一种挤压铸造与挤压成形结合的商用车铝合金防护横梁连接件复合成形模具及工艺方法

摘要

本发明公开了一种挤压铸造工艺与挤压成形工艺结合的商用车铝合金防护横梁连接件复合成形模具及工艺方法，该复合成形工艺是在液压机上进行，首先采用挤压铸造工艺获得具有一定形状和尺寸的铝合金防护横梁连接件铸坯，待连接件坯料凝固并降温至一定温度后，直接对其进行挤压成形，获得具有较高形状和尺寸精度、且内部组织和力学性能良好的商用车铝合金防护横梁连接件。本发明通过模具结构设计，可在一台通用液压机上一次工序中完成防护横梁连接件的挤压铸造制坯和挤压成形，且挤压成形无需再加热，具有生产效率高、能耗低，所成形的连接件形状和尺寸精度高、力学性能好等优点。

说明书

技术领域

本发明属于汽车零部件制造领域。

背景技术

近年来，随着汽车工业的快速发展，汽车普及率大幅提高，交通事故也随之增多。在商用车与乘用车混合行驶的情况下，由于两者之间的高度差异，容易发生乘用车钻入商用车前下部的恶性事故。为了提高汽车的碰撞安全性，许多国家对商用车前下部防护装置的碰撞性能提出了明确的要求。我国也借鉴国外法规制订了相关法规，要求各商用车企业生产的N2、N3类载货车必须安装符合要求的前下部防护装置。因此，汽车(商用车)前下防护横梁总成是保证车辆前碰撞安全性的重要保障，由防护横梁和连接件两部分组成，通常采用较厚的钢板制成。钢制前下防护横梁总成普遍均偏重，不利于整车的轻量化。近年来，轻量化已成为世界商用车发展的共同潮流，是提高卡车燃油经济性、降低汽车CO

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为商用车铝合金前下防护横梁总成制造提供一种具有成形精度高、成形件力学性能好，且生产成本低、生产效率高的连接件制备成形工艺。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种挤压铸造与挤压成形结合的商用车铝合金防护横梁连接件复合成形模具，由凸模3、凹模4、型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6、型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8组成；

其中，所述凹模4的型腔由挤压铸造成形上腔和挤压成形下腔组成，所述挤压铸造成形上腔用于成形连接件铸坯2，其横向尺寸与连接件铸坯2的尺寸相同，所述挤压成形下腔成形挤压连接件1，其横向尺寸与挤压连接件1相同；所述的型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6、型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8在挤压成形下腔内，上述所有型芯均可以在凹模下腔内上下移动，型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8在凹模型腔的底部，所述的型芯Ⅲ7的高度尺寸与挤压连接件的高度尺寸相等，所述型芯Ⅳ8的高度尺寸与挤压连接件主体的高度尺寸相等；型芯Ⅰ5在型芯Ⅲ7之上，型芯Ⅱ6在型芯Ⅳ8之上，型芯Ⅰ5和型芯Ⅱ6上面与挤压铸造成形上腔底部相平；型芯Ⅰ5和型芯Ⅲ7的宽度与挤压连接件1挤压成型部分的宽度相等。

所述的挤压成型后的挤压连接件1形状和尺寸与连接件尺寸相同，但需要去除无法挤压成形的构造；连接件铸坯2的形状与连接件主体相同，连接件铸坯2的尺寸与挤压连接件1尺寸相差的倍数根据挤压比确定，所述挤压比根据连接件所采用的铝合金材料的塑性变形能力和连接件性能要求选择。

一种挤压铸造与挤压成形结合的商用车铝合金防护横梁连接件复合成形工艺方法，所述复合成形工艺是在常规通用液压机上进行，首先采用挤压铸造工艺获得具有一定形状和尺寸的铝合金防护横梁连接件铸坯，待连接件坯料凝固并降温至一定温度后，直接对其进行挤压成形，将成形后的挤压连接件顶出并冷却，获得具有较高形状和尺寸精度、且内部组织和力学性能良好的商用车铝合金防护横梁连接件。一般包括如下步骤：

