一种铝合金汽车发动机支架的铸造方法[发明专利]

(10)申请公布号 CN 102000778 A
(43)申请公布日 2011.04.06C N 102000778 A
*CN102000778A*
(21)申请号 200910034204.6
(22)申请日 2009.09.02
B22C 9/22(2006.01)
C22C 1/06(2006.01)
(71)申请人江苏圆通汽车零部件有限责任公司
地址212325 江苏省丹阳市访仙镇窦庄窦中
街78号
(72)发明人郭卫东 马振新 王明沧 谭建华
方惠东 陈中华
(74)专利代理机构南京理工大学专利中心
32203
代理人
唐代盛
(54)发明名称
一种铝合金汽车发动机支架的铸造方法
(57)摘要
本发明公开了一种铝合金汽车发动机支架
的铸造方法，首先制备倾斜式金属型重力浇注
模具；接着配置铝合金液并对铝合金液除气除
渣；之后将铝锶合金加入铝合金液中，对铝合
金液进行变质处理；第四步将金属型模具固定
在倾斜式浇注机上，并在金属型重力浇注模具进
料口处安装浇斗；第五步对金属型重力浇注模
具进行烤模，当模具达到设定温度时按照产品的
结构和模具冷却梯度对模具型腔喷刷涂料；第
六步进行合模，并继续对金属型重力浇注模具加
热；第七步打开模具，用风管清理模具型腔；
最后利用倾斜式浇注机进行浇注并冷却处理。

本发明的方法操作简单，对操作工的技能要求不
高；铸造合格率高，合格率达96％以上。

(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页
1.一种铝合金汽车发动机支架的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据铝合金汽车发动机支架的形状和结构，制备倾斜式金属型重力浇注模具；
步骤2：在溶解炉中熔炼配置铝合金液并对铝合金液除气除渣；
步骤3：将铝锶合金加入铝合金液中，对铝合金液进行变质处理；
步骤4：将金属型模具固定在倾斜式浇注机上，并在金属型重力浇注模具进料口处安装浇斗；
步骤5：对金属型重力浇注模具进行烤模，当模具达到设定温度时按照产品的结构和模具冷却梯度对模具型腔喷刷涂料；
步骤6：进行合模，并继续对金属型重力浇注模具加热；
步骤7：打开模具，用风管清理模具型腔，清除掉模具分型面和型腔内的杂物之后再次合模；
步骤8：利用倾斜式浇注机进行浇注；
步骤9：利用风冷对金属型重力浇注模具型腔进行冷却，型腔内的合金液冷却后形成产品。

2.根据权利要求1所述的铝合金汽车发动机支架的铸造方法，其特征在于，在步骤3中，加入的铝锶合金中锶的含量占合金液重量的0.02-0.04％。

3.根据权利要求1所述的铝合金汽车发动机支架的铸造方法，其特征在于，在步骤5中，当模具温度达到150℃～200℃时对模具型腔喷刷涂料。

4.根据权利要求1所述的铝合金汽车发动机支架的铸造方法，其特征在于，在步骤6中，金属型重力浇注模具温度要达到400℃以上。

5.根据权利要求1所述的铝合金汽车发动机支架的铸造方法，其特征在于，在步骤8中，利用倾斜式浇注机进行浇注时的浇注温度为690℃～730℃。

一种铝合金汽车发动机支架的铸造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种汽车发动机支架的铸造方法，特别是一种铝合金汽车发动机支架的铸造方法。

背景技术
[0002] 铝合金汽车发动机支架属大平面复杂铸件，凸台与加强筋交错，长约900～1000mm，宽约350～500mm，壁厚约6～8mm，铸件现有的铸造工艺一般都采用立式重力铸造方式，浇道系统有顶浇法、底浇法和边浇法。

顶浇法最简单，浇口即是冒口，补缩效率高，但大平板铸件落差大，易产生乱流卷气，表面大量氧化物和流水纹，铸件质量差，无法达到高品质要求。

底浇法控制铝水由支架底部缓慢向上流动，避免乱流卷气、氧化物和流水纹产生，但顶端补缩冒口铝水温度低，补缩效果差，必须加大体积以达到补缩作用，材料利用率一般仅45～55％；铸件本身温度梯度方向与重力补缩相反，要建立顺序凝固方向比较困难。

