对后副车架型腔，上模板和下模板的一对后副车架型腔上分别设有总体开放式浇注***，总体开放式浇注***包括多个直浇道、多个横浇道和多个内浇道，多个直浇道、多个横浇道和多个内浇道的总截面积比例关系为∑A直＜∑A横＜∑A内，且单个直浇道、横浇道、内浇道的截面积比例关系为A直＞A横＞A内。

顶出复位机构包括推板和顶板，顶板上设有一组顶杆，上模板上开有一组顶杆通过孔，推板和顶板分别通过一组导轨滑块组件活动安装在上模框内。

本实用新型优点是：1、运用低压铸造工艺生产全铝薄壁空心后副车架，其模具设计合理，过程可靠，铸件内在质量稳定，抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度、晶粒度等性能指标符合设计要求；

2、根据后副车架为左、右对称件的特点，型腔采用一模两腔布局,提高生产效率，减少一根升液管并提高了相对出品率；

3、针对易氧化的铸造铝合金设计了总体开放式浇注***，防卷气及二次氧化夹渣的效果好；同时保证单个内浇道、横浇道、直浇道呈封闭式浇注***，使铸件顺序凝固并保证了凝固时压力的传递；

4、负压抽气机构结构简单，利用压缩空气即可形成型腔内的负压，排出型腔中的砂芯发气，减少铸件侵入性气孔；

5、在关键位置设置点冷来调整模具温度实现铸件的顺序凝固，避免缩孔缩松风险,模具均布直冷控制整体模温在合理的工艺范围内，减少冷却时间，提高了生产效率。

附 图 说 明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型浇注***结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，本实用新型包括上模框1、上模板2、下模板3、下模座4和负压抽气机构5，上模框1内设有顶出复位机构6，顶出复位机构6通过一组导轨滑块组件活动安装在上模框1内，上模板2和下模板3上均设有水冷管组7和点冷管组8，上模板2安装在上模框1上，下模板3安装在下模座4上，上模板2上开有排气孔，负压抽气机构5的进气口和上模板2的排气孔相通；上模板2和下模板3组成有一对后副车架型腔，上模板2和下模板3的一对后副车架型腔上分别设有总体开放式浇注***，总体开放式浇注***包括多个直浇道11、多个横浇道12和多个内浇道13，且多个直浇道11、多个横浇道12和多个内浇道13的总截面积比例关系为∑A直＜∑A横＜∑A内，且单个直浇道11、横浇道12、内浇道13的截面积比例关系为A直＞A横＞A内。

顶出复位机构6包括推板和顶板，顶板上设有一组顶杆，上模板2上开有一组顶杆通过孔，推板和顶板分别通过一组导轨滑块组件活动安装在上模框1内。

浇注***的设计：

根据后副车架左、右件完全对称的特点，模具型腔采用“一模双腔”的布局。在上下模具型腔上分别开设有浇注***。它主要由直浇道11、横浇道12和内浇道13组成。

（1）内浇道截面积的确定：

内浇道按热节法初算并按实际经验进行修正，内浇道的设计公式：

D=（0.8-1.2）dc

A内=π（D/2）²

式中D为内浇口直径，dc为热节圆直径，A内为内浇道截面积。

（2）横浇道及直浇道截面积的确定：

根据低压铸造工艺和铸造铝合金的易氧化的特点，设计开放式浇注***--保证浇道总截面积向着内浇道逐步增大，即∑A直＜∑A横＜∑A内。但为了控制凝固顺序和保证压力的传递，对单个直浇道、横浇道及内浇道面积来说，应保证A直＞A横＞A内。

本案∑A直：∑A横：∑A内=1:1.2:2.4

A直：A横：A内=（2～2.3）：（1.5～1.7）：1

（3）升液管出口面积的确定：

为实现金属液充型时的“层流”状态，需合理选取升液管出口处截面积的大小，利用公式算出升液管出口面积：

式中F为升液管出口面积，cm²；G为铸件所需金属液重量（本案为24.1kg）；Z为铸件充型腔时间（本案为7s）；μ为金属液在该温度时的流动阻力系数，铝合金700℃时的阻力系数为0.3～0.4（本案取0.4）；γ为金属液在该温度时的比重（本案为2.42g/cm³）；g为重力加速度，980cm/s²；H为金属液缩上升的高度（本案为24cm）。

由此计算出升液管出口面积F≥16.4cm²，本案为38.5cm²满足金属液充型时“层流”的条件。

铸件的空心内腔由一整体砂芯成型，采用酚醛树脂热芯盒制芯，砂芯的主要指标为热抗弯强度1.5MPa，常温抗弯强度3MPa，灼烧减为2%，熔点为95-105℃，粒度70/140。

