專利名稱：鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車鋁輪鑄造技術(shù)，具體是指鋁合金車輪氣體壓力鑄造(Aluminium Wheel Gas-Pressure Casting Process，簡(jiǎn)稱AWGP)裝置及其鑄造方法。
背景技術(shù)：
目前，汽車鋁合金車輪的需求越來越大，產(chǎn)量越來越高，生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，車輪制造成形方法有板材成形、鍛造和鑄造成形，其中鑄造成形方法用得最多，占95％，其成本低，適用范圍廣，最具有競(jìng)爭(zhēng)力。鑄造材料普遍使用A356鋁合金。
目前，生產(chǎn)汽車鋁合金車輪的主要工藝方法有金屬型重力鑄造，低壓鑄造，差壓鑄造和擠壓鑄造等方法。
金屬型重力澆注時(shí)，鋁液依靠重力流動(dòng)充填鑄型，所以稱為重力鑄造，鋁液充滿鑄型結(jié)晶凝固時(shí)為了獲得比較致密鑄件，往往要采用冒口來補(bǔ)縮?？v然這樣，一般金屬型鑄件的致密度不如低壓鑄造，缺陷多屬顯微疏松。金屬型重力鑄造的金屬收得率只有(40％)，金屬的利用率比較低，力學(xué)性能一般。目前普遍的認(rèn)為金屬型的鑄型費(fèi)用只有低壓鑄型費(fèi)用的1/3。金屬型工藝，成品率高(90～94％)，成本低。金屬型重力鑄造有兩種澆注方式中心澆注和邊澆方式。對(duì)于中心澆注，鋁液充型時(shí)沖擊較大，容易二次氧化夾雜；澆口開在車輪的安裝盤位置，造成安裝盤凝固慢，結(jié)晶晶粒粗大，材料的力學(xué)性能低。而對(duì)于邊澆，澆注系統(tǒng)消耗的鋁液多；模具溫度場(chǎng)分布不均，不符合順序凝固條件；澆口部位容易出現(xiàn)疏松廢品；車輪輪輞容易出現(xiàn)漏氣缺陷。
低壓鑄造的工藝特點(diǎn)是在壓力下結(jié)晶，組織致密，力學(xué)性能比重力鑄造的好；不用冒口，澆口也很小，所以金屬的利用率高，但低壓鑄造必須嚴(yán)格的掌握加壓規(guī)范，控制好順序凝固的溫度場(chǎng)，對(duì)操作手素質(zhì)要求極高，并且綜合影響因素多，工藝難點(diǎn)多，不易控制和操作，因此產(chǎn)品廢品率較高。
差壓鑄造又稱“反壓鑄造”，是液體金屬在壓差的作用下填充到預(yù)先有一定壓力的鑄型中，進(jìn)行結(jié)晶，凝固而獲得鑄件的一種工藝方法。但對(duì)生產(chǎn)汽車車輪來說設(shè)備的操作維修比較復(fù)雜，每次操作都必須保證上下筒體的密封，消耗大量的壓縮空氣；工藝比較復(fù)雜，很難準(zhǔn)確的執(zhí)行，澆注以前看不見模具的組合情況，澆注時(shí)跑火，操作手常常不知道，因壓力比較高，跑火止不住，后果很嚴(yán)重。筒體里的鑄型冷卻時(shí)，漏風(fēng)漏水，操作手也不知道；差壓的充型過程，像低壓鑄造一樣，是在上下筒體進(jìn)入高壓的情況下產(chǎn)生一條充型的壓力曲線，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和再現(xiàn)性，難度比較大，操作手的素質(zhì)要求比較高。雖然差壓鑄造工藝生產(chǎn)的鋁車輪質(zhì)量比較好，可是很難掌握差壓鑄造工藝，因此許多工廠都不采用此鑄造方法。
擠壓鑄造，也稱“液態(tài)模鍛”，是對(duì)進(jìn)入擠壓鑄型型腔內(nèi)的液態(tài)金屬施加較高的機(jī)械壓力，使其成形和凝固，從而獲得鑄件的一種工藝方法。但目前使用擠壓鑄造工藝無法生產(chǎn)出復(fù)雜的鑄件。
綜上所述，金屬型鑄造工藝比較簡(jiǎn)單，成本較低，而強(qiáng)度性能略遜一籌。而其它各種工藝方法制造的車輪，在強(qiáng)度性能上都有所提高，但都存在一定的局限性。但有共同的地方，就是在過程中采用壓力，讓金屬在壓力下結(jié)晶，這是當(dāng)前提高車輪質(zhì)量最實(shí)用的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明提供鋁合金車輪氣體壓力鑄造(AWGP)裝置，其設(shè)備工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，投資少成本低。
