CN100519002C - 铝合金车轮气体压力铸造装置及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供铝合金车轮气体压力铸造(AWGP)装置及其铸造方法，装置包括机座、顶模油缸、侧模油缸、封堵油缸，四个侧模油缸水平对称设置在机座上，各个侧模油缸分别与侧模连接，四个侧模之间的机座上相应设有下模，侧模、下模的上侧相应设置有上模；封堵油缸、顶模油缸分别设置在机座的上、下方，顶模油缸与上模的上模板连接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸与上模板之间还设置有接件托盘；上模设置有加压室，加压室外接有气体加压系统；侧模、上模、下模分别与冷却系统连接。本发明生产的汽车铝合金车轮铸件致密度、尺寸精度、光洁度高，机械性能好，设备工艺简单实用，投资少成本低，具有较好的生产应用价值和市场推广前景。

Description

铝合金车轮气体压力铸造装置及其铸造方法

技术领域

本发明涉及汽车铝轮铸造技术，具体是指铝合金车轮气体压力铸造(Aluminium Wheel Gas-Pressure Casting Process，简称AWGP)装置及其铸造方法。

背景技术

目前，汽车铝合金车轮的需求越来越大，产量越来越高，生产技术日趋完善，车轮制造成形方法有板材成形、锻造和铸造成形，其中铸造成形方法用得最多，占95％，其成本低，适用范围广，最具有竞争力。铸造材料普遍使用A356铝合金。

目前，生产汽车铝合金车轮的主要工艺方法有金属型重力铸造，低压铸造，差压铸造和挤压铸造等方法。

金属型重力浇注时，铝液依靠重力流动充填铸型，所以称为重力铸造，铝液充满铸型结晶凝固时为了获得比较致密铸件，往往要采用冒口来补缩。纵然这样，一般金属型铸件的致密度不如低压铸造，缺陷多属显微疏松。金属型重力铸造的金属收得率只有(40％)，金属的利用率比较低，力学性能一般。目前普遍的认为金属型的铸型费用只有低压铸型费用的1/3。金属型工艺，成品率高(90～94％)，成本低。金属型重力铸造有两种浇注方式中心浇注和边浇方式。对于中心浇注，铝液充型时冲击较大，容易二次氧化夹杂；浇口开在车轮的安装盘位置，造成安装盘凝固慢，结晶晶粒粗大，材料的力学性能低。而对于边浇，浇注系统消耗的铝液多；模具温度场分布不均，不符合顺序凝固条件；浇口部位容易出现疏松废品；车轮轮辋容易出现漏气缺陷。

低压铸造的工艺特点是在压力下结晶，组织致密，力学性能比重力铸造的好；不用冒口，浇口也很小，所以金属的利用率高，但低压铸造必须严格的掌握加压规范，控制好顺序凝固的温度场，对操作手素质要求极高，并且综合影响因素多，工艺难点多，不易控制和操作，因此产品废品率较高。

差压铸造又称“反压铸造”，是液体金属在压差的作用下填充到预先有一定压力的铸型中，进行结晶，凝固而获得铸件的一种工艺方法。但对生产汽车车轮来说：设备的操作维修比较复杂，每次操作都必须保证上下筒体的密封，消耗大量的压缩空气；工艺比较复杂，很难准确的执行，浇注以前看不见模具的组合情况，浇注时跑火，操作手常常不知道，因压力比较高，跑火止不住，后果很严重。筒体里的铸型冷却时，漏风漏水，操作手也不知道；差压的充型过程，像低压铸造一样，是在上下筒体进入高压的情况下产生一条充型的压力曲线，要实现稳定性和再现性，难度比较大，操作手的素质要求比较高。虽然差压铸造工艺生产的铝车轮质量比较好，可是很难掌握差压铸造工艺，因此许多工厂都不采用此铸造方法。

挤压铸造，也称“液态模锻”，是对进入挤压铸型型腔内的液态金属施加较高的机械压力，使其成形和凝固，从而获得铸件的一种工艺方法。但目前使用挤压铸造工艺无法生产出复杂的铸件。

