一种铝合金水表表壳压铸成型技术及其产品

摘要

本发明涉及铝合金制品领域，是一种铝合金水表表壳压铸成型技术及其产品。解决了现有技术中铜、铁制品的浇铸工艺产品报废率高、产量低下的问题，同时也解决了塑料表壳制品的质量不稳定和无钢性易变形的矛盾以及现有的铝合金制品不可热处理强化，不易普通的阳极阳化，易腐蚀霉烂，品质差等问题，提供一种铝合金水表表壳压铸成型技术。其生产工艺步骤如下：将配置好的铝合金锭放置入坩埚炉中，熔融；将合金液进行压铸。本发明产品性能好，生产工艺科学合理容易操作，不会造成环境污染，适于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金制品领域，是一种铝合金水表表壳压铸成型技术及其产品。

背景技术

现有技术以灰铸铁、球磨铸铁和铅黄铜和塑料为材料制造水表表壳。灰铸铁、球磨铸铁表壳纯属翻砂浇铸成形，其密实度低，铸铁熔炼温度在1300-1600度间，生产时大量排放废气等污染物，并且该材料生产的产品易生锈、腐蚀，而不断产生的铁锈及污染物给生活用水造成二次污染。而铅黄铜表壳铸造同样为翻砂浇铸，其密实度低，熔炼温度在1100-1300度间，因此同样给大气造成污染，该材料生产的产品多采用民间工艺，由于市场竞争，为了降低成本，常出现锌铅元素超标的产品，特别是铅超标，这给使用者带来很大的伤害；另外，铅黄铜表壳表面易生成腐朽物即铜绿，因此也是对饮用水造成二次污染的重要原因；而塑料为材料的水表表壳，其塑性大，钢性小，而受到高低温气候变化时无法避免变形，同时在该材料中的有机炭超标难以解决。

从资源方面看：在自然界中，铜的矿含量在地壳中为0.07％，而铝的矿含量为7.8％；从环保方面比较来看：高温熔炼的铜和铁会排放大量的废气和灰尘及噪音，铝的熔炼其温度最高时不会超过800度所以不会排放如此之大的污染；从成品损耗比较来看：铁和铜的生产熔炼要投入很多的设备，也要耗费较大的电能和煤炭，而铝的熔炼不会有这样大的投入和耗费；从成本方面比较来看：在全球范围内，由于铜资源的匮乏，至使铜价日趋攀升，而铝资源丰富，其价格远远低于铜的三倍以上。所以采用高性能的铝合金制品是水暖器材生产发展的必然趋势。

现有技术中铝压铸机普遍使用的铝合金材料为铸造铝，其最常见的一种元素质量百分含量为：Si 12.0％，Fe 0.7％，Cu 0.3％，Mn 0.5％，Mg0.1％，Zn 0.1％，Ti 0.2％，AL的含量为.86.1％；现有技术中出现的另一种用于制造铝合金水表表壳的铝合金材料，也属铸造铝类型，其各元素百分含量为：SI：3.9％～13.2％；MG：0.20％～1.5％；CU：0.4％～2.3％；TI：0.05％～0.1％；RE：0.07％～0.2％；SR：0.01％～0.1％；余为AL，AL的总含量约89％。但是这些高元素铝合金材料存在着无法弥补的缺陷，其缺点一、不可热处理强化，对此在机械工业出版社出版的《铝合金应用手册》(p52页)一书中已论述；二、不易普通的阳极阳化，因此对产品的表面保护无法应用此项操作简单效果优异的工艺；三、脆性及强度小，因其抗外力因素较小，由于浇铸的工艺的局限性，其密度低，因而产品在实际使用中经常出一定比例的渗水现象，易腐蚀霉烂。

铝合金随着元素的变化而直接影响着材料的性能，由于相关元素的增加，导致含铝量降低，虽然在元素的作用下铝合金本身的硬度也增加了，但耐腐蚀性能也就下降了，因此在热处理强化方面，由于元素组织的合理性不够，破坏了热处理的相关性能，如固熔、淬火、时效等，使得产品品质较差，再则本身已经有一定的硬度，生产商不需要，也不方便再做热处理，这也是品质下降的又一原因。

