一种自行车架砂箱铸造工艺的制作方法

1.本发明涉及自行车架技术领域，具体涉及一种自行车架砂箱铸造工艺。


背景技术：

2.自行车架是作为整个自行车的骨架，最大程度地决定、影响了骑行姿势的正确性和舒适性，一般厂家都是买来不同直径的圆形或方形管材，经过压制成型、焊接、矫正酸洗等工艺，制成车架。但传统工艺过于繁琐，而且操作上也容易导致合金材料的损坏，不良率高。
3.消失模铸造是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合抽真空技术的实型铸造，是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在型砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造能够很好地解决上述传统工艺存在的问题，可以直接成型自行车架，减少重新压制、矫正等操作。
4.但是由于自行车架为空心管材，采用消失模铸造也需要将自行车架分成上模和下模两部分，然后进行焊接，因此对上下模的精准匹配性要求很高，焊接也具有操作的难度，也是造成不良率提升的因素之一。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种自行车架砂箱铸造工艺，通过消失模铸造方法实现自行车架的一步成型，极大地简约了操作，提高了精度。
6.本发明的目的通过下述技术方案实现：
7.一种自行车架砂箱铸造工艺，包括如下步骤：
8.(1)将预发泡颗粒置入自行车架管件模具中，进行模压成型，喷涂耐火涂料，得到自行车架泡沫模；
9.(2)将自行车架泡沫模置于砂箱内，填充干砂，振实，刮平，制得消失模；
10.(3)对消失模进行抽真空，然后浇注铝合金铸造液，待浇注完成并且凝固后，取出铝合金粗胚体；
11.(4)将铝合金粗胚体进行热处理，冷却后即得到自行车架。
12.由于现有的泡沫模制备一般均是先制作泡沫板，再将泡沫板切割成所需要的型材的形状，然而泡沫板不容易通过切割制成空心管模，因此需要分别制成上模和下模。本发明通过将预发泡颗粒进行发泡成型制成空心的自行车架泡沫模，之后再砂箱内对空心部分以及外围进行干砂填充，因而制成了一体的消失模，通过消失模鋳造法直接一步成型自行车架，极大地简约了操作，提高了精度。
13.其中，所述铝合金铸造液按质量百分比包括如下组成：mg0.6-0.8％、si0.4-0.7％、cu0.5-0.8％、zr0.2-0.3％、ti0.1-0.2％以及cr0.02-0.03％，余量为al以及不可避
免的杂质。
14.在铝合金中加入mg、si、cu等元素，可以在铝合金内形成弥散相，从而提高铝合金的强度，加入的zr、ti、cr等元素可以细化晶粒，有助于减少铝合金的内部缺陷，同时也有助于提高铝合金的强度。本发明的铝合金铸造液组成上并无过多的特别之处，但是掺杂的元素比例相对比例较低，这是考虑到比例过高的话，降低熔体的流动性，尤其对于管材成型流动性的要求更高，合金组分的分布不一致容易导致应力集中的现象发生，强度的损失相对于比例降低的损失更严重。
15.其中，所述铝合金铸造液的制备方法为：按质量配比称取工业纯铝、工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，将工业纯铝加热至720-760℃进行熔化。然后投入工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，继续进行加热熔化以及搅拌，加入精炼剂进行精炼，去除浮渣后，保温静止，即得到所述铝合金铸造液。
16.其中，所述预发泡颗粒通过如下在步骤制得：a、取10-15重量份的金属硅粉以及0.1-0.2重量份的硅烷偶联剂加入至乙醇水溶液中，进行超声分散20-30min，得到改性金属硅粉；b、在100重量份的溶剂中加入10-20重量份的苯乙烯、0.5-0.7重量份的改性金属硅粉以及0.2-0.4重量份的引发剂，升温至50-70℃进行反应2-3h，然后进行抽滤洗涤干燥，得到改性苯乙烯；c、取100重量份的改性苯乙烯、15-20重量份的发泡剂以及6-10重量份的铜粉进行高速分散混合，即得到所述预发泡颗粒。
17.本发明的预发泡颗粒为了弥补合金组分的掺杂金属元素过低的问题，在预发泡颗粒中加入了金属硅粉以及铜粉，铝合金铸造液在分解苯乙烯的同时将金属硅粉和铜粉进行浸润甚至熔化，从而提高了铝合金的弥散相分布，提高铝合金的强度，而且由于金属硅粉以及铜粉预先分散于泡沫上，因此相当于金属硅粉以及铜粉可以按照泡沫模的分散模式分散于铝合金中，从而提高弥散相的分布均匀性，减少应力集中的现象。