综上所述，金属型铸造工艺比较简单，成本较低，而强度性能略逊一筹。而其它各种工艺方法制造的车轮，在强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，就是在过程中采用压力，让金属在压力下结晶，这是当前提高车轮质量最实用的途径。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点和不足之处，本发明提供铝合金车轮气体压力铸造(AWGP)装置，其设备工艺简单实用，投资少成本低。

本发明的目的还在于提供采用上述铝合金车轮气体压力铸造(AWGP)装置的铝合金车轮气体压力铸造方法，其铸件致密度高、尺寸精度高、光洁度比较好，机械性能好。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本铝合金车轮气体压力铸造(AWGP)装置，包括机座、顶模油缸、侧模油缸、封堵油缸，四个所述侧模油缸水平对称设置在机座上，各个侧模油缸分别与侧模连接，四个侧模之间的机座上相应设有下模，侧模、下模的上侧相应设置有上模；所述封堵油缸、顶模油缸分别设置在机座的上、下方，所述顶模油缸与上模的上模板连接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸与上模板之间还设置有接件托盘、机械手；所述上模设置有加压室，加压室外接有气体加压系统；所述侧模、上模、下模分别连接有冷却系统。

所述加压室加压压力为0～20kg/cm²，所述气体加压系统的气源为压缩空气，也可以采用瓶装的高压氩气、氮气，但不如压缩空气方便、稳定。

所述冷却系统的冷却介质包括水、风、气，所述冷却系统的设置为：上轮缘及轮辋位置设置有水气环形冷却管；轮辋与轮辐热节位置设置有喷水环形冷却管；轮盘和冒口位置设置有分水锥。

采用上述汽车铝合金车轮装置的汽车铝合金车轮气体压力铸造方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)模具合型前，清理干净各模具型腔，接好气体加压系统与冷却系统；

(2)组合铸型，通过侧模油缸对角推动各个侧模，快到位时，通过顶模油缸下行上模，到位以后再左右上下组合，确保到位；

(3)在上模的冒口上放上浇口杯和过滤网，然后通过浇包进行定量浇注，保证浇包和浇口杯的温度为250～300℃；

(4)浇注完后移走浇包、浇口杯，定量控制冒口的高度，使冒口的高度超过车轮上轮缘的高度；

(5)封堵油缸快速下行，封堵浇口，在加压室通入加压气体，保证铸件在压力下结晶凝固，上下铸型按顺序凝固程序进行冷却；

(6)冷却结束，切断高压气源，先退侧模，然后起动上模带着车轮上升，用接件盘接住车轮然后送去冷却；

(7)清理车轮飞边，并做车轮质量评审，包括表面质量、铸型精度、加压情况，并据此调整下一轮操作的工艺参数；

(8)X光检查车轮是否有缩松、气孔、夹渣等缺陷。

本发明相对于现有技术，具有如下优点及效果：

(1)在压力下结晶凝固，金属液增加了对气体的溶解度，也抑制了气体的析出，铸件组织致密，缩松和针孔少，加工后的光洁度好，尺寸精度高；

(2)有利于热传导(金属型温度250℃～350℃)使金属产生细晶粒的结构；合金的机械性能得到改善，和一般金属型铸件比较，机械性能提高20～30％，有些合金能接近锻件的标准，可以减轻车轮重量，节约金属；

(3)无论是氩气、空气在加压时，都不会进入铸件中，加压的方法简单有效，范围较宽，根据车轮的要求，加压范围可为1～20kg/cm²，模具的结构要相对的加强；

(4)和低压铸造比，它的工艺敏感度差。低压铸造的加压规范非常敏感的影响着铸件质量，本发明的加压规范，几乎是固定不变，谁都能操作。不用专用的保温炉，生产用设备可以采用高水平的机械化自动化，所用挤铸机新颖，实用，和金属型浇铸机相似，但结构要加强。