发明内容

本发明的一个目的是为解决上述现有技术中铜制品成本高，消耗大，污染严重和铝合金制品不易热处理强化，不可普通的阳极阳化，易腐蚀霉烂，品质差等问题，提供一种铝合金水表表壳压铸成型技术。

为实现上述目的，本发明的一个技术方案提供了一种铝合金水表表壳压铸成型技术既能符合水表壳的使用品质，能提升材料的性能和档次，又能在普通的设备上制成，而且制成后的产品要符合热处理强化的要求，为了满足这些要求材料是关键，所以必须要对现有材料的材料进行改良，从而筛选出合适的配方。

一种铝合金水表表壳压铸成型技术，其生产工艺步骤如下：

①将原料，也就是按配方配制好的铝合金锭放置入坩埚炉中，熔融；

②将合金液进行压铸。

本发明的原料按照配方以各元素的质量百分含量计为：Mg 2-6％，Mn 0.4-1％，Fe 0.2-0.6％，Cr 0.05-0.15％，余量为Al。

进一步说，本发明的原料配方以各元素的质量百分含量计为：Mg3-5％，Mn 0.6-0.8％，Fe 0.3-0.5％，Cr 0.08-0.12％，余量为Al。

更进一步说，本发明的配方以各元素的质量百分含量计为：Mg4.0％，Mn0.7％，Fe0.40％，Cr0.10％，余量Al，Al的总含量约94.8％。本发明为低合金元素铝合金，可通过热处理进行强化，元素中的Mg和Mn的含量是该组合金的关键之一，并且，通过多种元素配合，达到较好的效果，避免了产品在成形中的热裂倾向。

本发明工艺还包括毛坯热处理技术，一种铝合金水表表壳压铸成型技术，其生产工艺步骤如下：

①将按配方配制好的铝合金锭放置入坩埚炉中，在620-650℃条件下熔融；

②将合金液倒入压铸机进料口，注入型腔压制成毛坯；

③毛坯热处：将毛坯升温至520℃恒温3.00小时，进入20-80℃间的水中速冷，此过程从出炉到水中在15秒内完成，然后进入170℃炉恒温8小时。

本发明的另一个目的是提供一种铝合金水表表壳压铸成型技术制造的产品，一种铝合金水表表壳。

一种铝合金水表表壳，包括上环室，下环室，进水口，出水口，所述进水口与下环室相通；所述上环室与出水口相通；上环室位于下环室上方，二者通过水表机芯座分隔成两部分。

本发明中所提供的铝合金配方，也适合以其他工艺进行生产，这仅仅是本发明按照现有技术进行的等同替换，在此不做赘述。

本发明工艺对液体流速有一定的要求，为满足这一要求，所加入的Si(硅)元素量是需要比较合适的，Si能使铝合金熔体的流动性增加，由于含Si量的增加导致氧化工艺的局限性，如何能在达到最好性能的情况下同时符合工艺的要求，是很难解决的问题，本发明经过大量的实验进行尝试，最终选择了现在的配方。

按现有技术工艺生产的铝压铸产品，其材料都是以铸造铝为主，为了提升产品的档次提高产品性能，必须降低合金元素含量，为此即要改良材料，又要符合压铸的要求，所以经过了大量实践总结，本发明给出了以镁和锰为主要元素的铝合金材料。加入镁使铝合金增加一定的强度、光亮度、韧度和切削性能，加入锰能使铝合金坚硬，本发明产品含铝量多，能实行广泛的表面处理要求，可采用普遍性的阳极氧化工艺。能热处理强化可使材料组织均匀和细化，强度中的硬度可从刚压制成型的产品的几乎没有硬度读数到12-13左右(韦氏硬度)，从而达到材料的稳定。由于采用压铸工艺，模具中不允许砂性材料充装模具件，整个过程从熔液到成形经过180T的压力，脱模后的产品其密度高，性能好。

