一種汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體及其製備方法與流程
2023-09-23 22:46:45
本發明涉及壓鑄領域，更具體地，涉及一種汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體及其製備方法。
背景技術：
汽車轉向器是保證汽車在行駛過程中需要按駕駛員的意志經常改變其行駛方向設計的結構。汽車動力轉向系統從液壓助力轉向系統到電控液壓轉向系統，再發展到目前的電動動力轉向系統，該技術的應用，使汽車的駕駛性能達到令人滿意的程度，因而當汽車在低速行駛時可使轉向輕便、靈活；當汽車在中高速區域轉向時，又能保證提供最優的動力放大倍率和穩定的轉向手感，從而提高了高速行駛操縱的穩定性，輸出力矩合理調節，節省油耗。轉向器的結構、材質與油耗有著密切的關係。
現有的轉向機殼體，產品工藝控制單一，容易存在缺陷。重力澆鑄缺點有：1)產品補縮困難，容易形成疏鬆或縮孔缺陷導致產品合格率低；2)產品重量遠大於壓鑄工藝下的重量，造成原材料的浪費；3)生產節拍慢，不能滿足產能要求。當前壓鑄生產存在如下缺點：1)生產效率低導致熔煉過程控制差，鋁液沒有精煉變質過程，晶粒粗大導致產品機械性能不達標；2)壓鑄模具排列結構交叉點，導致產品壁厚、氣孔大，和表面缺陷較多。
技術實現要素：
本發明的目的是針對上述已有技術中存在的不足，提供一種汽車齒輪箱變速器鋁合金殼體及其製備方法。通過將一模一腔的模具壓鑄技術改進為一模兩腔傾冷室超高速壓鑄方式的優化，改善了原有薄壁殼體類產品氣孔過大的弊端，該技術在國內為先進水平。得到的產品滿足變速器氣孔＜0.5mm的技術要求，因此，該產品具有良好的市場前景。
為了實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下：
本發明提供一種汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，由以下重量百分比的組分組成：矽8.0-11.0％，鐵≤1.4％，銅2.5-4.5％，鎂0.15-0.65％，鋅≤1.3％，鉻≤0.16％，鎳≤0.56％，錫≤0.27％，鈦≤0.30％，鉛≤0.45％，錳≤0.65％，餘量為鋁。
優選地，由以下重量百分比的組分組成：矽8.0-11.0％，鐵1.2-1.4％，銅2.5-4.5％，鎂0.15-0.65％，鋅≤1.3％，鉻≤0.16％，鎳≤0.56％，錫≤0.27％，鈦≤0.30％，鉛≤0.45％，錳≤0.65％，餘量為鋁。
優選地，由以下重量百分比的組分組成：矽9-10％，鐵1.2-1.4％，銅3-4％，鎂0.2-0.6％，鋅1.0-1.3％，鉻0.10-0.16％，鎳0.2-0.56％，錫0.1-0.27％，鈦0.1-0.3％，鉛0.2-0.45％，錳0.3-0.65％，餘量為鋁。
優選地，由以下重量百分比的組分組成：矽8％，鐵1.2％，銅2.5％，鎂0.15％，鋅0.5％，鉻0.05％，鎳0.05％，錫0.05％，鈦0.1％，鉛0.1％，錳0.05％，餘量為鋁。
優選地，由以下重量百分比的組分組成：矽11％，鐵1.4％，銅4.5％，鎂0.65％，鋅1.3％，鉻0.16％，鎳0.56％，錫0.27％，鈦0.30％，鉛0.45％，錳0.65％，餘量為鋁。
優選地，由以下重量百分比的組分組成：矽10％，鐵1.3％，銅3％，鎂0.35％，鋅1.1％，鉻0.12％，鎳0.23％，錫0.21％，鈦0.18％，鉛0.35％，錳0.45％，餘量為鋁。
優選地，由以下重量百分比的組分組成：矽9.5％，鐵1.4％，銅4.0％，鎂0.6％，鋅1.2％，鉻0.14％，鎳0.33％，錫0.26％，鈦0.2％，鉛0.3％，錳0.65％，餘量為鋁。
本發明還提供一種如上所述的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體的製備方法，包括以下步驟：
1)將熔煉爐加熱升溫至600℃以上，按照配比重量將矽、鐵、銅、鎂、鋅、鉻、鎳、錫、鈦、鉛、錳和鋁加入到爐膛內；
2)繼續加熱上述混合物料，待混合物料的溫度上升至720℃±10℃時，加入用量為混合物料的0.1％-0.8％的精煉劑進行低溫精煉，用鐘罩將精煉劑壓入混合物料液體中進行圓周攪拌5-15分鐘，採用99.99％的氬氣進行除氣操作3-15分鐘，靜止10-15分鐘準備壓鑄；
3)將一模兩腔的模具固定在壓鑄機的動定模板上，將模具預熱至160～250℃，在模具型腔內採用自動噴霧系統均勻噴上一層水基塗料，塗型厚度為0.005～0.008mm，加熱並保持模具溫度為200～300℃；
4)將步驟3)處理完成的混合物料液體將物料液壓入模具內，採用10段壓射速度精確控制鋁液，進行充型壓鑄，開模由機器人取出鑄件，製得所需的汽車齒輪箱變速器鋁合金殼體產品的半成品；