1)确定挤压成型后的挤压连接件1形状和尺寸、挤压比以及挤压铸造成形后连接件铸坯2的形状和尺寸，并以此计算单件连接件成型所需浇铸的铝合金量；

2)选择复合成形工艺所需的液压机设备，设计能够在液压机上一次完成挤压铸造和挤压成型两种工艺所需的成形模具；

3)在液压机上进行挤压铸造工艺与挤压成形，获得成形连接件，其工艺流程如下：

a、铝合金熔炼；

b、浇铸并采用挤压铸造工艺制坯；

c、凝固并降温至一定温度范围后对挤压铸造成型的连接件铸坯进行挤压精成形；所述的温度范围根据所采用的铝合金材料的塑性变形能力进行选择；

d、待挤压成型结束后顶出连接件并冷却；

e、对连接件进行热处理和机械加工，获得最终的连接件零件。

步骤1)的具体步骤如下：所述的挤压成型后的挤压连接件1形状和尺寸与连接件尺寸相同，但需要去除无法挤压成形的构造，如：圆角和孔等部位，可以考虑在后续机械加工完成；连接件铸坯2的形状与连接件主体相同，连接件铸坯2的尺寸与挤压连接件1尺寸相差的倍数根据挤压比确定，所述挤压比根据连接件所采用的铝合金材料的塑性变形能力和连接件性能要求选择。

步骤2)所述液压机设备选择主要是根据挤压连接件1和连接件铸坯2的尺寸、挤压比等参数，计算所需的成形力，根据成形力确定液压机的吨位和行程、工作台尺寸；

步骤3)b中所述的挤压铸造成形连接件铸坯时，型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6、型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8均在凹模4的挤压成形下腔内，将具有一定温度的铝合金熔液浇铸至凹模4的挤压铸造成形上腔，凸模3由液压机的活动横梁驱动下行进入凹模4上腔，并对铝合金熔液施加一定的下压力F1，直至铝合金熔液完全凝固，形成连接件铸坯2，热电偶9检测温度变化；下压力F1大小根据挤压铸造成形工艺要求确定；

步骤3)c中所述挤压成形是在热电偶检测温度至低于连接件铝合金的固相线温度后，液压机停止加载，撤去凹模4下腔内的型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8，型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6落至凹模挤压成形下腔的底部，液压机活动横梁驱动凸模3继续下行，将连接件铸坯2压入凹模4的挤压成形腔，直至完全压入后成形获得挤压连接件1。

