專利名稱：一種鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎂合金汽車輪轂制造領(lǐng)域，具體一種鎂合金汽車輪轂鑄造及旋壓復合成形方法。
背景技術(shù)：
鎂是所有結(jié)構(gòu)用金屬及合金材料中密度最低的，與其他金屬結(jié)構(gòu)材料相比，鎂及鎂合金具有比強度、比剛度高，減振性能和阻尼性能好，易切削加工，易回收等一系列優(yōu)點，在汽車上應(yīng)用能夠顯著減輕汽車重量，節(jié)省燃油，降低有害氣體排放，提高汽車的舒適性，所以愈來愈受到國內(nèi)外汽車廠商的青睞。汽車輪轂作為最重的汽車部件之一，也是汽車輕量化效果最為明顯的零部件，目前鎂合金汽車輪轂主要采用鑄造、鍛造、鑄鍛和擠旋復合成形方法。鑄造鎂合金汽車輪轂，主要采用重力鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造等方法制備，國內(nèi)外已有相關(guān)報道，但由于鑄造汽車輪轂的輪輻、輪輞部位性能都達不到汽車輪轂性能指標，均還未形成實際應(yīng)用。鍛造鎂合金汽車輪轂，其性能指標完全能達到汽車輪轂的使用要求，國內(nèi)外也有相關(guān)報道。但是，由于汽車輪轂外形的復雜性，采用鍛造成形存在明顯的不足，如不容易脫模，輪緣難以成形，后續(xù)加工量大，材料利用率低，而且成品率低，生產(chǎn)成本高，所以該成形工藝在汽車輪轂生產(chǎn)領(lǐng)域很難得到推廣。擠旋復合成形方法是在預制毛坯的基礎(chǔ)上進行軸向擠壓變形(擠壓擴口成形)和側(cè)面擠壓變形(擠旋成形)，其實質(zhì)也是一種鍛造成形工藝，同樣存在材料利用率低，成品率低，生產(chǎn)成本高等缺點，很難推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為滿足鎂合金汽車輪轂制造領(lǐng)域的要求，提供一種高效率、低成本的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，不僅能夠解決鎂合金汽車輪轂強度和韌性差的問題，而且能夠明顯降低鎂合金汽車輪轂的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，采用重力鑄造或低壓鑄造工藝制備出鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造旋坯經(jīng)表面加工、均勻化處理后，利用熱旋壓工藝制備出汽車輪轂毛坯，再經(jīng)過熱處理、精確加工和表面涂裝制備出鎂合金汽車輪轂。所述的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，具體步驟如下I)鎂合金熔體制備將汽車輪轂用鎂合金錠放入預熱爐中預熱，預熱爐溫度為350-400°C，預熱時間為l-2h，然后將預熱好的鎂合金錠放入熔煉爐坩堝中，升溫熔化，精煉除氣，將合金熔體溫度控制在690-730°C，熔體制備過程中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ；2)鑄造將上述制備好的鎂合金熔體通過鑄造工藝澆鑄成鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造澆注溫度為690-730°C，模具溫度為350-500°C，留模時間為3_8min ;然后風冷，風冷時間為3-5min ;然后脫模，鑄模中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ；3)熱旋壓首先按照旋坯尺寸要求，采用數(shù)控車床將上述鎂合金鑄造旋坯進行表面加工 ’然后放入預熱爐中進行均勻化處理后，均勻化溫度為200-400°C，均勻化時間為l_2h ;最后采用熱旋壓工藝對汽車鑄造旋坯進行熱旋壓成形，制備出鎂合金汽車輪轂毛坯；熱旋壓成形中，芯模溫度為250-400°C，旋輪轉(zhuǎn)速為300-900r/min，進給量為0. 25-1. 