液态模锻工艺在摩托车制造领域的应用

(莆田市荣兴机械有限公司，福建 莆田 351100) 吴玉荣

液态模锻工艺在摩托车制造领域的应用

(莆田市荣兴机械有限公司，福建 莆田 351100) 吴玉荣

文章阐述了液态模锻工艺在摩托车零配件制造中具体的实施过程，从产品锻件图设计、模具结构设计、及液态模锻工艺过程等几个方面，总结出产品整个生产过程应注意的关键技术问题。

液态模锻工艺 应用

液态模锻工艺是在研究压力铸造的基础上逐步发展起来的一种先进制造工艺。其不但是铸造和锻造艺的组合，而且具有工艺简单、成本低、产品性能高、质量可靠等优点，还可以实现无切削、少切削、精化毛坯加工、提高机械性能、节约原材料、提高生产效率和降低成本等作用。国外发达国家早在十几年前就把液态模锻工艺应用在汽车、摩托车零配件制造领域中。

荣兴公司是家摩托车制动器、制动系统部件及其它压铸件专业生产厂，在研制摩托车上联板、左右脚蹬支架的过程中，充分应用了液态模锻工艺技术，解决了采用传统压铸方法所具有的局限性，产品的机械性能、表面、内部质量大大提高，满足了市场需求。文章探讨了摩托车零配件制造中，液态模锻工艺的具体措施，希望能对行业工程技术人员有所帮助。

1 工艺分析

有色金属液态模锻是一种重要的新工艺。它兼有铸造工艺简单、成本低，又有锻造产品性能好、质量可靠的优点，使用该工艺又能改善劳动环境、节约能源，在荣兴公司产品研发中已不断的推广应用。

摩托车上联板是与避震器联接控制摩托车方向，其外观和机械强度要求严格；左右脚蹬支架为摩托车脚踏装置，要求有强韧性，它们质量的好坏危及到行驶过程中的人身安全，只有消除这些铸件内的气孔、疏松等缺陷，才能提高它们的机械强度。对这些零件采用的液态模锻工艺就包含如下内容：

（1）根据产品技术图纸，设计锻件的毛坯图；

（2）液态模锻模具设计与制造；

（3）对毛坯锻件选择合理的湿度、压力、时间等工艺参数，以控制产品表面质量和内部质量的一致性；

（4）进行机械加工、热处理、表面处理，且只需对外表面进行少量的机械加工；

（5）进行产品检验。

2 锻件图设计

锻件图设计是模具设计的基础。根据摩托车上联板、左右脚蹬支架的锻件形状和尺寸就可基本确定出该模具的结构形式、模具的受力情况、模具的配合及模具的材料等参数。并可进行机加工工装铣夹具、钻夹具及车夹具的设计。

考虑到浇注工艺对工件的要求和液态模锻的工艺特点。主要从以下几个方面进行锻件图设计。

（1）分型面的选择

分型面按一般模锻件设计原则，采用垂直方向分模，使模腔深度最小，以便工作脱模，并适合加压，从而解决制造薄件零件的技术难关。

（2） 加工余量

配合面加工余量为3.5mm，其它非配合加工面，不需设加工余量。

（3） 拔模斜度

产品锻件脱模利用顶出器脱模装制，拔模斜度取2°~3°，模具上的凹模和凸模的拔模斜度与之相同。

（4） 收缩量

锻件收缩最大部位是在液态金属最后凝固的截面上，因此模锻收缩量按1%。

3 模具结构参数设计

（1）液态模锻模具结构设计

根据摩托车上联板、左右脚蹬支架工件特点和所选择的分型面，该模具选择了组合模结构，加压方式为直接液态模锻法，凹模由模座固定在下模板上，凸模由螺栓固定在上模板上，从而解决了因零件特殊结构造成的结晶和成形工艺技术难关。

（2）模具间隙设计

凹、凸模之间的间隙不能过小，也不能过大。因为过小时，凹模与凸模装配误差会相碰或咬住；过大时，则金属容易通过间隙喷出，造成事故，或在间隙中产生毛刺，减弱加压效果，阻碍卸料。因此，我们针对本产品原材料实际情况，选择间隙为0.2mm，保证了模具工作平稳。

（3）排气系统设计

液态模锻时由于工作温度高，则使用涂料，防止工件与模具粘合。模锻时，涂料某些成份会挥发成气体；另外，金属液凝固时，也有一部份气体集中在转角处或其他地方，使工件产生平面或棱角缺陷，所以应在模具角部或易于存积气体部位开设排气道。

通过上述结构设计，并选用合适的液压机，使凸模将力传递于毛坯上，为金属结晶过程创造良好条件，保证液态模锻件能良好成形。

4 液态模锻工艺设计

采用液态模锻进行摩托车上联板、左右脚蹬支架的加工过程中，经过多次试验，我们采用如下工艺：

合金熔化→预热模具→ 模具喷涂润滑剂→ 液态金属浇注→ 加压→ 保压→ 压力去除→ 工件取出。该产品液态模锻的加压方式为直接液态模锻法，其过程：当溶融金属浇入凹模中，凸模下行与凹模形成封闭型腔，同时将金属液压成零件形状；模锻完毕，凸模上行，锻件总是卡在凹模中，油压机项出缸的顶杆将锻件顶起取出。