本發(fā)明的目的還在于提供采用上述鋁合金車輪氣體壓力鑄造(AWGP)裝置的鋁合金車輪氣體壓力鑄造方法，其鑄件致密度高、尺寸精度高、光潔度比較好，機(jī)械性能好。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本鋁合金車輪氣體壓力鑄造(AWGP)裝置，包括機(jī)座、頂模油缸、側(cè)模油缸、封堵油缸，四個(gè)所述側(cè)模油缸水平對(duì)稱設(shè)置在機(jī)座上，各個(gè)側(cè)模油缸分別與側(cè)模連接，四個(gè)側(cè)模之間的機(jī)座上相應(yīng)設(shè)有下模，側(cè)模、下模的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模；所述封堵油缸、頂模油缸分別設(shè)置在機(jī)座的上、下方，所述頂模油缸與上模的上模板連接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸與上模板之間還設(shè)置有接件托盤、機(jī)械手；所述上模設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；所述側(cè)模、上模、下模分別連接有冷卻系統(tǒng)。
所述加壓室加壓壓力為0～20kg/cm2，所述氣體加壓系統(tǒng)的氣源為壓縮空氣，也可以采用瓶裝的高壓氬氣、氮?dú)?，但不如壓縮空氣方便、穩(wěn)定。
所述冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)包括水、風(fēng)、氣，所述冷卻系統(tǒng)的設(shè)置為上輪緣及輪輞位置設(shè)置有水氣環(huán)形冷卻管；輪輞與輪輻熱節(jié)位置設(shè)置有噴水環(huán)形冷卻管；輪盤和冒口位置設(shè)置有分水錐。
采用上述汽車鋁合金車輪裝置的汽車鋁合金車輪氣體壓力鑄造方法，包括如下步驟和工藝條件(1)模具合型前，清理干凈各模具型腔，接好氣體加壓系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)；(2)組合鑄型，通過側(cè)模油缸對(duì)角推動(dòng)各個(gè)側(cè)模，快到位時(shí)，通過頂模油缸下行上模，到位以后再左右上下組合，確保到位；(3)在上模的冒口上放上澆口杯和過濾網(wǎng)，然后通過澆包進(jìn)行定量澆注，保證澆包和澆口杯的溫度為250～300℃；(4)澆注完后移走澆包、澆口杯，定量控制冒口的高度，使冒口的高度超過車輪上輪緣的高度；(5)封堵油缸快速下行，封堵澆口，在加壓室通入加壓氣體，保證鑄件在壓力下結(jié)晶凝固，上下鑄型按順序凝固程序進(jìn)行冷卻；(6)冷卻結(jié)束，切斷高壓氣源，先退側(cè)模，然后起動(dòng)上模帶著車輪上升，用接件盤接住車輪然后送去冷卻；(7)清理車輪飛邊，并做車輪質(zhì)量評(píng)審，包括表面質(zhì)量、鑄型精度、加壓情況，并據(jù)此調(diào)整下一輪操作的工藝參數(shù)；(8)X光檢查車輪是否有縮松、氣孔、夾渣等缺陷。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果(1)在壓力下結(jié)晶凝固，金屬液增加了對(duì)氣體的溶解度，也抑制了氣體的析出，鑄件組織致密，縮松和針孔少，加工后的光潔度好，尺寸精度高；(2)有利于熱傳導(dǎo)(金屬型溫度250℃～350℃)使金屬產(chǎn)生細(xì)晶粒的結(jié)構(gòu)；合金的機(jī)械性能得到改善，和一般金屬型鑄件比較，機(jī)械性能提高20～30％，有些合金能接近鍛件的標(biāo)準(zhǔn)，可以減輕車輪重量，節(jié)約金屬；(3)無論是氬氣、空氣在加壓時(shí)，都不會(huì)進(jìn)入鑄件中，加壓的方法簡(jiǎn)單有效，范圍較寬，根據(jù)車輪的要求，加壓范圍可為1～20kg/cm2，模具的結(jié)構(gòu)要相對(duì)的加強(qiáng)；
