挤压铸造汽车制动主缸的研究与应用

1、214Vol󰀂51󰀁No󰀂4铸造󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁FOUNDRY󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁&

2、#983041;󰀁󰀁Apr.2002挤压铸造汽车制动主缸的研究与应用罗继相,胡建华,刘林海(武汉理工大学液态模锻技术工程中心,湖北武汉430063)摘要:针对汽车主制动缸的结构和性能要求,用一套铸型进行了两种挤压铸造方式的研究,确定了最佳的铸型结构和工艺参数,简化了铸型结构,设计了侧油缸的液压系统。对主制动缸金相组织的研究表明,挤压铸造能明显细化铝合金中的共晶组织和初生相(初生󰀁󰀁Al或初生Si相),并能改善合金中金属间化合物的形态和分布。关键词:挤压铸造;汽车;制动主缸;铝合金;压铸型中图分类号:TG249󰀂2;

3、TG292󰀁文献标识码:A󰀁文章编号:1001󰀁4977(2002)04󰀁0214󰀁04ResearchandApplicationofSqueezeCastBrakePumpforAutomobileLUOJi󰀁xiang,HUJian󰀁hua,LIULin󰀁hai(TechnicalandEngineeringCenterforMold󰀁ForgingofLiquidMetal,WuhanUniversityofScience&Techno

4、logy,Wuhan430063,Hubei,China)Abstract:Accordingtothestructureandpropertyofthebrakepumpusedonautomobile,twosqueezecastingtechnologiesarestudiedbyusingonesetofsqueezingmoldinthispaper.Thebestmoldstructureandtechnologicalparametersaredeterminedandsimplified,andthehydraulicsystemforthesideoilcylinderisd

5、esignedbasedonthestudyresult.ItisshownbyinvestigatingthemicrostructureofthesqueezecastAl󰀁alloybrakepumpthatthesqueezingcastingcanobviouslyrefinetheeutecticstructureandtheprimaryphases(primary󰀁󰀁AlorSiphase)ofAl󰀁alloy,andimprovethemorphologyanddistributionoftheprecipita

6、tedinter󰀁metalcompoundphases.Keywords:squeezecasting;automobile;brakepump;aluminumalloy;die󰀁castingdie󰀁󰀁汽车是一种速度较高的现代陆路交通运输工具,要保证在各种道路条件或复杂多变的交通状况下行车安全,关键取决于汽车制动系统的灵敏可靠,制动主缸是汽车制动系统液压传动装置中的重要保安零件。日产汽车制动主缸材质多为铸造铝合金,生产工艺为挤压铸造或金属型铸造,产品性能要求:强度󰀂b󰀂275MPa,塑性 &#

7、983042;1%,热处理后硬度HB󰀂100,在0󰀂7MPa下试验不得有渗漏;产品需经T6处理。国内该零件材质目前大都用铸铁,即便采用金属型铸造工艺生产铝合金制动主缸,其废品率也较高,主要是缩松和针孔,在规定压力下有渗漏现象。笔者利用挤压铸造技术对多种型号制动主缸进行挤压铸造工艺研究。根据零件的结构特点和性能要求,在研究初期是利用一套模具进行两种挤压铸造方式试验,从中探讨出挤压铸造制动主缸工艺方案。研制的产品性能完全达到了设计和使用要求,现已大批量生产。部组织 1!。在主缸件挤压铸造模具的结构设计中,在充分考虑各种因素的情况下,设计一套模具,通过适当改变模具部分

8、零件的位置,实现两种不同的挤压铸造工艺的要求。现将一套模具两种结构原理的工艺过程分析如下。1󰀂1󰀁模具结构I原理及特点模具结构I如图1所示,其动作原理是:将液态金属浇注到压套10内;两个侧油缸推动滑块6和型腔块4合型;油压机上横梁带动动型板12、型柄11、型芯1、压柱2和锁型块3压紧在滑块和型腔块上(锁型);接着压机下油缸推动顶杆9和压头8将液态金属压入型腔;经充分保压后,压机下油缸带动顶杆和压头退回;上油缸带动锁型块等零件卸压回程,并完成抽芯动作。然后两个侧油缸再将滑块和型腔块打开,推料杆5将工件顶出;喷刷涂料后,即可实现下一个工作循环。此种模具结构特点是:液

9、态金属在高压下充满型腔,制件成形容易,棱角非常清晰。由于金属液充型时速度比较低,所以气体的排除较容易。制件经固溶处理和人工时效后,进行宏观检查和微1󰀁挤压铸造主缸模具结构原理及特点挤压铸造模具的基本功能是:对正在结晶的金属液直接施加压力,进行挤压铸件的热交换;使液态金属成形,以保证挤压铸件所需的形状、表面质量和内收稿日期:2001󰀁11󰀁29收到初稿,2002󰀁01󰀁25收到修订稿。作者简介:罗继相(1953-)男,满族,吉林省洮南人,高工,从事金工课教学和挤压铸造研究,获国家级星火奖和国家级教学成果奖各1项,铸造

