一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法技术

一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法，采用铸造工艺制备防撞梁，所述铸造工艺采用的原料铝合金由下列质量分数的物质组成：6.5

【技术实现步骤摘要】
一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法


[0001]本专利技术涉及一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法，属于汽车部件制造


技术介绍

[0002]据世界铝业协会报道，汽车质量每降低10％，油耗就可以降低6％至8％，汽车每减轻100kg，每100km可以减少CO2排放8～11g，减少油耗0.3～0.5L。面对严峻的排放和能源问题，汽车轻量化设计和创新材料的应用是解决此问题的一个有效途径。新材料的应用可以减少传统钢材资源短缺的问题，同时创新材料的协调性可以更适用于汽车的相关部件。
[0003]汽车防撞梁总成主要由防撞梁、吸能盒、车身安装板、拖钩螺母等多个零部件组成，主要功能是承受正面碰撞的冲击载荷，通过自身的变形吸能保护车身和乘员安全。传统的防撞梁一般采用了低碳钢的材料，虽然强度合格但不利于实现汽车的轻量化。为了实现轻量化的目标，有人开始提出采用铝合金材料来代替传统的钢制保险杠，如7075铝和6061铝。
[0004]传统技术缺点：传统汽车防撞梁一般采用钢制结构，制作方法多采用冲压，小批量生产受限制，难以达到较高的精度要求，并且不利于实现一体化以减轻重量。采用钢制结构不利于汽车的轻量化。
[0005]导致原因：钢制防撞梁一般采用高强度钢，其强度可以满足碰撞安全性要求，但本身材料密度较大，故不利于整车的轻量化。采用铝合金制作防撞梁有助于整车的轻量化，但普通铝合金防撞梁一般还是采取冲压制作。冲压模具精度要求高，制作比较复杂以及制作费用高，所以小批量生产成本较高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的技术方案是：一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法，
[0008]采用铸造工艺制备防撞梁，所述铸造工艺采用的原料铝合金由下列质量分数的物质组成：6.5-7.5％的硅、0.45-0.65镁、0.1-0.15钛、0-0.07％铍，余量为铝，共计100/％；
[0009]铸造工艺的浇注过程包括：当铝合金加热得到的铝合金液的温度达到720℃时，加入铝合金液质量2％的Al-5Ti-1B中间合金进行细化处理，等Al-5Ti-B中间合金熔化后，加入铝合金液质量与Al-5Ti-B中间合金质量之和0.4％的Al-10Sr合金进行变质，同时进行氩气旋转喷吹除气；然后静置6～10min，当温度达到745℃，扒渣出炉；静置6-10min，等待温度下降到710℃时，浇注到预热好的陶瓷型熔模型壳中；浇注速度为：
[0010][0011]式中，v
c
为铝合金液浇注速度，单位为cm/s；h为防撞梁高度，单位为cm；为防撞梁
壁厚，单位为cm；t为浇注温度，单位为℃。
[0012]优选的技术方案为：所述铝合金为ZL114A铝合金。
[0013]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有的优点是：
[0014]1、本专利技术采用材料-工艺一体化设计方法，防撞梁最终采用铸铝工艺，其重量从原车的4.15kg降到了3.30kg，实现了20.5％的轻量化。
[0015]2、采用精密铸造熔模铸造的工艺，铸件尺寸更加精准，表面光洁度更好，产品精度较高，只需进行少量加工或不需加工就可直接使用，适用于高精度、小批量的生产需求。
具体实施方式
[0016]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本实施例所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0017]本文中使用的术语的目的仅在于说明特别实施例，并不意图对本专利技术做限制。除非上下文明确显示，否则本文中使用的单数形式“一”、“一个”亦包括复数形式。