(5)设备工艺简单实用，投资少成本低，工艺准备和工艺过程和金属型工艺相同，只是多一个封堵加压工序，整个工艺过程简单，容易操作。

附图说明

图1是本发明铝合金车轮气体压力铸造装置的结构示意图；

图2是本发明铝合金车轮气体压力铸造装置的气体加压系统线路示意图；

图3是本发明铝合金车轮气体压力铸造装置的冷却系统结构示意图；

图4是本发明铝合金车轮气体压力铸造方法的工艺流程框图；

图5是本发明铝合金车轮气体压力铸造方法的加压曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例子及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本铝合金车轮气体压力铸造装置，包括机座1、顶模油缸2、侧模油缸3、封堵油缸4，四个所述侧模油缸3水平对称设置在机座1上，各个侧模油缸3分别与侧模5连接，四个侧模5之间的机座1上相应设有下模6，侧模5、下模6的上侧相应设置有上模7；所述封堵油缸4、顶模油缸2分别设置在机座1的上、下方，所述顶模油缸2与上模7的上模板7-1连接，且封堵油缸4位于上模板7-1的上方，封堵油缸4与上模板7-1之间还设置有接件托盘8、机械手21；所述上模7设置有加压室，加压室外接有气体加压系统；所述侧模5、上模7、下模6分别连接有冷却系统。

如图1所示，本装置的主要技术参数如下

(1)轮廓尺寸：

长×宽×高＝2341×1176×4815mm

四立柱间距＝1431×586mm

侧缸行程：Max＝780mm，Min＝480mm

上模板主缸行程：1100mm

(2)各油缸的主要参数：

1、封堵油缸：推力125600N

侧模油缸：推力321700N

顶模油缸：推力341946N

缸在下部受拉力350600N

2、顶模开合高度：

上下模板间距H＝1680mm

顶模油缸行程1100mm

3、侧模油缸行程：

侧模背板至中心：最小尺寸：13～15”320

最大尺寸：28”425

所述气体加压系统线路如图2所示，由三联件9，减压阀4、5，电磁阀12、13、14，时间继电器15、16，二位三通高压球阀17、18，加压室19等相连接组成；所述加压室19为1000cm³，加压压力为0～20kg/cm²，所述气体加压系统的气源为一般的压缩空气。

所述冷却系统的冷却介质包括水、风、气，如图3所示，所述冷却系统的的设置为：上轮缘及轮辋位置设置有水气环形冷却管20、21；轮辋、轮辐热节位置设置有喷水环形冷却管22、23；轮盘和冒口位置设置有分水锥24。

如图4所示，采用本铝合金车轮气体压力铸造装置，按以下步骤进行铝合金车轮气体压力铸造：

(1)准备工作，包括：

1、准备铝液，在保温炉中的铝液经过除气，除渣，静止，温度保持在700～710℃，测氢度在2.6以上；记上炉号、化学成份、变质程度，并准备六氯乙烷(炉料总量的0.3％)；

