一体化汽车铝合金底盘的铸造方法及汽车铝合金底盘 |
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| 申请号 | CN202410208708.X | 申请日 | 2024-02-26 | 公开(公告)号 | CN118045956A | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 佛山市稳炫智能科技有限公司; | 发明人 | 陈耀波; 孔德飞; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一体化 汽车 铝 合金 底盘的 铸造 方法及汽车 铝合金 底盘,属于3D打印技术领域，包括以下步骤：S1、工艺分析和设计；S2、砂型分型和设计；S3、砂型打印；S4、砂型处理和合箱；S5、砂型合模；S6、熔炼铸造；S7、铸件清理、检测。本发明通过3D打印砂型技术结合传统重 力 铸造，实现一体化汽车铝合金底盘的铸造，完善了一体化汽车铝合金底盘的铸造工艺，解决了大型薄壁件在重力作用下无法铸造成型以及解决了铸造成型过程中无法保证尺寸 精度 和装配精度的难题。本发明还有效降低成本和减少生产周期，提升生产效能和提高生产效率，有利于实现大规模生产。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一体化汽车铝合金底盘的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一体化汽车铝合金底盘的铸造方法及汽车铝合金底盘技术领域[0001] 本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一体化汽车铝合金底盘的铸造方法及汽车铝合金底盘。 背景技术[0002] 3D打印砂型技术的基本原理是将砂型材料逐层堆积，通过粘合剂将每层砂粒粘合在一起，最终形成完整的砂型。在铸造过程中，可以根据生产需要，设计出各种形状和结构的砂型，大大提高了铸造工艺的灵活性和生产效率。目前，3D打印砂型技术已经在汽车、航空航天、船舶、石油化工等领域得到了广泛应用。 [0003] 传统的汽车底盘由上百个甚至上千个零部件通过焊接组合而成，不仅铸造工艺复杂，生产效率慢，而且底盘的强度和精度都大打折扣。随着科技的发展以及市场降本的需求，一体化铸造汽车底盘相较于传统汽车底盘具有大幅提升生产效能、降低生产成本等优势，还可以为铸件强度和精度提供强有力的保障。但由于一体化汽车底盘的铸造工艺涉及多个复杂的零部件和结构，而目前铸造工艺不完善，大型薄壁件在重力作用下无法铸造成型，且不能保证尺寸精度和装配精度，因此无法满足大规模生产需要。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一体化汽车铝合金底盘的铸造方法及汽车铝合金底盘，通过3D打印砂型技术结合传统重力铸造，实现一体化汽车铝合金底盘的铸造，完善了一体化汽车铝合金底盘的铸造工艺，解决了大型薄壁件在重力作用下无法铸造成型以及在铸造成型过程中无法保证尺寸精度和装配精度的难题，有利于实现大规模生产。 [0005] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现： [0006] 一体化汽车铝合金底盘的铸造方法，包括以下步骤：S1、工艺分析和设计：设置零件尺寸为3806mm*1545mm*695mm，设置整体壁厚为3‑5mm范围，设置零件收缩比例：Y方向为1:1.027、X方向为1:1.021、Z方向为1:1.01；S2、砂型分型和设计：将主要砂型分为下砂、四侧边侧砂以及上砂，将整体砂型结构分为四层十五块，合计砂型重量为八吨；S3、砂型打印： 先把设计的每块砂型数据转化成SLT层片化数据导入打印设备中形成打印文件，打印设备根据数据进行打印准备并根据打印控制均匀铺设一层成型砂，喷墨系统根据打印层面化数据生成墨路与运动系统根据打印数据喷出粘接剂到所述成型砂面上，其他没有打印部分还是粉体结构，砂箱根据设置下降一个层厚，如此类推系统不断重复上述步骤，直到把设置的打印数据打印完毕；S4、砂型处理和合箱：打印完成后，对砂型进行清砂处理和检测砂型的尺寸、发气量与抗拉强度指标，检测砂型各项指标合格后，再进行砂型表面处理；S5、砂型合模：处理好砂型表面后，对砂型进行合模；S6、熔炼铸造：经过熔化、打渣、除气精炼、变质后进行浇铸；S7、铸件清理、检测：砂型冷却后从砂型中取出铸件，检测铸件的尺寸、抗拉强度、硬度和伸长率。 [0009] 进一步地，所述步骤S4中砂型的尺寸精度满足±0.1％，砂型发气量≦12m l/s，砂型的抗拉强度≧1.2MPa。 [0010] 进一步地，所述尺寸精度符合GB/T6414‑1999 CT10标准。 [0012] 进一步地，所述步骤S6中采用重力多入汤口设计，浇铸温度为760±5℃，所述步骤S6还采用阶梯式对称进水的工艺方式使铝液充型到每个零件特征，设置多流向引流通道与冒口使使铝液充型到每个位置得到补充。 [0013] 进一步地，所述步骤S6中底盘材料为ZL101A(A356.2)。 [0014] 进一步地，所述步骤S7中铸件的尺寸达到工艺设定技术要求，抗拉强度Rm(Mpa)≥270.50，硬度(HB)≥80，伸长率δ5(％)≥2。 [0015] 为实现上述目的，本发明还提供根据任一所述的铸造方法而铸造的汽车铝合金底盘。 [0016] 本发明具有如下有益效果： [0017] 1.本发明通过3D打印砂型技术结合传统重力铸造，实现一体化汽车铝合金底盘的铸造，完善了一体化汽车铝合金底盘的铸造工艺，解决了大型薄壁件在重力作用下无法铸造成型以及铸造成型过程中无法保证尺寸精度和装配精度的难题。 [0019] 图1是本发明一体化汽车铝合金底盘的铸造方法的流程图； [0020] 图2是本发明步骤S1中设计的铸造工艺方案； [0021] 图3是图2的主视图。 具体实施方式[0022] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0023] 如图1‑3所示，本发明实施例提供一体化汽车铝合金底盘的铸造方法，包括以下步骤：S1、设置零件尺寸为3806mm*1545mm*695mm，设置整体壁厚为3‑5mm范围，设置零件收缩比例：Y方向为1:1.027、X方向为1:1.021、Z方向为1:1.01；S2、砂型分型和设计：将主要砂型分为下砂、四侧边侧砂以及上砂，将整体砂型结构分为四层十五块，合计砂型重量为八吨；S3、砂型打印：先把设计的每块砂型数据转化成SLT层片化数据导入打印设备中形成打印文件，打印设备根据数据进行打印准备并根据打印控制均匀铺设一层成型砂，喷墨系统根据打印层面化数据生成墨路与运动系统根据打印数据喷出粘接剂到成型砂面上，其他没有打印部分还是粉体结构，砂箱根据设置下降一个层厚，如此类推系统不断重复上述步骤，直到把设置的打印数据打印完毕；S4、砂型处理和合箱：打印完成后，对砂型进行清砂处理和检测砂型的尺寸、发气量与抗拉强度指标，检测砂型各项指标合格后，再进行砂型表面处理； S5、砂型合模：处理好砂型表面后，对砂型进行合模；S6、熔炼铸造：经过熔化、打渣、除气精炼、变质后进行浇铸；S7、铸件清理、检测：砂型冷却后从砂型中取出铸件，检测铸件的尺寸、抗拉强度、硬度和伸长率。 [0024] 可以理解的是，本实施例中，零件整体壁厚设置在3‑5mm范围内，可以满足产品轻量化的需求，尤其是电池包平板架构与前后副车架区域。电池包位置大面积薄壁平面，前后副车架位置薄壁且有较大高度差，零件结构复杂而且体积庞大。零件由于体积超大，因此收缩比例是关键工艺参数。基于零件整体尺寸超大而且有较大高度差，通过砂型重力铸造方面零件充型是较大难点，本实施例采用3D打印砂型柔性方式顶注铸造方案。采用3D打印砂型柔性方式顶注铸造，可以铸造复杂的内腔和流道结构，同时保证尺寸的高精度和一致性，通过该技术灵活性与多样性合理设计浇铸系统，确保零件每个特征得到充型并满足工艺要求。由于砂模设计超出打印设备形成尺寸，因此通过精密拼模砂型工艺满足一体化设计要求。本发明先把整体铸造工艺设计完成后，再将砂型进行拆分，结合砂型打印、砂型的处理和合箱、砂型合模、熔炼铸造和铸件清理、检测的步骤，通过3D打印砂型技术结合传统重力铸造，最终实现一体化汽车铝合金底盘铸造，完善了一体化汽车铝合金底盘的铸造工艺，解决了一体化大型薄壁件在重力作用下铸造成型的难题，同时在铸造成型过程中保证尺寸精度和装配精度，有效降低成本和减少生产周期，可提升生产效能和提高生产效率，有利于实现大规模生产。 [0025] 在上述实施例中，步骤S3采用3DP喷墨打印方式，成型砂已预混固化剂，粘接剂为呋喃树脂，层厚为0.35mm。3DP喷墨打印方式的工艺原理是采用自硬呋喃树脂、固化剂和成型砂按比例混合，三者交联反应后固化成型。 [0026] 在上述实施例中，步骤S3的打印设备为爱司凯风暴S1800砂型打印设备。通过爱司凯风暴S1800砂型打印设备实现铸造整体砂型打印过程，成型砂箱为1800mm*1000mm*730mm。根据成型砂箱尺寸设置打印12箱，打印周期一台设备约8天。 [0027] 在上述实施例中，步骤S4中砂型的尺寸精度满足±0.1％，砂型发气量≦12m l/s，砂型的抗拉强度≧1.2MPa。砂型打印完成后，对砂型进行清砂处理和进行尺寸、发气量与抗拉强度检测，目的是减少铸造过程中出现铸造风险。 [0028] 在上述实施例中，尺寸精度符合GB/T6414‑1999 CT10标准。按照GB/T6414‑1999中CT10的要求对尺寸精度进行控制和检验，以确保铸件或零件的尺寸符合标准要求，并优化产品的质量和性能。 [0029] 在上述实施例中，步骤S5中每块砂型的拼接结构都有X、Y、Z方向为拼接基准，且每个连接位置都以榫接结构方式设计，使连接位置之间关联配合并保证三个方向的精度。每块砂型拼接结构都有X、Y、Z方向为拼接基准，可以保证砂型拼接精度以零件单元结构为基准；每个连接位置都以榫接结构方式设计可以使每个连接位置之间关联配合，同时可以保证三个方向的精度，有效减少大型组装后累积误差，避免影响零件的精度。步骤S5中，在合模过程中，复核砂型尺寸和铸件理论壁厚，以确保铸造合格率 [0030] 在上述实施例中，步骤S6中采用重力多入汤口设计，浇铸温度为760±5℃，步骤S6还采用阶梯式对称进水的工艺方式使铝液充型到每个零件特征，设置多流向引流通道与冒口使使铝液充型到每个位置得到补充。采用重力多入汤口设计，因此现场指挥与协同浇铸尤为重要。而合适的浇铸温度是确保铸件质量和性能的关键因素之一，需综合考虑材料的特性和工艺要求。采用阶梯式对称进水的设计工艺方式，通过3D打印方式设计不同进水通道，根据不同设计流速打印出不同规格流道，可实现铝液充型到每个零件特征，同时兼顾前后副车架部分和中间电池包薄壁大平面部分的充型。设置多流向引流通道与冒口使充型到每个位置的铝液得到补充，可以避免电池包位置由于大面积薄壁平面而容易发生充型不足的情况。通过3D打印砂型技术，充分柔性设计各种通道从而实现目前复杂多样零件需要，并且在铸造过程中，如果发现问题可以马上重新设计新工艺方案，重新再次验证，减少修模时间与成本。 [0031] 在上述实施例中，步骤S6中底盘材料为ZL101A(A356.2)。选用ZL101A(A356.2)的主要原因是该材料性能上能满足技术要求的基础上，其铝液流动性更好，更利于实现充型。 [0032] 在上述实施例中，步骤S7中铸件的尺寸达到工艺设定技术要求，抗拉强度Rm(Mpa)≥270.50，硬度(HB)≥80，伸长率δ5(％)≥2。步骤S7中，待砂型冷却后从砂型中取出铸件，在取件时要注意避免造成二次变形情况，待零件取出后，初步检查零件整体充型完整没有发现严重铸造缺陷等问题，接着对零件进行检测。可选地，通过对零件尺寸进行检测可得到：理论长度3806mm、实测3803.7mm；宽度方向理论尺寸1545mm、实测1543.1mm；高度方向理论尺寸695mm、实测692.2mm，通过检测结果可以看出，整体尺寸达到工艺设定技术要求。通过检测也成功验证了本发明工艺设计的合理性。 [0033] 在上述实施例中，整个项目完成交付周期为35天，实现缩短产品生产周期，还有效提升生产效能和提高生产效率。 [0034] 本发明实施例还提供根据任一前述的铸造方法而铸造的汽车铝合金底盘。通过应用3D打印砂型技术，结合传统重力铸造，实现一体化汽车铝合金底盘的铸造，大幅提升生产效能，提高生产效率，完善了一体化汽车铝合金底盘的铸造工艺，有利于实现大规模生产。 [0035] 本发明的具体工作流程为： [0036] 首先是步骤S1、工艺分析和设计：设置零件的具体尺寸为3806mm*1545mm*695mm，整体零件壁厚设置为3‑5mm范围，设置零件收缩比例：Y方向为1：1.027、X方向为1:1.021、Z方向为1:1.01。步骤S2、砂型分型和设计：将主要砂型分为下砂、四侧边侧砂以及上砂，将整体砂型结构分为四层十五块，合计砂型重量八吨。步骤S3、砂型打印：先把设计的每块砂型数据转化成SLT层片化数据导入打印设备中形成打印文件，打印设备根据数据进行打印准备并根据打印控制均匀铺设一层成型砂，喷墨系统根据打印层面化数据生成墨路与运动系统根据打印数据喷出粘接剂到成型砂面上，其他没有打印部分还是粉体结构，砂箱根据设置下降一个层厚(0.35mm)，如此类推系统不断重复上述步骤，直到把设置的打印数据打印完毕。步骤S4、砂型处理和合箱：打印完成后，对砂型进行清砂处理和检测砂型的尺寸、发气量与抗拉强度指标，检测砂型各项指标合格后，再进行砂型表面处理。步骤S5、砂型合模：处理好砂型表面后，对砂型进行合模。步骤S6、熔炼铸造：经过熔化、打渣、除气精炼、变质后进行浇铸。步骤S7、铸件清理、检测：砂型冷却后从砂型中取出铸件，检测铸件的尺寸、抗拉强度、硬度和伸长率。最终实现一体化汽车铝合金底盘的铸造。 [0037] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 |
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