18.除此之外，现有的泡沫模制备一般均是先制作泡沫板的原因还在于，泡沫板的成本极低，切割成型的损耗可以忽略不计，同时泡沫板也更有助于运输。但是在本发明中，预发泡颗粒的的成本较高，切割成型不仅难度高，而且还损耗大，因此预先制作相应形状的发泡模具进行一步成型更有助于成本的节约，而发泡模具的设计以及制作本身并不具备难度。
19.其中，所述引发剂为过硫酸铵，所述发泡剂为ac发泡剂。
20.其中，所述硅烷偶联剂为kh570，所述乙醇水溶液为乙醇和水按体积比1:1混合而成的溶液。
21.其中，所述溶剂为水和n,n-二甲基甲酰胺按体积比1:1混合而成的溶剂。
22.其中，所述热处理的方法为：将铝合金粗胚体加热至500-600℃，保温30-60min，然后转移至150-200℃的保温炉中进行降温3-4h，最后进行置于空气中进行自然冷却，即得到自行车架。通过热处理可以进一步提高铝合金自行车架的强度。
23.本发明的有益效果在于：本发明通过将预发泡颗粒进行发泡成型制成空心的自行车架泡沫模，之后再砂箱内对空心部分以及外围进行干砂填充，因而制成了一体的消失模，通过消失模鋳造法直接一步成型自行车架，极大地简约了操作，提高了精度。
具体实施方式
24.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
25.实施例1
26.一种自行车架砂箱铸造工艺，包括如下步骤：
27.(1)将预发泡颗粒置入自行车架管件模具中，进行模压成型，喷涂耐火涂料，得到自行车架泡沫模；
28.(2)将自行车架泡沫模置于砂箱内，填充干砂，振实，刮平，制得消失模；
29.(3)对消失模进行抽真空，然后浇注铝合金铸造液，待浇注完成并且凝固后，取出铝合金粗胚体；
30.(4)将铝合金粗胚体进行热处理，冷却后即得到自行车架。
31.其中，所述铝合金铸造液按质量百分比包括如下组成：mg0.7％、si0.55％、cu0.65％、zr0.25％、ti0.15％以及cr0.025％，余量为al以及不可避免的杂质。
32.其中，所述铝合金铸造液的制备方法为：按质量配比称取工业纯铝、工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，将工业纯铝加热至740℃进行熔化。然后投入工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，继续进行加热熔化以及搅拌，加入精炼剂进行精炼，去除浮渣后，保温静止，即得到所述铝合金铸造液。
33.其中，所述预发泡颗粒通过如下在步骤制得：a、取12.5重量份的金属硅粉以及0.15重量份的硅烷偶联剂加入至乙醇水溶液中，进行超声分散25min，得到改性金属硅粉；b、在100重量份的溶剂中加入10重量份的苯乙烯、0.6重量份的改性金属硅粉以及0.3重量份的引发剂，升温至60℃进行反应2.5h，然后进行抽滤洗涤干燥，得到改性苯乙烯；c、取100重量份的改性苯乙烯、16重量份的发泡剂以及8重量份的铜粉进行高速分散混合，即得到所述预发泡颗粒。
34.其中，所述引发剂为过硫酸铵，所述发泡剂为ac发泡剂。
35.其中，所述硅烷偶联剂为kh570，所述乙醇水溶液为乙醇和水按体积比1:1混合而成的溶液。
36.其中，所述溶剂为水和n,n-二甲基甲酰胺按体积比1:1混合而成的溶剂。
37.其中，所述热处理的方法为：将铝合金粗胚体加热至550℃，保温50min，然后转移至175℃的保温炉中进行降温3.5h，最后进行置于空气中进行自然冷却，即得到自行车架。
38.实施例2
39.一种自行车架砂箱铸造工艺，包括如下步骤：
40.(1)将预发泡颗粒置入自行车架管件模具中，进行模压成型，喷涂耐火涂料，得到自行车架泡沫模；
41.(2)将自行车架泡沫模置于砂箱内，填充干砂，振实，刮平，制得消失模；
42.(3)对消失模进行抽真空，然后浇注铝合金铸造液，待浇注完成并且凝固后，取出铝合金粗胚体；
43.(4)将铝合金粗胚体进行热处理，冷却后即得到自行车架。
44.其中，所述铝合金铸造液按质量百分比包括如下组成：mg0.6％、si0.4％、
cu0.5％、zr0.2％、ti0.1％以及cr0.02％，余量为al以及不可避免的杂质。
45.其中，所述铝合金铸造液的制备方法为：按质量配比称取工业纯铝、工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，将工业纯铝加热至720℃进行熔化。然后投入工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，继续进行加热熔化以及搅拌，加入精炼剂进行精炼，去除浮渣后，保温静止，即得到所述铝合金铸造液。
