鋁合金車輪強力鑄造工藝制造技術

針對鋁合金車輪傳統低壓鑄造和重力鑄造存在的補縮能力弱、鑄件強度低、延伸率低的問題，本發明專利技術公布了一種鋁合金車輪強力鑄造工藝，該工藝在不改變材料的情況下，通過鑄造工藝的改變，達到提高密度、提高強度、提高延伸率、提高材料利用率和生產率的應用效果，所發明專利技術的強力鑄造工藝其獨特之處在于：將常規鑄鋁熔煉到澆鑄溫度范圍，以無卷氣導流和控速充型的方式完成澆鑄，對密閉在型腔內的鋁液通過補縮加壓機構進行凝固過程中的實時強力補縮，基于順序凝固、快速冷卻思想，給出了模具溫度調控測點及冷卻通道分布方法，為獲得細小晶粒度的鑄件和順利實施強力補縮創造了必要條件。

【技術實現步驟摘要】
鋁合金車輪強力鑄造工藝
本專利技術屬于輕合金成形
，應用領域屬于鋁合金車輪制造業
技術介紹
目前，國內外鋁合金車輪的成形工藝主要以鑄造工藝為主，常用的鑄造工藝包括低壓鑄造和重力鑄造。低壓鑄造過程是鋁液位于模具下方保溫爐內，通過低壓氣體壓力的作用鋁液沿著升液管自下而上進入模具型腔完成充型，并在低壓氣體壓力作用下進行凝固及低壓補縮來成形車輪。重力鑄造是靠重力的作用，進行自上而下的充型澆鑄，還要靠澆口處液體的重力作用或專門設置的補縮腔內液體的重力作用來實現凝固過程中的補縮。輪轂作為汽車的重要安全部件，輪轂的質量直接影響汽車的安全性及輕量節能效果，目前重力及低壓鑄造兩種工藝均面臨著一些問題，例如兩種工藝的共同弱點就是補縮能力較弱、塑性指標低。尤其低壓鑄造的車輪，中心輪盤處的延伸率總是不能令人滿意，重力鑄造的車輪雖然中心輪盤處的延伸率略高于低壓鑄造的產品，但由于補縮澆口的存在，導致材料利用率低且存在去澆口工序復雜的問題，不能令人滿意，并且由于重力澆鑄存在卷氣現象，導致鑄件內部經常存在氣孔、縮孔以及縮松等缺陷。專利申請號：CN201310345280.5公開的“金屬型輔壓重力鑄造系統及鑄造方法”，該方法為料液邊模澆鑄，澆口廢料較大，本專利技術采用中心澆鑄，中心澆鑄保證了充型過程中鑄坯圓周方向的均勻性，澆口處的鋁液在補縮壓力的作用下被強力推注到模具型腔，顯著地提高了材料利用率；該專利技術中采用壓縮空氣補縮，壓力為0.15-0.2MPa，本專利技術采用補縮活塞對料液進行強力加壓補縮，補縮壓力范圍0.1-3.0MPa,二者補縮壓力與方法均不同；從原理上看，該專利從中心補縮加壓處經模具型腔直至邊澆澆口處未形成封閉型腔，本專利技術的強力補縮是在密閉的模具型腔上施壓的。專利申請號：CN200710027352.6C公開的“鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置及其鑄造方法”以及專利申請號:201320016053.3公開的“輪轂反重力補縮鑄造模具”，兩專利中補縮介質均為壓縮空氣，而本專利技術采用間隙配合的補縮活塞對料液進行強力加壓補縮，前者為氣體補縮，后者為機械方法補縮；兩專利中用于補縮加壓的型腔均為上小下大的圓臺形，獲得的是帶有凹坑的半高圓錐臺形澆口的鑄件，仍需進一步去除澆口，本專利所述的補縮加壓室為與加壓活塞間隙配合的等內徑的通孔，且有效加壓補縮容積為模具型腔的6%，加壓補縮完成時，有效補縮容積被推注到模具型腔，故可獲得無澆口鑄件，自然省去了去澆口工序；本專利技術的補縮加壓室帶有補溫加熱裝置，可保證補縮過程中鋁液的流動性，上述兩個專利未提及；針對所有中心澆鑄多年來普遍存在鋁液落差大沖擊壁底而發生卷氣的共性問題，本專利技術中設有導流澆鑄系統，可實現無卷氣澆鑄及控速充型，為獲得高質量的鑄件奠定了必要的基礎條件，上述兩個專利未提及無卷氣導流及控速充型內容。專利申請號：201210328935.3公開的“鋁合金車輪重力加壓鑄造”，該專利技術的澆鑄位置為中心側開口澆鑄，與本專利技術的澆鑄位置不同，該專利旁澆管路殘存的低于內輪唇高度的鋁液無法順利排出，不利于批量生產；本專利技術中設有導流澆鑄系統，可實現無卷氣澆鑄及控速充型，該專利未涉及這方面的內容；該專利的模具冷卻采用的介質是壓縮空氣，未見具體的冷卻控制原理，本專利采用的冷卻介質是循環水，并給出了水路分布方法和模具溫控點布局方法。