步骤3)d中所述的挤压连接件1顶出，是由液压机顶出缸给型芯Ⅰ5和型芯Ⅱ6施加向上的顶出力，将挤压连接件从凹模4中定出后冷却。

步骤3)e所述的对挤压连接件1进行热处理可以进一步提高连接件的性能，所述的机械加工主要是加工无法直接成形的圆角、孔等形状，最终获得满足要求的连接件零件。

本发明的有益效果：

1.该复合工艺充分利用挤压铸造工艺成形件尺寸精度高和挤压成形件力学性能好的特征，所成形的连接件具有形状和尺寸精度高、力学性能好等有点。

2.挤压铸造制坯和挤压成形在一次工序中完成，挤压精成形时可利用铸造成形的余热，无需再加热，生产过程能耗低、生产效率高。

3.本发明通过模具结构设计，在一台通用液压机上就能完成整个复合工艺的成形过程，设备投入少，生产成本低。

附图说明

图1为商用车前下防护横梁总成，由横梁和连接件两部分组成；

图2为连接件挤压成形后的工件形状及尺寸；

图3为连接件挤压铸造成形后的铸坯形状及尺寸；

图4为复合成形工艺所需模具的结构图；

图5为铝合金熔液浇铸在模具型腔内的示意图；

图6为挤压铸造过程示意图；

图7为挤压铸造结束，挤压成形尚未开始时的示意图；

图8为挤压成形过程示意图；

图9为成形后顶出示意图。

图中：1-挤压连接件，2-连接件铸坯，3-凸模，4-凹模，5-型芯Ⅰ，6-型芯Ⅱ，7-型芯Ⅲ，8-型芯Ⅳ，9-热电偶。

具体实施方式

以附图1所示某商用车铝合金前下防护横梁总成的连接件为例，应用本发明所述复合工艺成形的主要步骤如下：

1.确定挤压成型后的挤压连接件1和挤压铸造成形后的连接件铸坯2的形状和尺寸，其中挤压连接件形状和尺寸确定可以依据连接件的零件图确定，如图2所示，挤压连接件形状和尺寸与连接件尺寸相同，由于图1中连接件上的孔和部分圆角无法直接成形，可以在后续采用机械加工方法获得；连接件铸坯的形状和尺寸则主要根据挤压连接件尺寸和确定的挤压比来确定，如图3所示，连接件铸坯2的L01和W01尺寸可与挤压件1的L11、W11尺寸相同，连接件铸坯2的L03、W02尺寸较挤压件的L13、W12尺寸增加，增加的倍数可根据挤压比来确定；挤压比主要连接件所采用的铝合金材料的塑性变形能力和连接件性能要求选择，如果材料塑性较好，可采用较大的挤压比，材料塑性较差挤压比较小。

2.设计挤压铸造和挤压成形一体化模具4并选择成形液压机型号，根据挤压连接件和连接件铸坯尺寸，模具4的上型腔横断面尺寸与挤压铸坯2的尺寸相同，模具4的下型腔尺寸与挤压连接件1的尺寸相同，挤压成形的下型腔内安装有可上下移动的型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6、型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8，各型芯与挤压型腔间隙很小，其中型芯Ⅲ7的高度尺寸与挤压连接件1的高度尺寸H12相等，型芯Ⅳ8的高度尺寸与挤压连接件的高度尺寸H11相等，凸模3上进入凹模4的工作部分尺寸是在凹模型腔尺寸上减去凸、凹模间隙即可；成形液压机选型挤压铸造和挤压成形所需的力以及对于成形件尺寸来确定液压机的吨位和行程、台面尺寸等参数。

3.挤压铸造制坯，将铝合金材料熔化并达到浇铸条件后注入模具型腔，此时，型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6、型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8均在下挤压成形型腔内，如图5所示，随后凸模3在液压机的活动横梁驱动下行进入凹模4上腔，并对铝合金熔液施加一定的下压力F1，F1值的大小根据挤压铸造工艺需求确定，铝合金熔液在F1力作用下完全凝固后，便形成连接件铸坯2，热电偶9检测铝合金凝固过程中的温度变化。

4.挤压成形，当热电偶检测的温度至低于连接件铝合金的固相线温度后，液压机停止对凸模3的加载，同事撤去凹模4下腔内的型芯Ⅲ7和型芯Ⅳ8，型芯Ⅰ5、型芯Ⅱ6落至凹模挤压成形下腔的底部，如图7所示，此时下挤压型腔尺寸与挤压件尺寸相同，液压机活动横梁驱动凸模3继续下行，将连接件铸坯2压入凹模4的下挤压成形型腔内，直至完全压入后成形获得挤压连接件1，如图8所示。

5.挤压连接件顶出和冷却，待挤压连接件完全成形后，液压机主缸回程，由液压机的顶出缸给型芯Ⅰ5和型芯Ⅱ6施加向上的顶出力，将挤压连接件从凹模4中定出后空冷。

6.挤压连接件的热处理和机械加工，根据对连接件的性能要求，可对挤压机械相应的热处理；热处理后采用机械加工方法加工出连接件上的圆孔和圆角过渡等形状。