一种挤压铸造的产品内部排气方式

技术领域

本发明涉及运输运动器材承载件和结构件的制备技术领域，特别涉及一种以铸代锻、以铝代钢的运动承载件和结构件的挤压铸造的产品内部排气方式。

背景技术

在运输运动器材轻量化需求背景下，承载件和结构件的减重设计一直是行业内关注的方向，减重可以降低能源损耗，带来运输成本的降低。运输运动器材的承载件和结构件是设备的力承载机构，要求具备良好的致密性和力学性能。以往这些零件大多采用锻造件，以锻的方式，用外力强制提高零件内部组织的致密性，增强结构件的力学性能。对于无法锻的，结构比较复杂的结构件，大多采用重力铸造的方式，利用铝水的自身重量，挤出气体，以达到致密的内部铝组织。

以锻造方式生产的铝合金零件，结构比较单一，对于简单的均衡壁厚，或壁厚差不大的薄壁件具有一定优势，但由于锻造自身的特点，无法形成封闭结构，无法形成加强筋、或局部需要加强的凸台结构。如因产品的装配和使用要求，则后期需要采用焊接或紧固件联结的方式来满足产品的功能需求，增加了零件的重量，增加了零件的制作成本。

以重力浇铸的方式生产的铝合金零件，相对于高速压铸，减少了气体残留，但是由于流速较慢，铝水的流动对壁厚有要求，限制了大部分零件的生产选择，对于复杂的零件结构，重力浇铸一般会采用砂芯结构，去除清理砂芯也增加了零件的制作成本，另外，虽然现在很多公司的重力浇铸采用机器人操作，但重力浇铸自身的工艺特点，决定了重力浇铸的生产效率偏低，无法满足大批量生产零部件的需求。

为了满足承载零件的强度和性能要求，铝合金的挤压铸造能够很好的解决锻造和重力浇铸的这几个问题，是取代锻造和重力浇铸加工的一个方向，目前日本以及欧美等国外企业，在采用挤压铸造工艺方面已经走在了前面，国内也只是起步阶段，所以针对挤压铸造工艺，在整个生产中尚有大量的设备、工装，以及零部件在探索中需要研究和开发。

在运输运动器材轻量化需求背景下，整车减重可以带来运输成本的降低。例如中重卡整车减重指标一般在500kg以上，传统的钢板冲压与焊接件重量通常在70kg以上，已经难以进行减重设计。而随着铝合金的应用和发展，以铝代钢的挤压铸造(液态模锻)工艺可以很好的解决这个问题。

但是以铝代钢的挤压铸造(液态模锻)工艺中，两股或多股铝水合并时，在产品内部容易产生的困气，目前一直无法解决。

中国实用新型专利授权公告号CN204912719U公开了

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于针对以铝代钢的挤压铸造(液态模锻)产品内部困气的问题而提供一种挤压铸造的产品内部排气方式。

为了实现上述发明目的，本发明的挤压铸造的产品内部排气方式，其设置在两股铝水交汇处或者铝水正面撞击型腔位置或者铝水侧面撞击型腔位置设置一花键式排气结构，该花键式排气结构延伸至挤压铸造的型腔内部，对包裹气体的铝皮，进行切割、撕扯，使之切开，以达到解放被困气体的效果；所述花键式排气结构具有至少一道排气槽，所述排气槽的边缘设置有切割刃。