5)將步驟(4)中的到的半成品冷卻後進行切邊、手工清理、X探傷、拋丸、加工ECM去毛刺、進行終清洗烘乾和最終檢驗，得到產品。
進一步地，步驟(2)中的精煉劑為三合一精煉劑。
本發明製造的新型高精密汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，針對節能型、輕量型汽車中轉向器殼體，做到產品壁薄，一體式結構，採用小型芯高壓製冷設備壓鑄模具合理排列，將配製成的物料加入熔煉爐進行精煉，把一模兩腔的模具固定在壓鑄機的動定模板上，進行壓鑄，使轉向器殼體壁變薄，解決高溫抽芯易變形情況，整個鑄造過程一次成型，可規模化生產。
本發明製造的殼體通過鋁合金成分設計與優化，鋁合金熔煉過程加入精煉變質劑，在高速壓鑄時，可保證鋁液純淨度和晶粒細小，提高產品強度。
本發明製造的殼體採用一模兩腔傾冷室超高速壓鑄方式，模具塗料採用自動噴塗，機器人取件等工藝系統優化。
本發明製造的殼體利用模流分析軟體對模具系統進行模具溫度分布的設計和壓鑄系統以及排氣系統的設計，對小型抽芯模具排列儘量減少交叉點。
本發明通過現代化模擬手段(模流分析)，極大降低了開發成本，產品合格率高，鋁液通過變質處理，產品的氣孔和機械性能優於市場同樣產品5％以上，抗拉強度突破300Mpa，合理模具工藝設計使得產品充型過程穩定，不僅提高了產品質量，同時很大程度上提高了模具的壽命。產品一次合格率為98％。
本發明通過自動化的周邊設備(例如自動噴霧系統)解決了生產效率低的問題，提高近20％產能，同時降低了勞動強度。
本發明要解決的技術問題是提供一種以自動化為基礎的一套壓鑄加工工藝和對生產過程主要影響鑄件缺陷的過程進行調整和控制的生產方法。
具體實施方式
實施例1
一種汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，由以下重量百分比的組分組成：矽9.5％，鐵1.0％，銅3.5％，鎂0.18％，鋅0.5％，鉻0.05％，鎳0.15％，錫0.27％，鈦0.3％，鉛0.45％，錳0.65％，餘量為鋁。
將熔煉爐加熱升溫至600℃以上，按照上述配比重量將矽、鐵、銅、鎂、鋅、鉻、鎳、錫、鈦、鉛、錳和鋁加入到爐膛內。繼續加熱上述混合物料，待混合物料的溫度上升至720℃±10℃時，加入用量為混合物料的0.1％-0.8％的三合一精煉劑進行低溫精煉，用鐘罩將三合一精煉劑壓入混合物料液體中進行圓周攪拌5-15分鐘，採用99.99％的氬氣進行除氣操作3-15分鐘，靜止10-15分鐘準備壓鑄；將一模兩腔的模具固定在壓鑄機的動定模板上，將模具預熱至160～250℃，在模具型腔內採用自動噴霧系統均勻噴上一層水基塗料，塗型厚度為0.005～0.008mm，加熱並保持模具溫度為200～300℃；將上述處理完成的混合物料液體將物料液壓入模具內，採用10段壓射速度精確控制鋁液，進行充型壓鑄，開模由機器人取出鑄件，製得所需的汽車齒輪箱變速器鋁合金殼體產品的半成品。將上述得到的半成品冷卻後進行切邊、手工清理、X探傷、拋丸、加工ECM去毛刺、進行終清洗烘乾和最終檢驗，得到產品。
其中，利用模流分析軟體對模具系統進行模具溫度分布的設計和壓鑄系統以及排氣系統的設計，對小型抽芯模具排列儘量減少交叉點。
與現有的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體產品相比，本實施例製備的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過現代化模擬手段(模流分析)，產品一次合格率為98％，鋁液通過變質處理，氣孔和產品機械性能優於市場同樣產品5％，抗拉強度為300Mpa，通過自動化的周邊設備解決了生產效率低的問題，提高近20％產能。
實施例2
在本實施例中，汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，由以下重量百分比的組分組成：矽9.5％，鐵1.4％，銅4.0％，鎂0.6％，鋅1.2％，鉻0.14％，鎳0.33％，錫0.26％，鈦0.2％，鉛0.3％，錳0.65％，餘量為鋁。。
上述汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過與實施例1相同的方法得到。
與現有的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體產品相比，本實施例製備的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過現代化模擬手段(模流分析)，產品一次合格率為99％，鋁液通過變質處理，氣孔和產品機械性能優於市場同樣產品8％，抗拉強度為330Mpa，通過自動化的周邊設備解決了生產效率低的問題，提高近20％產能。
實施例3