46.其中，所述预发泡颗粒通过如下在步骤制得：a、取10重量份的金属硅粉以及0.1重量份的硅烷偶联剂加入至乙醇水溶液中，进行超声分散20min，得到改性金属硅粉；b、在100重量份的溶剂中加入10重量份的苯乙烯、0.5重量份的改性金属硅粉以及0.2-重量份的引发剂，升温至50℃进行反应2h，然后进行抽滤洗涤干燥，得到改性苯乙烯；c、取100重量份的改性苯乙烯、15重量份的发泡剂以及6重量份的铜粉进行高速分散混合，即得到所述预发泡颗粒。
47.其中，所述引发剂为过硫酸铵，所述发泡剂为ac发泡剂。
48.其中，所述硅烷偶联剂为kh570，所述乙醇水溶液为乙醇和水按体积比1:1混合而成的溶液。
49.其中，所述溶剂为水和n,n-二甲基甲酰胺按体积比1:1混合而成的溶剂。
50.其中，所述热处理的方法为：将铝合金粗胚体加热至500℃，保温30min，然后转移至150℃的保温炉中进行降温3h，最后进行置于空气中进行自然冷却，即得到自行车架。
51.实施例3
52.一种自行车架砂箱铸造工艺，包括如下步骤：
53.(1)将预发泡颗粒置入自行车架管件模具中，进行模压成型，喷涂耐火涂料，得到自行车架泡沫模；
54.(2)将自行车架泡沫模置于砂箱内，填充干砂，振实，刮平，制得消失模；
55.(3)对消失模进行抽真空，然后浇注铝合金铸造液，待浇注完成并且凝固后，取出铝合金粗胚体；
56.(4)将铝合金粗胚体进行热处理，冷却后即得到自行车架。
57.其中，所述铝合金铸造液按质量百分比包括如下组成：mg0.8％、si0.7％、cu0.8％、zr0.3％、ti0.2％以及cr0.03％，余量为al以及不可避免的杂质。
58.其中，所述铝合金铸造液的制备方法为：按质量配比称取工业纯铝、工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，将工业纯铝加热至760℃进行熔化。然后投入工业纯镁、金属硅、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金以及工业纯铬，继续进行加热熔化以及搅拌，加入精炼剂进行精炼，去除浮渣后，保温静止，即得到所述铝合金铸造液。
59.其中，所述预发泡颗粒通过如下在步骤制得：a、取15重量份的金属硅粉以及0.2重量份的硅烷偶联剂加入至乙醇水溶液中，进行超声分散30min，得到改性金属硅粉；b、在100重量份的溶剂中加入20重量份的苯乙烯、0.7重量份的改性金属硅粉以及0.4重量份的引发剂，升温至70℃进行反应3h，然后进行抽滤洗涤干燥，得到改性苯乙烯；c、取100重量份的改性苯乙烯、20重量份的发泡剂以及10重量份的铜粉进行高速分散混合，即得到所述预发泡颗粒。
60.其中，所述引发剂为过硫酸铵，所述发泡剂为ac发泡剂。
61.其中，所述硅烷偶联剂为kh570，所述乙醇水溶液为乙醇和水按体积比1:1混合而成的溶液。
62.其中，所述溶剂为水和n,n-二甲基甲酰胺按体积比1:1混合而成的溶剂。
63.其中，所述热处理的方法为：将铝合金粗胚体加热至600℃，保温30-60min，然后转移至200℃的保温炉中进行降温4h，最后进行置于空气中进行自然冷却，即得到自行车架。
64.对比例1
65.本对比例与实施例1的区别在于：预发泡颗粒为市售常规的聚苯乙烯发泡颗粒。
66.对比例2
67.本对比例与实施例1的区别在于：预发泡颗粒为市售常规的聚苯乙烯发泡颗粒；所述铝合金铸造液按质量百分比包括如下组成：mg1.2％、si1.0％、cu1.1％、zr0.25％、ti0.15％以及cr0.025％，余量为al以及不可避免的杂质。
68.按照gb/t16865-2013的试样要求将实施例1、对比例1以及对比例2的自行车架制成空心圆管，进行拉伸强度、断裂伸长率的测试，将实施例1、对比例1以及对比例2的自行车架进行脚蹬力疲劳试验，测试结果如下：
[0069] 拉伸强度(mpa)断裂伸长率(％)脚蹬疲劳次数(万次)实施例14348.120(以上)对比例136210.38对比例23757.47
[0070]
有上述试验对比可知，无论采用掺杂比例较高还是掺杂比例较低的铝合金铸造液进行消失模一体成型铸造均会出现不同程度的力学性能下降，对比例1为掺杂比例低的铝合金铸造液，因此存在强度先天性不足的问题，对比例2为掺杂比例较高的铝合金铸造液，因此存在掺杂相分布不均，由于更容易产生应力集中现象，因此断裂伸长率明显下降，而且也脚蹬疲劳测试结果也较差。
[0071]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。