10、罗继相等:挤压铸造汽车制动主缸的研究与应用215观分析未发现任何缺陷。与模具结构II相比,结构I挤压铸造时所需的保压时间要略长一些。经大量试验,在正常的批量生产中,采用了结构I作为生产模具。对工件进行补缩。从金属的补缩顺序看是有利的,但零件靠浇注成形,表面质量较差;模具必须经充分预热,否则易造成浇不足、冷隔等缺陷。图1󰀁模具结构I原理图Fig󰀂1󰀁PrincipleofthediestructureI1󰀂型芯󰀁2󰀂压柱󰀁3󰀂锁型块󰀁4󰀂

11、型腔块(A、B)󰀁5󰀂推杆󰀁6󰀂滑块(A、B)7󰀂侧油缸󰀁8󰀂压头󰀁9󰀂顶杆󰀁10󰀂压套󰀁11󰀂型柄󰀁12󰀂动型板图2󰀁模具结构II原理图Fig󰀂2󰀁PrincipleofthediestructureII1󰀂压头󰀁2󰀂聚氨酯橡胶󰀁3𘀀

12、2;锁型块󰀁4󰀂型腔块󰀁5󰀂推杆󰀁6󰀂滑块7󰀂侧油缸󰀁8󰀂型芯󰀁9󰀂顶杆󰀁10󰀂压套󰀁11󰀂型柄󰀁12󰀂动型板1󰀂2󰀁模具结构II原理及特点模具结构II如图2所示,其动作原理是:将合金液浇注到由型腔块4A、4B组成的型腔中;油压机通过压板带动与动型板12相联的型柄11、锁型块3和聚氨酯弹性体2完

13、成锁型动作;由于聚安酯弹性体的可变形性,与型柄相联的压头1可继续下行,直至完成凝固。这种模具结构的特点是:挤压铸件基本上是靠浇注成形的,压力的作用只是迫使顶部液态金属2󰀁挤压铸造主缸的工艺参数和模具结构参数选定󰀁󰀁挤压铸造工艺参数和模具结构参数,对主缸的质量、生产率和生产成本都有直接影响,经试验和生产实践验证,选定的挤压铸造主缸的主要工艺参数和模具结构参数如表1、表2所示。表1󰀁主缸的主要挤压铸造工艺参数Table1󰀁Squeezingcastparametersofthebrakepump合金熔炼温度/#6907

14、40模具预热温度/#100150模具工作温度/#<300挤铸合金温度/#620720充型速度󰀁1/(ms)锁型速度/(ms󰀁1)0󰀂01合型速度/(ms󰀁1)0󰀂050󰀂08锁型力/kN2000合型力/kN25分型力/kN30成形比压/MPa124充型时间/s1󰀂2保压时间/s515留型时间/s10200󰀂27表2󰀁模具的结构参数Table2󰀁Structureparametersofthedie冷却方式空冷加热方式内腔面粗糙度推

15、杆件配合H7/d6型面排气间隙/mm0󰀂10󰀂15(深),1020(宽)红处线加热0󰀂40󰀂8Ra!m保压时间是保证制件内部组织致密,不致产生缩孔和缩松的重要参数,它与模具温度、成形比压等参数有关,当成形比压一定,模具温度低时,保压时间就要短些,反之则要长一些。模具间隙的设计是以保证在挤压铸造时型腔气体能充分排除,又不使铝液飞溅出模具外表面为最佳。它是挤压铸造模具设计中严格控制的重要参数。为了适应挤压铸造汽车制动主缸,对油压机做了改造,在液压系统中增加了两个侧油缸及部分液压元件,用于侧向开合型及抽芯。󰀁♦

16、41;合金熔炼温度、模具工作温度和挤压铸造时合金液温度三者有一定联系,实际生产中主要以挤压铸造时合金液温度来决定熔炼温度,它关系到制件能否成形。考虑到模具的使用寿命,模具温度一般不要超过300#,否则易使模具变形、熔损,且粘型严重。充型速度的设计原则是,既要保证工件成形良好,同时又要防止卷气 2!。成形比压是关系到制件内外质量的重要参数,压力太低,成形性差,且厚大断面有缩松,达不到性能;3󰀁挤压铸造主缸的金相组织与性能汽车制动主缸是一种保安零件,产品除要具有足󰀁󰀁216󰀁󰀁󰀁Apr.2002FOUN