[0018]实施例：一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法
[0019]本实施例材料上选取铝合金材料代替传统钢材设计防撞梁，工艺上采用熔模铸造工艺代替冲压工艺，采用了铸铝制作防撞梁的办法，根据熔模精密铸造要求和铝合金材料性能，研究材料和工艺组合机制，优化防撞梁性能，进而实现材料-工艺一体化设计。
[0020]铝合金精密铸造防撞梁，铸造铝的材料型号为ZAlSi7Mg1A，代号ZL114A，材料密度265，弹性模量73Gpa，泊松比0.33。一体化防撞梁三维结构的制造流程主要包括：浇注系统设计，铸造工艺参数确定，金属液浇注，热处理等。经一系列步骤获得样件后，需对铸造成型的构件进行严格的工艺质量检查，射线检查内部质量，铸件中不得有气孔、裂纹等缺陷存在；铸件外部表面不得有毛刺、飞边等凸起结构，另外铸件表面需做喷砂处理，保持干净。综上，以前防撞梁的性能为目标，以精密铸造的标准和工艺为条件，最终设计出防撞梁铸铝工艺。
[0021]1、铸造铝合金材料
[0022]铝合金按照成分(合金元素的含量)和加工工艺的不同，可分为铸造铝合金和变形铝合金。其中铸造铝合金在我国的牌号由“Z”、AL和主要元素化学符号以及表示元素含量的数字四部分组成。代号由“ZL”和3个数字构成，第一个数字表示合金的系列，后两个数字表示顺序号，优质合金在最后附上字母“A”。铸造铝合金按照主要加入合金元素的不同，分为四种系列，分别为AL-Si、AL-Cu、AL-Mg和AL-Zn，对应ZL1、ZL2、ZL3、ZL4来表示。
[0023]本实施例采用铸造铝合金ZL114A通过精密铸造而成。ZL114A材料属于AL-Si系列铝合金，其中Si含量一般为5％～13％(质量分数)，属于亚共晶和共晶型合金，具有铸造流动性好、气密性好、收缩率低和热裂倾向小等特点，经过变质与热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐蚀性能和较好的机械加工性能，是应用最为广泛的一类铸造合金。ZL114A铸造铝合金为可热处理强化的AL-Si-Mg系铸造铝合金，该合金具有较好的充型流动性与力学性能，即高的流动性、气密性和低的热裂倾向，还具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能，是一种应用广泛的铸造铝合金。
[0024]本实施例中中铸造铝合金ZL114A成分如表1所示：
[0025]表1 ZL114A硅铝合金的实际化学成分
[0026][0027]表1所示，Si、Mg为ZL114A合金主要强化元素，形成Mg2Si相沉淀强化，Si含量高时，初生硅会影响合金的强度和伸长率；Mg的含量应充分与Si形成足量的Mg2Si相；Ti对α相有细化作用。
[0028]2、铸造过程及后处理
[0029]1)防撞梁三维结构设计
[0030]2)型壳制造
[0031]型壳制造的主要的工序为涂挂涂料、撒砂、干燥和硬化、脱蜡与焙烧。对铝合金精铸来说，一般选用的中温蜡模料，本实施例采用WM114蜡料。涂料方面，选用的面层涂料粉为325目的电熔刚玉粉，面层背层都选择硅溶胶为粘接剂，背层涂料粉选用选用325目铝矾土粉，粘接剂为硅溶胶。为了保证硅溶胶涂料能很好的涂挂在模组上，在上涂料前应对模料进行清洗，把模料浸泡在表面活性的溶液中进行清洗，除去蜡料表面油污等，之后用压缩空气吹干。由于硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸铝防撞梁总成的轻量化制造方法，其特征在于：采用铸造工艺制备防撞梁，所述铸造工艺采用的原料铝合金由下列质量分数的物质组成：6.5-7.5%的硅、0.45-0.65镁、0.1-0.15钛、0-0.07%铍，余量为铝；铸造工艺的浇注过程包括：当铝合金加热得到的铝合金液的温度达到720℃时，加入铝合金液质量2%的Al-5Ti-1B中间合金进行细化处理，等Al-5Ti-B中间合金熔化后，加入铝合金液质量与Al-5Ti-B中间合金质量之和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张代胜，谢飞，董国庆，蔡云庆，蒯兴宇，王瑞城，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：