技術實現思路
本專利技術公布了一種鋁合金車輪強力鑄造方法，其獨特之處在于：1）專利技術了強力補縮模具結構：以常規頂、底、邊模為基礎，在上模（1-8）內腔中心處增設了補縮加壓室（1-4）和可在加壓室（1-4）上下移動的補縮加壓活塞（1-3）及導流活塞（1-5）；2）以此模具結構為基礎，專利技術集無卷氣導流澆鑄特征、控速充型特征、自動補溫特征、強力補縮特征、快速順序凝固冷卻水路布局和模具溫控測點布局為一體的鋁合金車輪強力鑄造工藝，本專利技術的工藝與相應的強力鑄造設備配合，生產的車輪產品具有密度高、強度高和延伸率高的顯著效果，并具有更高的生產效率和材料利用率。本專利技術的鋁合金輪轂強力鑄造模具結構特征體現在：與常規的僅由頂、底、邊模組成的模具不同，本專利技術是在此基礎上，在上模（1-8）中心處增設了補縮加壓室（1-4）和可在補縮加壓室（1-4）內上下移動的補縮加壓活塞（1-3）及導流活塞（1-5），補縮加壓室（1-4）是一內徑為D的筒形件，其下端與上模（1-8）的中心盤相聯，其外側設有自動補溫裝置（1-7），其內徑D通過上模中心孔與模腔聯通，補縮加壓活塞（1-3）和導流活塞（1-5）與補縮加壓室（1-4）內徑是間隙配合的，配合間隙在0.08-0.15mm，當導流活塞（1-5）行至下部一定位置時，補縮加壓室（1-4）的內孔與模具的型腔是聯通的，加壓室（1-4）的內徑D和高度H的確定的依據為：根據鋁合金凝固收縮的比率，加壓室（1-4）的有效補縮容積C應不小于模具型腔容積的6%，加壓室（1-4）的高度H的確定既要滿足補縮容積C的要求，又要滿足當全部液體澆入后補縮加壓室（1-4）的液面應略高于內輪唇的最高點，確定了補縮加壓室（1-4）的高度H，便可根據補縮體積C為定值來確定補縮加壓室（1-4）內徑D（一般取值范圍在50-80mm）。本專利技術的鋁合金車輪強力鑄造方法過程特征體現在：將溫度在695-710℃定量的鋁液注入出口帶有過濾網（1-20）的具有定量稱重功能的澆杯（1-2）中，合模后將澆杯（1-2）出口對準補縮加壓室（1-4）的入口，打開澆杯（1-2）出口開關的同時無卷氣導流裝置依照編程設定的速度平穩地帶動導流活塞（1-5）向下運動，鋁液在導流活塞（1-5）的引導下進入補縮加壓室（1-4），并通過導流活塞（1-5）的位置控制補縮加壓室（1-4）與模具型腔的通道口的開度進行控速充型，模具型腔充滿后移走澆杯（1-2），補縮加壓活塞（1-3）進入補縮加壓室（1-4）進行強力補縮，此過程中加壓室（1-4）自動補溫系統和快速順序凝固冷卻溫控系統實時配合，凝固結束后補縮加壓活塞（1-3）返回，開模出件，采用本工藝生產不同尺寸車輪的鑄造生產節拍為160-220s/件。本專利技術的鋁合金車輪強力鑄造方法具有無卷氣導流澆鑄功能，其特征在于：根據真空吸入式導流原理，在圓形補縮加壓室（1-4）內壁設有與之間隙配合的導流活塞（1-5），澆鑄時鋁液隨著導流活塞（1-5）依照預設置的速度向下移動，平穩地充滿加壓室（1-4），消除了鋁液因落差較大而直沖底部產生的卷氣現象。本專利技術的鋁合金車輪強力鑄造方法的控速充型特征在于：鋁液往模具型腔的充型速度取決于導流活塞（1-5）上端的分流型面與補縮加壓室（1-4）下出口間的通道口的開度，本專利技術通過帶動導流活塞（1-5）移動來實現對通道開口開度的控制，進而實現對車輪不同部位充型時流量控制，這有助于充型時模具型腔內氣體的排放。