17、DRY󰀁󰀁󰀁Vol󰀂51󰀁No󰀂4有渗漏现象 3!。3󰀂1󰀁金相组织与断口形貌3󰀂1󰀂1󰀁五十铃主缸的金相组织与断口形貌从日产五十铃汽车制动主缸上取样,分析其金相组织和断口形貌。金相试样用2%NaOH水溶液腐蚀,在扫描电镜下观察。结果见图3a,其中,深灰色为基体󰀁󰀁Al相,白色点条状形貌为Si相,有的视场含有Fe、Mn、Cu,图中箭头所指处为三元共晶体。断口绝大部分区域为准解理形貌和解理台

18、阶,局部为韧窝的撕裂棱,本质上是脆性的,见图3b。3󰀂1󰀂2󰀁挤压铸造主缸的金相组织与断口形貌挤压铸造主缸的材料为ZL108,金相试样用硝酸水溶液腐蚀,用S󰀁570扫描电镜观察,见图4a。合金中,共晶体及初晶相显著细化,在󰀁󰀁固溶体基体上均匀分布着Si、CuAl2、g2Si和含铁相。这主要由于压力的作用,使合金的结晶核心数目增多,抑制了针片状AlSiFe相的析出。整个断口为典型的韧性断口,裂纹起点在试样边缘,试样断口中心部位和边缘部分的断裂微观形貌无大的差异,均为韧窝型,且韧窝中较为光洁,见图4b。

19、(a)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁(b)图3󰀁五十铃制

20、动主缸的金相组织和断口形貌Fig󰀂3󰀁MicrostructureandfracturemorphologyofthebrakepumpusedinISUZUcar(a)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁&

21、#983041;󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁图4󰀁挤压铸造主缸的金相组织与断口形貌(b)Fig󰀂4󰀁Microstructureandfracturemorphologyofthesqueezingcastbrakepump3󰀂2󰀁力学性能状况在挤压铸造主缸制件上取样,测定材料的强度、硬度、塑性。在试验台上检验主缸的密封性和耐压性,结果见表3、表4。表3󰀁挤压铸造主缸的力学性能Table3𘀀

22、1;Mechanicalpropertiesofthesqueezingcastbrakepump性能强度󰀂b/MPa要求指标275实测结果290(平均)伸长率 (%)󰀂11󰀂6硬度(HB)密封性/Pa耐压性/Pa24󰀂526无渗漏4󰀁结论(1)用挤压铸造技术生产汽车铝合金主制动缸在技术上是先进的,工艺上是可行的。各项性能指标完全达到了设计要求。(2)正确地设计模具结构,合理地选择工艺参数是获得合格挤压铸造制件的关键。(3)在原油压机的液压系统中设计安装两个侧油缸,既不影响设备的正常运行,同时也方便了生产,简100

23、0󰀂78105(平均)0󰀂8无渗漏铸造性。罗继相等:挤压铸造汽车制动主缸的研究与应用217片状AlSiFe相的析出,从而使合金中的共晶体及初(4)压力能使合金的结晶核心数目增多,抑制针晶相显著细化。表4󰀁其它主要检测数据Table4󰀁Otherimportanttesteddatas试验项目气密性泄漏试验真空保持能力试验内容标准要求真空度不降低无泄漏无泄漏无泄漏和破坏无任何异常<0󰀂3MPa无任何异常<0󰀂3MPa105循环后产生正常液压试验后,反复全行程推动活塞,应动作灵活,拆检总成,

24、其内表面应无明显腐蚀试验结果不降低无无无无0无0105循环后产生正常液压活塞动作灵活,内表面无明显腐蚀%施加490kPa气压保持3min检查有无泄漏&推动活塞建压13󰀂72MPa,保持5min,检查有无泄漏推动活塞建压24󰀂5MPa,观察有无泄漏和破坏试验温度󰀁40(5#,在72h、96h、120h时活塞动作6次,观察其灵活性和泄漏情况上述低温耐久性能检查完后,在7󰀂0MPa压力下30s后压降试验温度70(5#,频率1000(100次/h,试验压力7󰀂0(0󰀂3MPa,试验行程为最大行程的80%90%,试验时间120h在7󰀂0MPa压力下测量30s后压降常温、90%全行程、1000次/h输出压力为13󰀂7MPa相对湿度(95(3)%,温度45(1#下放置16(1h,温度20(1#下放置8(1h,共进行12个周期低温性能气密性复查高温耐久性能高温耐久性检查后气密性复查常温耐久性耐蚀性储存参考文献:1!󰀁陈柄光.液态金属模锻模具设计 M!.武汉:华中理工大学出版社,1989.91141 2!󰀁齐丕骧.挤压铸造