(4)和低壓鑄造比，它的工藝敏感度差。低壓鑄造的加壓規(guī)范非常敏感的影響著鑄件質(zhì)量，本發(fā)明的加壓規(guī)范，幾乎是固定不變，誰(shuí)都能操作。不用專用的保溫爐，生產(chǎn)用設(shè)備可以采用高水平的機(jī)械化自動(dòng)化，所用擠鑄機(jī)新穎，實(shí)用，和金屬型澆鑄機(jī)相似，但結(jié)構(gòu)要加強(qiáng)。
(5)設(shè)備工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，投資少成本低，工藝準(zhǔn)備和工藝過程和金屬型工藝相同，只是多一個(gè)封堵加壓工序，整個(gè)工藝過程簡(jiǎn)單，容易操作。


圖1是本發(fā)明鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的氣體加壓系統(tǒng)線路示意圖；圖3是本發(fā)明鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明鋁合金車輪氣體壓力鑄造方法的工藝流程框圖；圖5是本發(fā)明鋁合金車輪氣體壓力鑄造方法的加壓曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例子及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例一如圖1所示，本鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，包括機(jī)座1、頂模油缸2、側(cè)模油缸3、封堵油缸4，四個(gè)所述側(cè)模油缸3水平對(duì)稱設(shè)置在機(jī)座1上，各個(gè)側(cè)模油缸3分別與側(cè)模5連接，四個(gè)側(cè)模5之間的機(jī)座1上相應(yīng)設(shè)有下模6，側(cè)模5、下模6的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模7；所述封堵油缸4、頂模油缸2分別設(shè)置在機(jī)座1的上、下方，所述頂模油缸2與上模7的上模板7-1連接，且封堵油缸4位于上模板7-1的上方，封堵油缸4與上模板7-1之間還設(shè)置有接件托盤8、機(jī)械手21；所述上模7設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；所述側(cè)模5、上模7、下模6分別連接有冷卻系統(tǒng)。
如圖1所示，本裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下(1)輪廓尺寸長(zhǎng)×寬×高＝2341×1176×4815mm四立柱間距＝1431×586mm側(cè)缸行程Max＝780mm，Min＝480mm上模板主缸行程1100mm
(2)各油缸的主要參數(shù)1、封堵油缸推力125600N側(cè)模油缸推力321700N頂模油缸推力341946N缸在下部受拉力350600N2、頂模開合高度上下模板間距H＝1680mm頂模油缸行程1100mm3、側(cè)模油缸行程側(cè)模背板至中心最小尺寸13～15”320最大尺寸28”425所述氣體加壓系統(tǒng)線路如圖2所示，由三聯(lián)件9，減壓閥4、5，電磁閥12、13、14，時(shí)間繼電器15、16，二位三通高壓球閥17、18，加壓室19等相連接組成；所述加壓室19為1000cm3，加壓壓力為0～20kg/cm2，所述氣體加壓系統(tǒng)的氣源為一般的壓縮空氣。
所述冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)包括水、風(fēng)、氣，如圖3所示，所述冷卻系統(tǒng)的的設(shè)置為上輪緣及輪輞位置設(shè)置有水氣環(huán)形冷卻管20、21；輪輞、輪輻熱節(jié)位置設(shè)置有噴水環(huán)形冷卻管22、23；輪盤和冒口位置設(shè)置有分水錐24。