5mm/r ；4)熱處理將步驟3制備的鎂合金汽車輪轂毛坯放入熱處理爐中進行固溶處理，固溶處理采用兩段式處理方式，即先在255-355°C保溫2-6h，然后在370-425°C保溫6_10h，采用60-85°C溫水淬火；再次放入熱處理爐中進行時效處理，處理溫度為155-215°C，保溫時間為6-10h，然后空冷；5)表面涂裝將熱處理后的鎂合金汽車輪轂毛坯精確 加工成汽車輪轂半成品，經(jīng)表面除油處理后，對其進行表面微弧氧化處理，烘干后，涂裝成汽車輪轂成品。本發(fā)明中，采用的鎂合金為Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金，其合金成分和重量含量如下，Zn 6. 0-6. 5 ；A1 :1. 0-1. 5 ；Mn :0. 2-0. 4 ；Mg 余量。本發(fā)明中，Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金的鑄態(tài)合金平均力學性能如下抗拉強度O b彡280MPa,屈服強度o。2彡170MPa,延伸率5彡8%，輪輻和輪緣部位性能完全能滿足汽車輪轂的應(yīng)用要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點主要有1、本發(fā)明采用開發(fā)的汽車輪轂用鎂合金，鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯是采用重力鑄造或低壓鑄造的方式澆鑄制成，鑄造旋坯經(jīng)表面加工、均勻化處理后，利用熱旋壓工藝制備出汽車輪轂毛坯，再經(jīng)過熱處理、精確加工和表面涂裝制備出鎂合金汽車輪轂。本發(fā)明不僅工藝簡單，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，而且輪輻、輪輞部位性能都能夠滿足汽車輪轂性能指標。2、本發(fā)明鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形技術(shù)中，鑄造與熱旋壓的協(xié)同作用是，由于目前低成本鎂合金鑄態(tài)性能都達不到汽車輪轂的要求。本發(fā)明通過自行研發(fā)的Mg-Zn-Al-Mn合金，采用重力鑄造或低壓鑄造的方法制備出高質(zhì)量的旋壓輪坯，然后采用熱旋壓的方法加工輪輞部位，一方面，滿足了輪芯、輪輻和外輪緣部位的力學性能，另一方面，相對擠壓鍛造和擠旋工藝來說，鑄造與熱旋壓工藝相結(jié)合，具有工藝簡單、材料利用率高、生產(chǎn)成本低等工藝特點。


圖1是鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法制備旋壓輪坯的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法制備汽車輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，分別為用鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯和汽車輪轂，目前在商用合金當中還沒有適合用于鑄造汽車輪轂的鎂合金，本發(fā)明采用的鎂合金為Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金，其合金成分和含量如下，其合金成分和重量含量如下，Zn :6. 0-6. 5 ；A1 :1. 0-1. 5 ；Mn
0.2-0. 4;Mg 余量。采用Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金常規(guī)的方法熔煉和澆注，所述Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金的鑄態(tài)合金平均力學性能如下抗拉強度O b≥280MPa,屈服強度o。2≥170MPa,延伸率5≥8%，輪輻和輪緣部位性能完全能滿足汽車輪轂的應(yīng)用要求。本發(fā)明采用的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，具體步驟如下