本專利技術的鋁合金車輪強力鑄造方法的強力補縮特征在于：由模具型腔、補縮加壓室（1-4）及補縮加壓活塞（1-3）構成密閉型腔，若型腔內的鋁液的凝固是由表及里、由遠離補縮加壓室（1-4）的輪緣向輪芯乃至補縮加壓室（1-4）是順序凝固的，那么，當補縮加壓活塞（1-3）向下移動并施加壓力的時候，未凝固的鋁液會遵從帕斯卡定律將補縮加壓活塞（1-3）上的壓力以等靜壓的方式向各個方傳遞，直至遠端凝固點，補縮加壓室（1-4）內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術公布了鋁合金車輪強力鑄造工藝，其獨特之處在于：1）專利技術了特殊的模具結構：以頂、底、邊模為基礎，在上模（1?8）內腔中心處增設了補縮加壓室（1?4）和可在加壓室（1?4）上下移動的補縮加壓活塞（1?3）及導流活塞（1?5）；2）以此模具結構為基礎，專利技術集無卷氣導流澆鑄特征、控速充型特征、自動補溫特征、強力補縮特征和模具溫度調控測點及冷卻通道分布方法為一體的鋁合金車輪強力鑄造工藝，與強力鑄造設備配合，生產的車輪產品具有密度高、強度高和延伸率高的顯著效果，并具有更高的生產效率和材料利用率。

【技術特征摘要】
1.一種鋁合金車輪強力鑄造方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）首先將模具進行預熱，模具預熱溫度為280℃，鋁合金材料為A356，鋁液的加熱溫度為700℃，工作前首先將鑄造模具安裝至鑄造機上，模具上模（1-8）以及頂板通過連接支柱（1-21）與鑄造機滑塊（1-1）相連，底模（1-11）通過模具底板（1-12）安裝至鑄造機工作臺（1-14）上側，邊模（1-9）與鑄造機的邊模油缸相連;（2）將澆杯（1-2）中裝入定量的液料，液料體積等于型腔體積與補縮體積之和，其中補縮體積按照總料液體積的6-8%計算，將澆杯（1-2）移至進料位置與補縮加壓室（1-4）相連，此時壓鑄機導流油缸（1-13）帶動導流活塞（1-5）上行移至澆杯（1-2）下方，然后澆杯（1-2）的輸出開關打開，澆杯中的鋁液隨之流入補縮加壓室（1-4）中，與此同時導流活塞（1-5）下行，將料液緩慢平穩的引至模具型腔內，按設定速度充型模具型腔，充型完畢后移走鋁液澆杯（1-2）;（3）壓鑄機的補縮加壓活塞（1-3）下行，至補縮加壓室（1-4）中，對液面進行加壓，強力補縮的壓力為0.1-3.0MPa，此時上模（1-8）、底模（1-11）及邊模（1-9）的冷卻水按照設定的冷卻順序打開;（4）上模（1-8）中設有分層隔板，分層隔板與上模（1-8）型腔組成上模分層冷卻區（1-18），上模冷卻入口（1-19）和上模冷卻出口（1-6）分別通入各冷卻層，實現對上模（1-8）的冷卻，采用水為冷卻介質，模具的上模（1-8）分為三層，分別通有三路可測溫、控制流量及開閉的進水管道，以及三路可測溫的回水管道；模具底模（1-11）內部也設有底模環狀冷卻區（1-15），底模冷卻介質入口（1-16）和底模冷卻介質出口（1-10）分別位于模具底板（1-12）兩側，模具底板（1-12）內部設有冷卻通道可將冷卻管道與底模環狀冷卻區（1-15）連通，模具底模（1-11）分為三環結構，分別通有三路可測溫、控制流量及開閉的冷卻管道，以及三路可測溫的冷卻回路管道；邊模（1-9）上對輪輻輻條的位置上開有冷卻孔，邊模冷卻管（1-17）安裝于邊模（1-9）冷卻孔中，進、出冷卻水管分別接入邊模冷卻管（1-17）中，實現對邊模的多點冷卻,溫控冷卻通道與設...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫惠學，李建，劉鑫鑫，
申請(專利權)人：秦皇島燕大現代集成制造技術開發有限公司，
類型：發明
國別省市：河北;13