如圖4所示，采用本鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，按以下步驟進(jìn)行鋁合金車輪氣體壓力鑄造(1)準(zhǔn)備工作，包括1、準(zhǔn)備鋁液，在保溫爐中的鋁液經(jīng)過除氣，除渣，靜止，溫度保持在700～710℃，測(cè)氫度在2.6以上；記上爐號(hào)、化學(xué)成份、變質(zhì)程度，并準(zhǔn)備六氯乙烷(爐料總量的0.3％)；2、澆包和澆口杯噴好涂料，并在保溫爐中保溫250～300℃；3、設(shè)定氣體加壓系統(tǒng)的加壓程序，以及頂模油缸2、封堵油缸4、側(cè)模油缸5的運(yùn)行速度及額定推力；如圖2所示，①手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)二位三通高壓球閥17，接通5kg/cm2氣源，切斷20kg/cm2通路。
②將三聯(lián)件9的減壓閥調(diào)壓到5kg/cm2。減壓閥10的壓力調(diào)到0.5kg/cm2，減壓閥11的壓力調(diào)到2kg/cm2。
③調(diào)好時(shí)間繼電器15為2秒，調(diào)好時(shí)間繼電器16為3秒。
4、準(zhǔn)備模具，其中，涂料是水劑膠體石墨或水劑白涂料，可采用型號(hào)為T800，冒口噴保溫涂料34#厚度0.1～0.2mm，澆注前冒口溫度要保持380～400℃；5、將噴好涂料的模具組裝，進(jìn)爐加熱，至380～400℃保溫4～6小時(shí)出爐，上機(jī)組裝好模具；(2)開機(jī)合型；步驟包括1、用壓縮空氣將上、下模7、6及側(cè)模5、冒口吹干凈；2、先合側(cè)模5，后合上模7，合型時(shí)所述各個(gè)側(cè)模5之間的縫隙為0～0.5mm，檢查冒口法蘭是否干凈；3、檢查進(jìn)氣口是否被堵塞。
(3)澆注成型，包括1、將澆口杯放入模具的冒口中(澆口杯中帶過濾網(wǎng))，通過機(jī)械手21用澆包倒入定量的鋁液，待鋁液從澆口杯中流完，取出澆口杯；2、起動(dòng)封堵油缸4快速下行(先快行3秒后慢行2秒)，對(duì)冒口進(jìn)行封堵；5～8秒后，啟動(dòng)氣體加壓系統(tǒng)加壓、保壓；如圖2所示，加壓程序?yàn)閯?dòng)作開始按下一個(gè)電開關(guān)，打開電磁閥12，同時(shí)要打開時(shí)間繼電器15、16。
①讓0.5kg/cm2壓力的氣體通過二位三通高壓球閥17進(jìn)入加壓室19。
②2秒以后時(shí)間繼電器15打開電磁閥13，通入2kg/cm2氣體。3秒后時(shí)間繼電器10打開電磁閥14，讓5kg/cm2壓力的氣體進(jìn)入加壓室19。
以上是加壓的最基本過程，加壓方式要根據(jù)鑄件的特點(diǎn)來設(shè)置。
如圖5所示，加壓壓力梯級(jí)曲線為0～2～5～20kg/cm2，全部加壓時(shí)間為0～9秒；結(jié)晶壓力為20kg/cm2，保壓壓力為20kg/cm2，20kg/cm2壓力下保壓時(shí)間為3～4秒。加壓規(guī)范可有多種形式。
3、對(duì)上、下模7、6按順序凝固的原則進(jìn)行冷卻先通過吹風(fēng)或加水霧冷卻上模芯輪緣部份，15秒以后下模芯開始噴水冷卻，噴水20秒以后停止噴水；所述車輪冷卻是采用水槽冷卻；所述車輪冷卻的補(bǔ)縮方向是從中間澆冒口通過輪輻向上下輪輞補(bǔ)縮。
4、停止冷卻同時(shí)，氣體加壓系統(tǒng)停止加壓并復(fù)原，準(zhǔn)備下一個(gè)澆注循環(huán)；5、已經(jīng)形成車輪的鑄件在鑄型中繼續(xù)冷卻30秒～1分鐘；(4)開型；對(duì)開側(cè)模5，然后起動(dòng)上模7，到允許高度以后，轉(zhuǎn)動(dòng)接件托盤8，到位以后，上模板7-1帶著上模芯繼續(xù)上升，將車輪頂出，轉(zhuǎn)出接件托盤8，將車輪取出冷卻；(5)清理車輪飛邊，并做車輪質(zhì)量評(píng)審，包括表面質(zhì)量、鑄型精度、加壓情況，并據(jù)此調(diào)整下一輪操作的工藝參數(shù)。
(6)X光檢查車輪是否有縮松、氣孔、夾渣等缺陷。