边浇法有底浇法铝水流动平稳的优点，也改善铝水充填时浇口由底部逐渐往上移动的缺陷，温度梯度容易建立，铸件质量可达高品质要求，但材料利用率亦是偏低，仅为40～55％。

现已相当普遍商业化的低压铸造法，虽有底浇注法的流动平稳和顶浇法高材料利用率，容易建立方向性凝固的优点，但相对设备投资大，准备工作长，模具费用高，对发动机支架铸件的热节(搭子)及筋条凸点的排气处理难度高，复杂模具热变形控制不易，容易产生飞边和跑铝。

发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种操作简单、成品合格率高的铝合金汽车发动机支架的铸造方法。

[0004] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种铝合金汽车发动机支架的铸造方法，包括以下步骤：
[0005] 步骤1：根据铝合金汽车发动机支架的形状和结构，制备倾斜式金属型重力浇注模具；
[0006] 步骤2：在溶解炉中熔炼配置铝合金液并对铝合金液除气除渣；
[0007] 步骤3：将铝锶合金加入铝合金液中，对铝合金液进行变质处理；
[0008] 步骤4：将金属型模具固定在倾斜式浇注机上，并在金属型重力浇注模具进料口处安装浇斗；
[0009] 步骤5：对金属型重力浇注模具进行烤模，当模具达到设定温度时按照产品的结构和模具冷却梯度对模具型腔喷刷涂料；
[0010] 步骤6：进行合模，并继续对金属型重力浇注模具加热；
[0011] 步骤7：打开模具，用风管清理模具型腔，清除掉模具分型面和型腔内的杂物之后再次合模；
[0012] 步骤8：利用倾斜式浇注机进行浇注；
[0013] 步骤9：利用风冷对金属型重力浇注模具型腔进行冷却，型腔内的合金液冷却后形成产品。

[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)所用的倾斜式浇注机设备费用低，约为抵押铸造机的1/5～1/6，使用的模具费用比重力铸造模具费低20～30％，约为低压铸造模具的1/3；2)生产周期短，约4.5～5分钟/周期；3)操作简单，对操作工的技能要求不高；4)铸造合格率高，合格率达96％以上。

[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明
[0016] 图1为本发明的铝合金汽车发动机支架的铸造方法流程图。

[0017] 图2为本发明的铸造方法中使用的倾斜式浇注机结构示意图。

具体实施方式
[0018] 结合图1，本发明的铝合金汽车发动机支架的铸造方法包括以下步骤：
[0019] 步骤1：根据铝合金汽车发动机支架的形状和结构，制备倾斜式金属型重力浇注模具；
[0020] 步骤2：在溶解炉中熔炼配置铝合金液并对铝合金液除气除渣；
[0021] 步骤3：将铝锶合金加入铝合金液中，对铝合金液进行变质处理，加入的铝锶合金中锶的含量占合金液重量的0.02-0.04％；
[0022] 步骤4：将金属型模具固定在倾斜式浇注机上，并在金属型重力浇注模具进料口处安装浇斗；
[0023] 步骤5：对金属型重力浇注模具进行烤模，当模具达到150℃～200℃时按照产品的结构和模具冷却梯度对模具型腔喷刷涂料；
[0024] 步骤6：喷刷涂料后进行合模，并继续对金属型重力浇注模具加热；模具温度要达到400℃以上；
[0025] 步骤7：打开模具，用风管清理模具型腔，清除掉模具分型面和型腔内的杂物之后再次合模；
[0026] 步骤8：利用倾斜式浇注机进行浇注，进行浇注的温度为690℃～730℃；[0027] 步骤9：利用风冷对金属型重力浇注模具型腔进行冷却，型腔内的合金液冷却后形成产品。

[0028] 结合图2，倾斜式浇注机1是一种能绕支点A旋转的铸造机，它由机台、控制台和泵站三部分组成，能实现自动化操作，它的核心特点就是机台带动模具旋转完成浇注。

工程技术人员根据铝合金汽车发动机支架的形状和结构特点，设计倾斜式金属型重力浇注模具2，倾斜式重力铸造比一般立式或卧式重力铸造模具简单，浇注流动平顺，排气良好，温度梯度大，补缩及方向性凝固效果佳。

[0029] 在溶解炉3中熔炼配置铝合金液4，铝合金液需精炼除气除渣，精炼完后加入锶含量占合金液重量0.02-0.04％的铝锶合金进行变质处理，浇注温度控制在690℃～730℃。