在本實施例中，汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，由以下重量百分比的組分組成：矽8％，鐵1.2％，銅2.5％，鎂0.15％，鋅0.5％，鉻0.05％，鎳0.05％，錫0.05％，鈦0.1％，鉛0.1％，錳0.05％，餘量為鋁。。
上述汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過與實施例1相同的方法得到。
與現有的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體產品相比，本實施例製備的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過現代化模擬手段(模流分析)，產品一次合格率為98％，鋁液通過變質處理，氣孔和產品機械性能優於市場同樣產品7％，抗拉強度為315Mpa，通過自動化的周邊設備解決了生產效率低的問題，提高近20％產能。
實施例4
在本實施例中，汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，由以下重量百分比的組分組成：矽11％，鐵1.4％，銅4.5％，鎂0.65％，鋅1.3％，鉻0.16％，鎳0.56％，錫0.27％，鈦0.30％，鉛0.45％，錳0.65％，餘量為鋁。
上述汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過與實施例1相同的方法得到。
與現有的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體產品相比，本實施例製備的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過現代化模擬手段(模流分析)，產品一次合格率為98％，鋁液通過變質處理，氣孔和產品機械性能優於市場同樣產品6％，抗拉強度為320Mpa，通過自動化的周邊設備解決了生產效率低的問題，提高近20％產能。
實施例5
在本實施例中，汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體，由以下重量百分比的組分組成：矽10％，鐵1.3％，銅3％，鎂0.35％，鋅1.1％，鉻0.12％，鎳0.23％，錫0.21％，鈦0.18％，鉛0.35％，錳0.45％，餘量為鋁。
上述汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過與實施例1相同的方法得到。
與現有的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體產品相比，本實施例製備的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體通過現代化模擬手段(模流分析)，產品一次合格率為99％，鋁液通過變質處理，氣孔和產品機械性能優於市場同樣產品6％，抗拉強度為300Mpa，通過自動化的周邊設備解決了生產效率低的問題，提高近20％產能。
實施例1-5中使用的三合一精煉劑可以是型號為HZ-LGJ、HZ-HSJ、HZ-WNJ的精煉劑，例如由徐州華中鋁業有限公司生產。
採用上述實施例1-5中生產製備得到的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體與汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體的技術標準對比結果如下表1所示。
表1本發明製備的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合餘殼體性能與其技術標準的對比
由此可見，本發明的生產製備得到的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體在各項指標上均已達到並超越技術標準，且與標準相比氣孔關鍵面更小，更加卓越的滿足產品設計和使用需求。
本發明的汽車轉向器齒輪箱變速器鋁合金殼體不僅能夠達到壁薄，一體式，不易變形的效果，而且能夠保證各軸孔表面光潔度良好。通過分析能影響產品質量的原料選擇、生產設備對生產工藝參數進行調整，以生產過程中相關因素對產品質量的影響為調整思路和方法，對鋁合金材料配合比、壓鑄工藝及模具進行開發設計。生產過程自動操作相關技術數據，通過小試和中試論證各相關因素以及各參數的合理、協調，實現本發明的電動轉向殼體的生產工藝。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；如果不脫離本發明的精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護範圍當中。