如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，其特征在于包括機(jī)座、頂模油缸、側(cè)模油缸、封堵油缸，四個(gè)所述側(cè)模油缸水平對(duì)稱設(shè)置在機(jī)座上，各個(gè)側(cè)模油缸分別與側(cè)模連接，四個(gè)側(cè)模之間的機(jī)座上相應(yīng)設(shè)有下模，側(cè)模、下模的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模；所述封堵油缸、頂模油缸分別設(shè)置在機(jī)座的上、下方，所述頂模油缸與上模的上模板連接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸與上模板之間還設(shè)置有接件托盤、機(jī)械手；所述上模設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；所述側(cè)模、上模、下模分別連接有冷卻系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，其特征在于所述加壓室加壓壓力為0～20kg/cm2，所述氣體加壓系統(tǒng)的氣源為壓縮空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，其特征在于所述冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)包括水、風(fēng)、氣，所述冷卻系統(tǒng)的設(shè)置為上輪緣及輪輞位置設(shè)置有水氣環(huán)形冷卻管；輪輞、輪輻熱節(jié)位置設(shè)置有噴水環(huán)形冷卻管；輪盤和冒口位置設(shè)置有分水錐。
4.采用權(quán)利要求1所述鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的汽車鋁合金車輪氣體壓力鑄造方法，其特征在于包括如下步驟和工藝條件(1)模具合型前，清理干凈各模具型腔，接好氣體加壓系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)；(2)組合鑄型，通過側(cè)模油缸對(duì)角推動(dòng)各個(gè)側(cè)模，快到位時(shí)，通過頂模油缸下行上模，到位以后再左右上下組合，確保到位；(3)在上模的冒口上放上澆口杯和過濾網(wǎng)，然后通過澆包進(jìn)行定量澆注，保證澆包和澆口杯的溫度為250～300℃；(4)澆注完后移走澆包、澆口杯，定量控制冒口的高度，使冒口的高度超過車輪上輪緣的高度；(5)封堵油缸快速下行，封堵澆口，在加壓室通入加壓氣體，保證鑄件在壓力下結(jié)晶凝固，上下鑄型按順序凝固程序進(jìn)行冷卻；(6)冷卻結(jié)束，切斷高壓氣源，先退側(cè)模，然后起動(dòng)上模帶著車輪上升，用接件托盤接住車輪然后送去冷卻；(7)清理車輪飛邊，并做車輪質(zhì)量評(píng)審，包括表面質(zhì)量、鑄型精度、加壓情況，并據(jù)此調(diào)整下一輪操作的工藝參數(shù)。(8)X光檢查車輪是否有缺陷，包括縮松、氣孔、夾渣。
全文摘要
本發(fā)明提供鋁合金車輪氣體壓力鑄造(AWGP)裝置及其鑄造方法，裝置包括機(jī)座、頂模油缸、側(cè)模油缸、封堵油缸，四個(gè)側(cè)模油缸水平對(duì)稱設(shè)置在機(jī)座上，各個(gè)側(cè)模油缸分別與側(cè)模連接，四個(gè)側(cè)模之間的機(jī)座上相應(yīng)設(shè)有下模，側(cè)模、下模的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模；封堵油缸、頂模油缸分別設(shè)置在機(jī)座的上、下方，頂模油缸與上模的上模板連接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸與上模板之間還設(shè)置有接件托盤；上模設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；側(cè)模、上模、下模分別與冷卻系統(tǒng)連接。本發(fā)明生產(chǎn)的汽車鋁合金車輪鑄件致密度、尺寸精度、光潔度高，機(jī)械性能好，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，投資少成本低，具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣前景。
文檔編號(hào)B22D18/02GK101028646SQ20071002735
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者張新穎, 劉熾亮 申請(qǐng)人:華泰鋁輪轂(泰安)有限公司