I)將一定量汽車輪轂用鎂合金錠放入預熱爐中預熱，預熱爐溫度為350-400°C，預熱時間為l_2h，然后將預熱好的鎂合金錠放入熔煉爐坩堝中，升溫熔化，精煉除氣，將合金熔體溫度控制在690-730°C，熔體制備過程中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ；2)將上述制備好的鎂合金熔體通過鑄造工藝澆鑄成鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造澆注溫度為690-730°C，模具溫度為350-500°C，留模時間為3_8min ;然后風冷，風冷時間為3-5min ;然后脫模，鑄模中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ；3)首先按照旋坯(旋壓輪坯)尺寸要求，采用數(shù)控車床將上述鎂合金鑄造旋坯進行表面加工；然后放入預熱爐中進行均勻化處理后，均勻化溫度為200-400°C，均勻化時間為l_2h ;最后采用熱旋壓工藝對汽車鑄造旋坯進行熱旋壓成形，制備出鎂合金汽車輪轂毛坯；熱旋壓成形中，芯模溫度為250-400°C，旋輪轉(zhuǎn)速為300-900r/min (轉(zhuǎn)/分)，進給量為
0.25-1. 5mm/r (毫米 / 轉(zhuǎn))；4)將步驟3制備的鎂合金汽車輪轂毛坯放入熱處理爐中進行固溶處理，固溶處理采用兩段式處理方式，即先在255-355°C保溫2-6h，然后在370-425 °C保溫6_10h，采用60-85°C溫水淬火；再次放入熱處理爐中進行時效處理，處理溫度為155-215°C，保溫時間為6-10h，然后空冷至室溫；5)將熱處理后的鎂合金汽車輪轂毛坯精確加工成汽車輪轂半成品，經(jīng)表面除油處理后，對其進行表面微弧氧化處理，在汽車輪轂表面形成陶瓷膜，達到工件表面強化的目的，烘干后，涂裝成汽車輪轂成品。實施例1本實施例中，采用的鎂合金為Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金，其合金成分和重量含量如下，Zn 6. 2 ；A1 1. 2 ；Mn :0. 3 ；Mg 余量。所述Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金的鑄態(tài)合金平均力學性能如下抗拉強度O b300MPa，屈服強度o ^ 2180MPa，延伸率5 11%,輪輻和輪緣部位性能完全能滿足汽車輪轂的應(yīng)用要求。本發(fā)明采用的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，具體步驟如下I)將一定量汽車輪轂用鎂合金錠放入預熱爐中預熱，預熱爐溫度為370°C，預熱時間為1. 5h，然后將預熱好的鎂合金錠放入熔煉爐坩堝中，升溫熔化，精煉除氣，將合金熔體溫度控制在700°C，熔體制備過程中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ；2)將上述制備好的鎂合金熔體通過鑄造工藝澆鑄成鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造澆注溫度為700°C，模具溫度為400°C，留模時間為5min ;然后風冷，風冷時間為4min ;然后脫模，鑄模中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ；3)首先按照旋坯(旋壓輪坯)尺寸要求，采用數(shù)控車床將上述鎂合金鑄造旋坯進行表面加工；然后放入預熱爐中進行均勻化處理后，均勻化溫度為300°C，均勻化時間為1.5h ;最后采用熱旋壓工藝對汽車鑄造旋坯進行熱旋壓成形，制備出鎂合金汽車輪轂毛坯；熱旋壓成形中，芯模溫度為300°C，旋輪轉(zhuǎn)速為600r/min，進給量為0. 4mm/r ；4)將步驟3制備的鎂合金汽車輪轂毛坯放入熱處理爐中進行固溶處理，固溶處理采用兩段式處理方式，即先在300°C保溫4h，然后在400°C保溫8h，采用75°C溫水淬火；再次放入熱處理爐中進行時效處理，處理溫度為180°C，保溫時間為8h，然后空冷至室溫；5)將熱處理后的鎂合金汽車輪轂毛坯精確加工成汽車輪轂半成品，經(jīng)表面除油處理后，對其進行表面微弧氧化處理，在汽車輪轂表面形成陶瓷膜，達到工件表面強化的目的，烘干后，涂裝成汽車輪轂成品。本實施例采用鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形技術(shù)，在鑄造與熱旋壓的協(xié)同作用下，其技術(shù)指標如下
權(quán)利要求