本发明的有益效果在于：

1、元素的改变克服了产品脱模时的热裂现象。

2、非铸造铝在铸造设备中操作是对常规的打破。

3、成形工艺的不同和设备的不同及材质的改良都提高了产品质量，达到了变形产品同样工艺程序的处理方法和处理效果。

4、在产能上是浇铸的两倍以上，作业工人与浇铸比较更环保和安全。

更进一步地说：本发明产品是用压铸而成，而压铸工艺需要熔化铝的温度只要在620-650℃间，可在容积在0.05立方至0.15立方的坩埚中熔化，一般都在室内作业，因此不会有废气污染物等排放出去，而该材料中的所有元素都是无害的，不生锈、不腐烂，并且材质性能即钢又韧，性能优异。

氧化着色是一种个性化的选择，不仅仅是进行表面处理，进一步的提高产品的性能，而且可以从颜色的角度来规范产品的成批性，即可区别批次和方便分类，作为配件时也可与其他配件相协调以满足产品的统一性，颜色亦可配合市场的需求性等等，现有技术中的铝合金产品大多氧化着色能力差，无法适应日益发展的需求，本发明产品配方科学合理，氧化着色能力好。

本产品是专门为生产水表金属件(配件)而特配的以铝为母本的非多元素新型合金铝，因此称为水表配件专用合金铝。对此通过配方选定，设计、挤压成型、热处理强化和表面阳极氧化等技术手段达到规范指标，与铸铜和铸铁配件相对比能充分证明专用合金的优势和特点，对专用材料的性能经过测试与其相比较，无论在物理性能、防腐和环保等方面分析，优于传统的铸铁和铸铜的水表配件，更能解决自来水终端的二次污染问题。当今铜资源的匮乏使铜价上涨，导致产品价格竞争激烈，以次充好屡屡出现，形成了不良产业链，使得不少水表生产企业在困惑中打拼。为此我公司研发的专用合金铝水表配件，能解决以上的不足，其一、从资源上说，在地壳中的储量铜为0.07％，而铝的储量有7.8％，相差100余倍。其二、专用合金铝配件的应用指标都符合要求。其三、产品价格绝对低于铜配件。其四、符合国家提倡的节能、减排的产业结构。下面通过比较对本发明产品的优异性能进行说明：

一、合金铝生化检测

通过检测，了解水质中的各种微量元素含量以及具体成份，证明应用本发明合金产品的水表各项卫生均达标，不够成任何对人体的伤害。铝是一种无毒的材料，可以用于食品和饮料的加工和包装…，此理论在《铝合金应用手册》P2中已论述，本发明中各原料均无毒性，各种材料相互配合，结构紧凑。

二、环境、环保比

1、合金铝水表罩子、接管及螺母的制造，排除了对空气及环境的污染，是一种在常温下冷锻压制成形的技术，可获得无废气和废水，在无污染的状态下给一个清洁环境的工作条件。

2、铸造铁配件的熔炼是在1300度-1600度，铸铜配件的熔炼是在1100度-1300度，二种材料的熔炼温度之高，在空气中所挥发的废气和砂灰致使工场不洁，造成了生态和环境污染。