将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗5，浇斗的容积根据产品的毛坯和浇口重量计算得到。

模具安装好后开始进行烤模，模
具温度达到150℃～200℃时，技术人员按照产品的结构和模具冷却梯度对模具型腔喷刷涂料。

[0030] 涂料按照要求喷好后合模继续对模具加热，用模温检测仪监控模具温度，当模温达到400℃以上时开始浇注。

技术人员设定好浇注的工艺参数后，打开金属型模具2，用风管清理模具型腔，处理完毕后合模，将符合要求的铝合金液4定量浇到浇斗5中，铝合金液的用量为支架毛坯加上浇口的重量总和。

立即开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点A旋转，铝合金液进入模具2的型腔中，随着浇注机的旋转和铝合金不断进入型腔，型腔内的空气按照从下往上的方向被排出型腔，浇注机1旋转90°后到达终点，浇斗5中的铝合金液4全部充满型腔。

铝合金液5全部充满型腔后马上开始凝固冷却，型腔的热节处采用风冷，冷却时间由浇注机控制台控制，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。

模具随着机台自动打开，倾斜式浇注机1设有上下顶出机构，它的目的是防止产品在开模过程中产生变形报废。

模具再打开的同时，浇注机1一端的顶出器工作，保证产品完好地停留在动模一侧，模具2随浇注机1打开到一定程度后，动模一侧浇注机1顶出器开始工作，将产品从动模测顶出，操作工用专用器具承接产品并移出模具，产品取出后，操作工对模具进行清理并合模，开始下一循环的操作。

[0031] 下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
[0032] 实施例1：
[0033] 本实施例以制作500kg AlSi11铝合金材料进行说明，AlSi11铝合金材料的化学成分为，Si：10～11.8％，Fe≤0.2％，Mg：0.35～0.55％，Ti：0.15％，Sr：0.02～0.04％，Mn≤0.1％。

将500kgAlSi11铝合金锭投入熔解炉中进行熔化，合金锭中不含有Mg和Sr，合金锭熔化后升温至720℃时，用钟罩压入1kg除气饼进行除气，除气饼应压倒距坩埚底100～200mm处并进行水平移动，直到铝液表面没有气泡冒出为止。

在铝合金液表面撒上1kg精炼除渣剂，用钟罩压入铝液中搅拌5分钟，静止5分钟后用扒渣勺扒去浮在铝合金液面上的铝渣。

按照AlSi11铝合金材料的化学成分计算出镁锭和铝锶合金棒的加入量，铝锶合金棒中锶的含量可根据供应商提供的质保单和说明书得到。

铝合金液的温度在700±10℃时，加入定量的镁锭和铝锶合金棒，搅拌5分钟，用直读光谱仪检测材料的化学成分，使之符合标准的要求，然后铝液保持静止15分钟就可以生产了。

[0034] 下面对柴油机机体的浇注过程进行详细说明。

将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到，为4.5kg。

模具安装好后开始进行烤模，当模具温度达到150～200℃时，对模具型腔和浇斗喷刷涂料，型腔涂料型号为395#，涂料厚度为0.3～0.5mm，浇斗涂料厚度为0.8mm，涂料喷好后继续烤模，烤模时间约20分钟，当模具温度达到400℃时停止烤模。

烤模期间技术人员设定好浇注的工艺参数，即铝水浇注量4.5kg，浇注温度690℃，冷却时间100S，风冷时间为浇注后10S吹90S；打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，吹掉型腔内的杂物，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。

开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。

模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

[0035] 本产品的热处理采用T6工艺，即固溶处理加人工时效强化，固溶温度535±5℃，保温时间4小时，时效温度170±10℃，保温时间3小时。

热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。

[0036] 实施例2：
[0037] 本实施例以制作500kg AlSi11铝合金材料进行说明，AlSi11铝合金材料的化学成分为，Si：10～11.8％，Fe≤0.2％，Mg：0.35～0.55％，Ti：0.15％，Sr：0.02～0.04％，Mn≤0.1％。

将500kgAlSi11铝合金锭投入熔解炉中进行熔化，合金锭中不含有Mg和Sr，合金锭熔化后升温至720℃时，用钟罩压入1kg除气饼进行除气，除气饼应压倒距坩埚底100～200mm处并进行水平移动，直到铝液表面没有气泡冒出为止。