2、浇包和浇口杯喷好涂料，并在保温炉中保温250～300℃；

3、设定气体加压系统的加压程序，以及顶模油缸2、封堵油缸4、侧模油缸5的运行速度及额定推力；

如图2所示，①手动转动二位三通高压球阀17，接通5kg/cm²气源，切断20kg/cm²通路。

②将三联件9的减压阀调压到5kg/cm²。减压阀10的压力调到0.5kg/cm²，减压阀11的压力调到2kg/cm²。

③调好时间继电器15为2秒，调好时间继电器16为3秒。

4、准备模具，其中，涂料是水剂胶体石墨或水剂白涂料，可采用型号为T800，冒口喷保温涂料34#厚度0.1～0.2mm，浇注前冒口温度要保持380～400℃；

5、将喷好涂料的模具组装，进炉加热，至380～400℃保温4～6小时出炉，上机组装好模具；

(2)开机合型；步骤包括：

1、用压缩空气将上、下模7、6及侧模5、冒口吹干净；

2、先合侧模5，后合上模7，合型时所述各个侧模5之间的缝隙为0～0.5mm，检查冒口法兰是否干净；

3、检查进气口是否被堵塞。

(3)浇注成型，包括：

1、将浇口杯放入模具的冒口中(浇口杯中带过滤网)，通过机械手21用浇包倒入定量的铝液，待铝液从浇口杯中流完，取出浇口杯；

2、起动封堵油缸4快速下行(先快行3秒后慢行2秒)，对冒口进行封堵；5～8秒后，启动气体加压系统加压、保压；

如图2所示，加压程序为：

动作开始：按下一个电开关，打开电磁阀12，同时要打开时间继电器15、16。

①让0.5kg/cm²压力的气体通过二位三通高压球阀17进入加压室19。

②2秒以后时间继电器15打开电磁阀13，通入2kg/cm²气体。3秒后时间继电器10打开电磁阀14，让5kg/cm²压力的气体进入加压室19。

以上是加压的最基本过程，加压方式要根据铸件的特点来设置。

如图5所示，加压压力梯级曲线为0～2～5～20kg/cm²，全部加压时间为0～9秒；结晶压力为20kg/cm²，保压压力为20kg/cm²，20kg/cm²压力下保压时间为3～4秒。加压规范可有多种形式。

3、对上、下模7、6按顺序凝固的原则进行冷却：先通过吹风或加水雾冷却上模芯轮缘部份，15秒以后下模芯开始喷水冷却，喷水20秒以后停止喷水；所述车轮冷却是采用水槽冷却；所述车轮冷却的补缩方向是从中间浇冒口通过轮辐向上下轮辋补缩。

4、停止冷却同时，气体加压系统停止加压并复原，准备下一个浇注循环；

5、已经形成车轮的铸件在铸型中继续冷却30秒～1分钟；

(4)开型；对开侧模5，然后起动上模7，到允许高度以后，转动接件托盘8，到位以后，上模板7-1带着上模芯继续上升，将车轮顶出，转出接件托盘8，将车轮取出冷却；

(5)清理车轮飞边，并做车轮质量评审，包括表面质量、铸型精度、加压情况，并据此调整下一轮操作的工艺参数。

(6)X光检查车轮是否有缩松、气孔、夹渣等缺陷。

如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims (4)

1、铝合金车轮气体压力铸造装置，其特征在于：包括机座、顶模油缸、侧模油缸、封堵油缸，四个所述侧模油缸水平对称设置在机座上，各个侧模油缸分别与侧模连接，四个侧模之间的机座上相应设有下模，侧模、下模的上侧相应设置有上模；所述封堵油缸、顶模油缸分别设置在机座的上、下方，所述顶模油缸与上模的上模板连接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸与上模板之间还设置有接件托盘、机械手；所述上模设置有加压室，加压室外接有气体加压系统；所述侧模、上模、下模分别连接有冷却系统。

2、根据权利要求1所述铝合金车轮气体压力铸造装置，其特征在于：所述加压室加压压力为0～20kg/cm²，所述气体加压系统的气源为压缩空气。

3、根据权利要求1所述铝合金车轮气体压力铸造装置，其特征在于：所述冷却系统的冷却介质包括水、风、气，所述冷却系统的设置为：上轮缘及轮辋位置设置有水气环形冷却管；轮辋、轮辐热节位置设置有喷水环形冷却管；轮盘和冒口位置设置有分水锥。

4、采用权利要求1所述铝合金车轮气体压力铸造装置的汽车铝合金车轮气体压力铸造方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

(1)模具合型前，清理干净各模具型腔，接好气体加压系统与冷却系统；

(2)组合铸型，通过侧模油缸对角推动各个侧模，快到位时，通过顶模油缸下行上模，到位以后再左右上下组合，确保到位；

(3)在上模的冒口上放上浇口杯和过滤网，然后通过浇包进行定量浇注，保证浇包和浇口杯的温度为250～300℃；

(4)浇注完后移走浇包、浇口杯，定量控制冒口的高度，使冒口的高度超过车轮上轮缘的高度；

(5)封堵油缸快速下行，封堵浇口，在加压室通入加压气体，保证铸件在压力下结晶凝固，上下铸型按顺序凝固程序进行冷却；

(6)冷却结束，切断高压气源，先退侧模，然后起动上模带着车轮上升，用接件托盘接住车轮然后送去冷却；

(7)清理车轮飞边，并做车轮质量评审，包括表面质量、铸型精度、加压情况，并据此调整下一轮操作的工艺参数；

(8)X光检查车轮是否有缺陷，包括缩松、气孔、夹渣。

Images