砂芯和排气***设计：

由于覆膜砂芯发气量大，为避免砂芯发气造成铸件的侵入性气孔，在模具上增加负压抽气机构，抽气机构用铜管联通砂芯芯头出气位置，根据伯努利原理“流速越大，压强越小”，利用压缩空气增大排气管中气体向模具外流速，使与芯头连接的铜管内压强减小，将砂芯发气沿铜管排出模具外，减少铸件侵入性气孔。

模具冷却***设计：

针对产品有缩松风险的位置在模具上设置点冷，调整凝固顺序，保证零件关键位置的内部质量和组织性能。

在上、下模具仁中均布直冷管道，使连续生产时模具温度相对恒定，避免模温过高影响生产节拍和产品质量。

工作方式原理：上模板2和下模板3分别通过上模框1和下模座4安装在低压铸造机上，浇铸前模具预热至180~200℃后喷涂涂料，型腔涂料厚度0.08~0.12mm，浇道涂料厚度1~1.2mm。喷涂完成后将模具继续加热至380℃，上模板2和下模板3的水冷管组7、点冷管组8处于接通状态，进行升液管预热，铸造开始时，上模框1带动上模板2打开，首先将预热制好的合格砂芯下入下模板3中，吹净型腔后合模，铸造机执行升液增加程序，同时接通负压抽气机构5。铝合金液由升液管被压入直浇道11、横浇道12、内浇道13并充满型腔，本案有三个升液口，即三个直浇道11，中间一个直浇道11分别给两个后副车架型腔同时浇注，形成总体开放式浇注***，两端的直浇道11分别为对应的后副车架型腔单独浇注，使单个直浇道11、横浇道12、内浇道13呈封闭式浇注***，保压5s待砂芯表面铝合金液结壳后再继续增压3s，砂芯遇高温铝液后产生的气体被负压抽气装置排出模具。铝合金液充满型腔时，开启上模板2和下模板3的水冷管组7、点冷管组8至保压结束，压力沿升液管、直浇道11、横浇道12、内浇道13传递至铸件，铸件在压力下由上至下顺序结晶凝固，热节位置得到有效补缩；保压结束后120s上模框1带动上模板2打开，顶出复位结构6在低压铸机油缸作用下向下运动将铸件和浇注***顶出上模板2的型腔，机器人取件，完成一个低压铸造循环。

当初步低压浇注***设计好后，选用AnyCasting模拟软件进行低压铸造工艺的CAE分析，通过分析发现零件的衬套孔在压力作用下，都得到了较好的补缩，产生缩孔、缩松的概率不大。但在安装耳片部位，由于结构需要壁厚增加，形成了若干个孤立的热节，该热节不在分型面上，补缩通道尺寸不够大，存在缩松风险。这时可在相应位置设置水冷装置，来加快铸件厚大部位的冷却速度，达到至上而下顺序凝固来消除零件中缩孔、缩松的产生，具体操作为当零件充满型腔时开启对应位置的点冷至保压结束。同时，注意发挥还涂料层作用，壁厚处涂薄，壁薄处涂厚。

Claims (2)

1.一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具，其特征在于它包括上模框(1)、上模板(2)、下模板(3)、下模座(4)和负压抽气机构(5)，上模框(1)内设有顶出复位机构(6)，顶出复位机构(6)通过一组导轨滑块组件活动安装在上模框(1)内，上模板(2)和下模板(3)上均设有水冷管组(7)和点冷管组(8)，上模板(2)安装在上模框(1)上，下模板(3)安装在下模座(4)上，上模板(2)上开有排气孔，负压抽气机构(5)的进气口和上模板(2)的排气孔相通；上模板(2)和下模板(3)组成有一对后副车架型腔，上模板(2)和下模板(3)的一对后副车架型腔上分别设有总体开放式浇注***，总体开放式浇注***包括多个直浇道(11)、多个横浇道(12)和多个内浇道(13)，多个直浇道(11)、多个横浇道(12)和多个内浇道(13)的总截面积比例关系为∑A直＜∑A横＜∑A内，且单个直浇道(11)、横浇道(12)、内浇道(13)的截面积比例关系为A直＞A横＞A内。

2.根据权利要求1所述的一种汽车全铝薄壁空心后副车架金属型低压铸造模具，其特征在于顶出复位机构(6)包括推板和顶板，顶板上设有一组顶杆，上模板(2)上开有一组顶杆通过孔，推板和顶板分别通过一组导轨滑块组件活动安装在上模框(1)内。