三、物理机械和延伸比检测，以铸铜作比较：

以DN15接管螺母为例实测，铜制管帽接件和专用合金铝的管帽接件强度和延伸测试：

结果：铜接管件破坏拉力，28.50KN    延伸：4.1mm；

      合金接管件坏拉力，30.85KN    延伸：5.2mm。

四、耐腐蚀性测试结果，以铸铜作比较：

1、a未经表面保护处理的本发明合金铝接件过水19个月时查看表面逞暗色，过水表面无脱落剥层和腐蚀现象。

b铜接件过水19个月时查看过水表面逞灰色。

2、a对表面阳极氧化保护的合铝金接件，进行24小时盐雾检测表面等级，10/10(无缺陷)。

b铜接件未见明显异常。

3、a用5％NACI溶液浸泡36小时二种产品均无异常。

b经浸泡试验后置于空气中72小时(表面半浸润)结果：本发明合金接件均未发现异常。铜接件，表面有明显变色现象，局部出现轻微铜绿。

4、对弱酸环境腐蚀比：

a、用弱酸液(PH5.5-6.5)浸泡36小时结果：

本发明合金铝接件表面均无异常。

铜接件，表面明显有变色现象。

b、经浸泡试验后置于空气48小时(表面半浸润)结果：

本发明合金铝接件未见明显表面异常。

铜接件表面变色现象加重，出现明显铜绿。

5、弱碱环境腐蚀对比：

a、弱碱液(PH7.5-8.5)浸泡36小时结果：

本发明合金铝接件表面未见明显异常。

铜接件也未见明显异常。

b、验后置于空气中48小时(表面半浸润)结果：

本发明本发明合金铝接件表面未见明显异常现象。

铜接件表面有明显变色现象。

五、检测和数据说明，本发明合金铝的各项指标与铜件相比毫不逊色，而检测到的生化指标和实际中的环保比铜件更具有科学性。本发明合金铝配件由于制造工艺技术的不同，致使产品绝对不存在砂孔，因此它的密封性更好，而所具有的综合性能是无比优越的，特别是通过阳极氧化表面保护处理后，使整体合金铝处于全封闭绝缘状态，对于析出微量元素的可能性更小，防腐蚀性能更好，使品质更具有永久性和安全性，专用合金铝材料水表配件在水表行业中的更新换代，产品使用近两年和材料使用近五年中，已使很多人在认可我们的产品。

说明书附图：

图1是本发明产品铝合金水表表壳剖视主视图；

图2是本发明产品铝合金水表表壳半剖左视图；

图3是本发明产品铝合金水表表壳俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

原料按照如下配方：

Mg 40kg、Mn 7kg，Fe 4kg，Cr 1kg，Al为948kg将各种原料放入坩锅炉，在温度620-650℃条件下熔化至液体状；舀取合金液倒入压铸机进料口，液体注入型腔，在180T压力下进行压铸，按现有技术压铸成型，出模取毛坯；自毛坯内取出模具嵌入模；-去毛坯料头；毛坯热处理工艺：采用工业RQ3电阻炉，放入毛坯，启动电源，升温加热至520℃时恒温3.00小时-进入20-80℃间的水中速冷，此过程从出炉到水中在15秒内完成；然后将处理过的毛坯放入工业电阻炉-井式炉170℃炉恒温8小时，达到材料分子结构均匀，消除应力提高硬度，符合车削要求；

车切削：将热处理过的毛坯喷砂打毛刺，此项步骤按照现有技术，所有工序都在仪表车床中完成。

实施例2-8

生产工艺如实施例1，配方如下表所示：

  实施例  2  实施例  3  实施例  4  实施例  5  实施例  6  实施例  7  实施例  8  Mg(kg)  2  3  6  5  4  3.5  4.5  Mn(kg)  0.4  0.5  0.6  0.7  1  0.8  0.9  Fe(kg)  0.6  0.3  0.5  0.2  0.4  0.25  0.45  Cr(kg)  0.15  0.12  0.14  0.08  0.09  0.1  0.05  Al(kg)  96.85  96.08  92.76  94.02  94.51  95.35  94.1

实施例9

结合图1-3，一种铝合金水表表壳，包括上环室1，下环室2，进水口3，出水口4，所述进水口3与下环室2相通；所述上环室1与出水口4相通；上环室1位于下环室2上方，水表的机芯分为两个机构，即计量机构和计数机构，两个机构是合一的，总称名词叫水表机芯，放置在水表机芯座5上，计量机构位于下环室2，计数机构位于上环室1。

本发明压铸设备采用160T 180T 200T铝压铸机，其生产厂家蚌埠市振华压铸机制造厂，J1118-J1175型系列。