1.一種鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，其特征在于，采用重力鑄造或低壓鑄造工藝制備出鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造旋坯經(jīng)表面加工、均勻化處理后，利用熱旋壓工藝制備出汽車輪轂毛坯，再經(jīng)過熱處理、精確加工和表面涂裝制備出鎂合金汽車輪轂。
2.按照權(quán)利要求1所述的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，其特征在于，具體步驟如下 1)鎂合金熔體制備 將汽車輪轂用鎂合金錠放入預熱爐中預熱，預熱爐溫度為350-400°C，預熱時間為l-2h，然后將預熱好的鎂合金錠放入熔煉爐坩堝中，升溫熔化，精煉除氣，將合金熔體溫度控制在690-730°C，熔體制備過程中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ； 2)鑄造 將上述制備好的鎂合金熔體通過鑄造工藝澆鑄成鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造澆注溫度為690-730°C，模具溫度為350-500°C，留模時間為3_8min ;然后風冷，風冷時間為3-5min ;然后脫模，鑄模中采用CO2和SF6混合氣體保護；按體積百分比計，混合氣體中，99%C02+1%SF6 ； 3)熱旋壓 首先按照旋坯尺寸要求，采用數(shù)控車床將上述鎂合金鑄造旋坯進行表面加工；然后放入預熱爐中進行均勻化處理后，均勻化溫度為200-400°C，均勻化時間為l_2h ;最后采用熱旋壓工藝對汽車鑄造旋坯進行熱旋壓成形，制備出鎂合金汽車輪轂毛坯；熱旋壓成形中，芯模溫度為250-400°C，旋輪轉(zhuǎn)速為300-900r/min，進給量為0. 25-1. 5mm/r ； 4)熱處理 將步驟3制備的鎂合金汽車輪轂毛坯放入熱處理爐中進行固溶處理，固溶處理采用兩段式處理方式，即先在255-355°C保溫2-6h，然后在370_425°C保溫6_10h，采用60_85°C溫水淬火；再次放入熱處理爐中進行時效處理，處理溫度為155-215°C，保溫時間為6-10h，然后空冷； 5)表面涂裝 將熱處理后的鎂合金汽車輪轂毛坯精確加工成汽車輪轂半成品，經(jīng)表面除油處理后，對其進行表面微弧氧化處理，烘干后，涂裝成汽車輪轂成品。
3.按照權(quán)利要求1所述的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，其特征在于，采用的鎂合金為Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金，其合金成分和重量含量如下，Zn :6. 0-6. 5 ；A1 1. 0-1. 5 ；Mn 0. 2-0. 4 ；Mg 余量。
4.按照權(quán)利要求3所述的鎂合金汽車輪轂鑄造旋壓復合成形方法，其特征在于，Mg-Zn-Al-Mn系鎂合金的鑄態(tài)合金平均力學性能如下 抗拉強度O b彡280MPa，屈服強度O。2彡170MPa，延伸率5彡8%，輪輻和輪緣部位性能完全能滿足汽車輪轂的應(yīng)用要求。
全文摘要
本發(fā)明屬于鎂合金汽車輪轂制造領(lǐng)域，具體一種鎂合金汽車輪轂鑄造及旋壓復合成形方法。采用重力鑄造或低壓鑄造工藝制備出鎂合金汽車輪轂旋壓輪坯，鑄造旋坯經(jīng)表面加工、均勻化處理后，利用熱旋壓工藝制備出汽車輪轂毛坯，再經(jīng)過熱處理、精確加工和表面涂裝制備出鎂合金汽車輪轂。本發(fā)明鎂合金鑄造旋壓復合成形方法用于鎂合金汽車輪轂的制備，可以獲得機械性能高和表面質(zhì)量好的汽車輪轂，完全能夠滿足汽車領(lǐng)域?qū)ζ囕嗇炐阅苤笜说囊?。本發(fā)明不僅能夠解決鎂合金汽車輪轂強度和韌性差的問題，而且能夠明顯降低鎂合金汽車輪轂的生產(chǎn)成本。
文檔編號B21D22/14GK103056611SQ201210556668
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者楊院生, 馬春江, 羅天驕, 計國富, 葛素靜, 史寶良 申請人:河北立中有色金屬集團有限公司, 中國科學院金屬研究所