在铝合金液表面撒上1kg精炼除渣剂，用钟罩压入铝液中搅拌5分钟，静止5分钟后用扒渣勺扒去浮在铝合金液面上的铝渣。

按照AlSi11铝合金材料的化学成分计算出镁锭和铝锶合金棒的加入量，铝锶合金棒中锶的含量可根据供应商提供的质保单和说明书得到。

铝合金液的温度在700±10℃时，加入定量的镁锭和铝锶合金棒，搅拌5分钟，用直读光谱仪检测材料的化学成分，使之符合标准的要求，然后铝液保持静止15分钟就可以生产了。

[0038] 下面对柴油机机体的浇注过程进行详细说明。

将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到，为4.5kg。

模具安装好后开始进行烤模，当模具温度达到150～200℃时，对模具型腔和浇斗喷刷涂料，型腔涂料型号为386#，涂料厚度为0.3～0.5mm，浇斗涂料厚度为0.8mm，涂料喷好后继续烤模，烤模时间约20分钟，当模具温度达到400℃时停止烤模。

烤模期间技术人员设定好浇注的工艺参数，即铝水浇注量4.5kg，浇注温度710℃，冷却时间100S，风冷时间为浇注后10S吹90S；打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，吹掉型腔内的杂物，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。

开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。

模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

[0039] 本产品的热处理采用T6工艺，即固溶处理加人工时效强化，固溶温度535±5℃，保温时间7小时，时效温度170±10℃，保温时间6小时。

热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。

[0040] 实施例3：
[0041] 本实施例以制作500kg AlSi11铝合金材料进行说明，AlSi11铝合金材料的化学成分为，Si：10～11.8％，Fe≤0.2％，Mg：0.35～0.55％，Ti：0.15％，Sr：0.02～0.04％，Mn≤0.1％。

将500kgAlSi11铝合金锭投入熔解炉中进行熔化，合金锭中不含有Mg和Sr，合金锭熔化后升温至720℃时，用钟罩压入1kg除气饼进行除气，除气饼应压倒距坩埚底100～200mm处并进行水平移动，直到铝液表面没有气泡冒出为止。

在铝合金液表面撒上1kg精炼除渣剂，用钟罩压入铝液中搅拌5分钟，静止5分钟后用扒渣勺扒去浮在铝合金液面上的铝渣。

按照AlSi11铝合金材料的化学成分计算出镁锭和铝锶合金棒的加入量，铝锶合金棒中锶的含量可根据供应商提供的质保单和说明书得到。

铝合金液的温度在700±10℃时，加入定量的镁锭和铝锶合金棒，搅拌5分钟，用直读光谱仪检测材料的化学
成分，使之符合标准的要求，然后铝液保持静止15分钟就可以生产了。

[0042] 下面对柴油机机体的浇注过程进行详细说明。

将金属型模具固定在倾斜式浇注机1上，调节好模具的开合模行程，在模具进料口处安装浇斗6，浇斗的容积根据产品的毛坯重量计算得到，为4.5kg。

模具安装好后开始进行烤模，当模具温度达到150～200℃时，对模具型腔和浇斗喷刷涂料，型腔涂料型号为800#，涂料厚度为0.3～0.5mm，浇斗涂料厚度为0.8mm，涂料喷好后继续烤模，烤模时间约20分钟，当模具温度达到400℃时停止烤模。

烤模期间技术人员设定好浇注的工艺参数，即铝水浇注量4.5kg，浇注温度730℃，冷却时间100S，风冷时间为浇注后10S吹90S；打开金属型模具2，将砂芯3精确安装到模具型腔的制定位置，在机体轴承孔相对应的砂芯成型部位放入铁镶件，用压缩空气对型腔进行浇注前的最后清理，吹掉型腔内的杂物，处理完毕后合模，将铝合金液5定量浇到浇斗6中，铝合金液的用量为机体的毛坯加上浇口的重量总和。

开启倾斜式浇注机倾斜按钮，浇注机开始绕支点旋转90°，铝合金液进入模具2的型腔中，随后开始凝固冷却，待冷却时间达到设定的要求后，浇注机1复位至原始状态。

模具随着机台自动打开，最后顶出机体。

[0043] 本产品的热处理采用T6工艺，即固溶处理加人工时效强化，固溶温度535±5℃，保温时间10小时，时效温度170±10℃，保温时间8小时。

热处理过的机体经机械性能检验合格后进入抛丸工序，对机体表面进行抛丸处理，消除表面缺陷和应力集中。

图1
图2。