根据液压模锻生产特点和关键技术，对该项目产品铝合金熔炼工艺和液态模锻工艺参数的选择和调整，我们采取了如下措施：

（1）摩托车上联板、左右脚蹬支架的熔炼按照规定的操作工艺程序，将配制好的铝合金锭ZL101放入经过预热涂有涂料的熔炉内进行加热熔化，待炉温升至700℃时，进行除气精炼，反复进行2～3次，把渣滓除去，等候5min~10min，待炉温达到740℃时，即可出炉浇注，锻件的化学成份和机械性能符合GB1173-86《铸造铝合金》的规定。

（2）液态模锻工艺参数包括压力的大小、加压开始时间、加压速度、保压时间、金属液浇注温度、模具温度、润滑剂等。在产品生产实践中，主要根据铸件结构特点 （大小、壁厚、复杂程度等），结合铝合金熔炼情况等因素，通过试模调整确定的模锻工艺参数。

（3）模具预热是液态模锻中和一个重要因素，它直接影响产品的质量和模具寿命，模温过高，会使金属焊在模壁上，晶粒可能粗大；过低，液体金属急剧冷却，降低产品表面质量。预热后，可减少温差，降低热应力。模具预热温度为200℃～300℃，随着工艺过程进行，由于模温不断升高会影响工作，所以在设计模具时设有冷却系统，使模温保持一定范围，延长模具使用寿命。

（4）润滑剂在模具达到预热温度后在其表面用喷枪喷涂，采用动物油 （PRT-02），保证喷涂均匀和适量，避免影响工件表面质量 （表面形成气孔或不光洁）。

（5）铝合金浇注温度一般控制在740℃左右。因液态模锻没有浇注系统，并且是靠压力来充填模腔的各个角落。通过试验证明，浇注温度过高 （高于750℃），锻件内部晶体粗大，产生缩孔；浇注温度过低 （低于720℃），锻件产生冷隔现象。

（6）为了得到细晶体以及压实工件内部可能出现的铸造缺陷，必须施加足够压力。但若压力过大，会降低模具寿命，增加动力消耗和设备费用。选择合适的工作压力至关重要。合适的工作压力和加压方式与工件形状、壁厚、高度以及材料有关。但到目前为止，所需压力大小尚无精确的理论计算方法，只能通过试验取得。荣兴公司生产的摩托车上联板，通过施加不同的压力，可看出有不同的结果，如表1所示：

从表1中可看出，施加压力必须达到20 MPa以上，摩托车上联板工件才达到合格。

表1 不同工作压力下铸件质量比较

（7）加压时间、加压速度及保压时间的选择。

加压开始时间，一般以金属冷却到不低于其固相线温度为准。这一时间取决于金属浇注温度、液相——固相线温度外，还与模具预热和模腔复杂程度有关。开始加压时间过晚，会使金属自由结壳层厚度增大、增加变形抗力，降低加压效果，影响锻件质量。本产品般掌握在液态金属浇好后，静待5s~10s开始加压。

加压速度是指凸模接触金属后的运动速度。凸模以一定的速度将压力施加于金属上，便于金属成型、结晶和塑性变形。速度控制适当，可以防止引起金属飞溅，同时使液体金属旋涡吸入气体，造成锻件质量下降。

保压时间指加压开始到金属完全凝固所需的时间。在整个加压时间内，压力保持稳定，使液体金属在压力下完全凝固。时间控制不能过短，否则会使锻件中心在尚未完全凝固情况下缺压，得不到补缩而产生缩孔、疏松，时间也不能过长，否则会使脱模困难、模温升高，影响模具寿命及铸件表面质量，合理的保压时间一般按锻件壁厚而定。

5 结束语

荣兴公司用液态模锻工艺生产的摩托车上联板、左右脚蹬支架产品已定型，其质量稳定可靠并大量供货，其产品技术含量、技术附加值高，市场竞争力强。通过这些产品的研制，我们得出以下结论：

（1）用液态模锻工艺生产的摩托车铝合金零配件是可行的，产品性能可以完全满足使用要求，是钢质零件的更新换代产品。

（2）工艺参数的选择正确与否，直接关系到产品的质量和工艺的正确实施。经过生产实践证明，荣兴公司生产的摩托车上联板、左右脚蹬支架的工艺参数选择是合理的，满足生产要求。

（3）通过这些产品的开发，为其它同类零件的研制提供了较好的参考。

（4）与传统加工工艺相比，采用液态模锻工艺可大大节省材料和加工工时，并且零件的强度、韧度和稳定性完全满足设计要求。