在本发明的一个优选实施例中，所述排气槽的宽度≤4毫米。

在本发明的一个优选实施例中，所述切割刃的刃口角度≤90°。

在本发明的一个优选实施例中，所述切割刃的刃口角度为86.5°。

在本发明的一个优选实施例中，所述排气槽的数量在一个以上时，相邻排气槽之间设置有一与铝液接触的接触面。

在本发明的一个优选实施例中，所述内腔排气方式做在一类似花键的排气销上或者做在一类似拉花纹的排气滑块上。

由于采用了如上的技术方案，本发明与原有技术相比，具有以下特点：

1.开发出一种新的铸造排气结构，尤其是解决了产品中心部位无法排气的困局。

2.提高壁厚件产品的内部质量，减少了孔隙率，采用本发明前，合格率仅为46％，在采用本发明后，合格率直接提升到90％。

3.本发明结构简单，成本低，易于实施。

4.本发明对于铝水流速低的铸造方式，由于给了充分的排气时间，效果尤为显著。

5.本发明排气口大，适合解决大气孔，对于微小气孔效果不明显。

附图说明

图1为铝水正面撞击型腔的示意图。

图2为铝水侧面撞击型腔的示意图。

图3为两股铝水汇集模芯的示意图。

图4为两股铝水汇集的示意图。

图5为两股铝水汇集到排气槽的示意图。

图6为气泡被切割刃的刃口切割示意图。

图7为气派被切割刃的刃口撕扯示意图。

图8为本内腔排气方式的结构示意图。

图9为图8的I处放大示意图。

图10为内腔排气销的端面示意图。

图11为内腔排气销的局部结构示意图。

图12为内腔排气销插入挤压铸造模具内的示意图。

图13为图12的I处放大示意图。

图14为两股铝水汇集到花键排气销的示意图。

图15为内腔排气销气体排气示意图。

具体实施方式

本发明设计思路如下：

1.分析铝水流动形态

铝水困气的状态如下：

A；正面撞击。

铝水正面撞击型腔，前端由于阻力不同，会形成错峰状，相邻的峰之间会产生气体，参见图1。

B；侧面撞击。

铝水侧面撞击型腔，开始端产生反弹，与后来的铝水形成错峰状，相邻的峰之间会产生气体，参见图2。

C；遇障碍物汇合。

模具上通常会出现芯子，或者突起物等特征，对铝水的流动路径形成障碍，铝水经过障碍后，会绕开，并在障碍物后汇合，产生困气，参见图3。

遇障碍物汇合所产生的气体大小，由两股料的正面投影面积和速度来决定，正面相撞，尽管有大部分气体会逃逸，但留下来被困住的气体还是相对于上两种方式要多得多。

以上A、B、C三种形式，在铝水中皆产生困气，被铝水困住的气体，在铝水处于游离状态，为产品性能留下了隐患。

2.分析气体的体积变化

参见图4，根据阿伏加德罗定律和波意尔定律，气体从常温状态，上升到700°左右时，体积大约放大了3倍。

通过实际验证，挤压铸造的铝水流动的最小厚度6毫米，(由于表面张力的原因，铝水前端为球形，或边缘为R3左右的异形)，当两股铝水相迎，产生的封闭气体，封闭截面积6*3-∏*32/2＝3.87毫米

正如前面所述，封闭截面积大部分情况是比较稳定的，封闭体积则由铝水封闭的长度决定，本发明花键排气结构的原理，就是通过减少封闭面积，以达到排气，提高产品内部质量的效果。

3.分析排气要求

铝水汇合形成了封闭截面积，本发明是从减少封闭截面积，让封闭不再封闭的角度出发去解决封闭气体，参见图5，在两股铝水汇合区域增加V字型排气槽，直接开到铝液成型面外面。

需要解决的问题是：铝水不可提前堵塞排气通道；在铝水汇合的位置内部(即产品的内部)，正好存在排气结构。

正如上面所述，挤压铸造的铝水流动的最小厚度6毫米，这是按照挤压铸造不产生喷射、不产生涡流的理想速度条件，但实际上铝水在流动时，由于受到产品的形状制约，铝水在型腔靠近浇口的局部位置，也会有大于正常的挤压铸造速度的现象，这时铝水流动的最小厚度会小于6毫米，在实际验证中约为4毫米的厚度，在挤压铸造中靠冲击和挤压的方式充填型腔，因此V字型排气槽的宽度不得大于4毫米。

4.制作内腔排气结构方案，释放被困气体

参见图6和图7，气体在遇到高温后，它的体积膨胀是突发式、爆发式，走向杂乱无序，且无规则，因此不可避免的会有铝水包空气的现象，此时单纯的开排气口对气体起不到排放通道功能。

那么本发明的另一个刃口结构，就可以对包裹气体的铝皮，进行切割、撕扯，以达到解放被困气体的效果。这里需要注意铝水流动和刃口的相对运动方向，因为在铝水流动时，本发明在模具结构里面是静止不动，所谓的切割、撕扯铝皮的动作，是通过二者的相互运动来实现的。

依据上述分析，本发明产品内部排气方式设置在两股铝水交汇处或者铝水正面撞击型腔位置或者铝水侧面撞击型腔位置，并具有至少一排气槽和至少一与铝液接触的接触面，排气槽与与铝液接触的接触面的连接处设置有切割刃。排气槽的宽度≤为4毫米。切割刃的刃口角度≤90°。排气槽和所述产品成型面的数量为一个以上时，所有排气槽和所有的产品成型面周向交错布置。

本发明的内腔排气方式做在模具的一抽芯结构上或者做在模具的滑块上。

下面结合图8至图15所示的类似花键的排气销(当然也不局限于类似花键的排气销，还可以是类似拉花纹的排气滑块)进一步详细描述产品内部排气方式。

参见图8至图11，该类似花键的排气销延伸至挤压铸造的型腔内部，A具有一柄部1，在柄部1的一端周向均布有若干排气槽2，相邻排气槽2之间为与铝液接触的接触面3，在排气槽2与与铝液接触的接触面3的连接处设置有切割刃4，排气槽2的宽度为3.9mm，切割刃4的刃口角度为86.5°。

参见图12至图14，图中所示的类似花键的排气销A是利用产品本身的结构特点，产品此处本身为圆销子，则排气道就设置在圆销子上。如果此处为方销子，或者异形结构，则根据结构本身的特点，沿着出模方向设置排气道。

图12至图14中，箭头为铝水方向，经滑块后，在花键排气销A位置汇合。只要是两股以上的铝水相逢，就必然会产生困气，沿着铝水入口，循着产品结构，就必然会找到铝水相逢的位置。

尽管气体逃逸的方向，难以确定，但一定是最短的距离，参见图15，列出排气通道4条，其中第1a条和第3a条，排气道需要拐弯，走的路线相对偏远那么就剩下2a和4a的选项。类似花键的排气销A为工艺辅助结构，产品成型后需要与产品一起脱出模具，然后将类似花键的排气销A与铝一起切除，因此它的设置不能改变产品本身的结构，分析剩下的两个选择，2a和4a后期都要加工，两者比较，4a的加工比较困难，因此选择2a作为排气通道(也就是前述的排气槽2)。排气槽2沿着出模方向，要充分考虑拔模角度，以防止排气道堵塞。