CN102806334A - 一种铝合金轮毂低压铸造模具及其浇注方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝合金轮毂低压铸造模具，包括上模、上模芯、左侧模、右侧模和下模，上模芯设在上模上，所述的上模、上模芯、左侧模、右侧模和下模组合后，形成铸造轮毂的铸造型腔，铸造型腔包括轮毂的轮辋处型腔、辐条处型腔，下模上设有分流锥，左侧模和右侧模上均设有一个浇口，浇口直接连通轮辋处型腔，下模板上设有浇口杯，浇口杯的上端与浇口连通，浇口杯的下端与插入到保温炉中的升液管连通。本发明还涉及采用该模具的浇注方法。将浇口设在侧模上，浇口与轮辋处型腔直接连通，当辐条薄时辐条的凝固时间缩短，随着铝液凝固时间的缩短金相组织也变得更加细密，从而可以提高机械性能，在满足轮毂的轻量化的同时，其机械性能也有了明显的提高。

Description

一种铝合金轮毂低压铸造模具及其浇注方法
技术领域
本发明涉及机械铸造技术领域，具体涉及一种铝合金轮毂低压铸造模具及其浇注方式。
背景技术
现有的铝合金车轮铸造模具的浇口设在下模的分流锥位置，参见图1，浇口设在分流锥8位置，并且每种尺寸的轮毂采用的浇口的尺寸和形状都是唯一确定的；采用该模具浇注轮毂的方法为中心浇注方法，此浇铸的冷却方法为按轮辋部位，辐条部位，安装面部位定向凝固，又因为辐条部位为铝水通向轮辋部位的重要供给通道，所以为了确保铝水能良好的流动只能对辐条部位进行加厚，现有的轮毂辐条的厚度普遍在15-20mm，尤其是现有的17寸轮毂，这无形中就加重了轮毂的重量，轮毂越重的话会使车的整体重量加重，从而油的损耗量会加大，车的速度会降慢，方向盘的灵敏度也会下降，因此需要采取重量较轻的铝合金轮毂，随着最近汽车行业对铝合金轮毂轻量化的要求越来越强烈，采用现有的中心浇铸方法已无法满足客户的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅能够提高轮毂的性能，并且能够满足轮毂轻量化要求的铝合金轮毂低压铸造模具及采用该模具的浇注方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种铝合金轮毂低压铸造模具，包括上模、上模芯、左侧模、右侧模和下模，上模芯设在上模上，所述的上模、上模芯、左侧模、右侧模和下模组合后，形成铸造轮毂的铸造型腔，铸造型腔包括轮毂的轮辋处型腔、辐条处型腔，下模上设有分流锥，左侧模和右侧模上均设有一个浇口，浇口直接连通轮辋处型腔，下模板上设有浇口杯，浇口杯的上端与浇口连通，浇口杯的下端与插入到保温炉中的升液管连通。
所述辐条处型腔的高度为9.5-10mm。
所述浇口内腔自下而上逐渐增大，采用此种结构使得铝液进入铸造型腔时更加顺畅。
采用上述铝合金轮毂低压铸造模具的浇注方法，包括如下步骤：
1）使铝液在压力作用下从保温炉进入升液管，直至到达升液管的顶部，但还未进入铸造型腔，此时的压力由0逐渐升至0.1-0.2kgf/cm2，升液阶段的时间为10-20s；
2）铝液平稳进入铸造型腔直到充满型腔，压力由0.1-0.2kgf/cm2升至0.2-0.250kgf/cm2，保持压力为0.2-0.250kgf/cm2，保压时间为8-15s；
3）在铝液充满铸造型腔时继续加大压力，压力由0.2-0.250kgf cm2升至0.35-0.40kgf/cm2，时间为20-25s；
4）保持压力为0.35-0.40kgf/cm2对型腔进行冷却，使轮毂成型凝固；
5）轮毂成型凝固后泄压，泄压后待模具自然冷却80-100s后开模，即得到轮毂。
步骤4)中的冷却方式采用水冷或者风冷。
本发明将浇口设在侧模上，浇口直接连通轮辋处型腔，浇口的大小及形状可以根据轮毂的尺寸、浇注液体和升液压力等进行任意调节；铝液从轮辋处型腔流入时，铝液从轮辋部位向前轮缘部位和安装面部位同时充型缩短了铝液流过辐条部位的时间；冷却时，从轮辋处向前轮缘及安装面处同时冷却缩短了冷却时间；并且本发明的辐条厚度设计成比现有的轮毂的辐条薄，由于辐条厚度变薄则辐条的凝固时间缩短；随着铝液凝固时间的缩短金相组织也变得更加细密，从而可以提高轮毂的机械性能。本发明能够在满足轮毂轻量化的同时，其机械性能也有了明显的提高。
附图说明
图1为本发明铸造模具的结构示意图；
图2为图1中的A部放大图；
图3为采用铸造模具浇注得到的轮毂；
图4为图3中轮辋和辐条部分的结构图；
图5a为图4中F部分现有轮毂的金相组织图；
图5b为图4中F部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图6a为图4中G部分现有轮毂的金相组织图；
图6b为图4中G部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图7a为图4中H部分现有轮毂的金相组织图；
图7b为图4中H部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图8a为图4中I部分现有轮毂的金相组织图；
图8b为图4中I部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图9a为图4中J部分现有轮毂的金相组织图；
图9b为图4中J部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图10a为图4中K部分现有轮毂的金相组织图；
图10b为图4中K部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图11a为图4中L部分现有轮毂的金相组织图；
图11b为图4中L部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图12a为图4中M部分现有轮毂的金相组织图；
图12b为图4中M部分本发明制备得到的轮毂的金相组织图；
图13为图3中轮辋和辐条部分的结构图。
具体实施方式
本发明中1kgf/cm2=98066.5Pa。
以下结合附图进一步说明本发明。
参见图1和图2，本发明的铝合金轮毂低压铸造模具，上模板3通过立柱18与基台连接板1相连，推料环4通过连接杆17与顶杆板2连接，上模14与上模板3连接，上模芯6与上模14连接，下模9与下模板10连接，左侧模5a和右侧模5b设在上模板3与下模板10之间，上模板3与下模板10之间设有立柱12，立柱12位于左侧模5a的左边，所述的上模14、上模芯6、左侧模5a、右侧模5b和下模9组合后，形成铸造轮毂的铸造型腔，铸造型腔包括轮毂的轮辋B处型腔、辐条D处型腔。上模14与下模9形成的辐条D处的型腔的高度为9.5-10mm。
下模9的中心位置设有分流锥8，分流锥8采用现有的分流锥，其与下模9之间采用螺栓连接，冷却时，通过往分流锥8中通入水或冷空气对轮毂的安装面E部分进行水冷或风冷。
左侧模5a和右侧模5b上分别设有浇口11a和11，浇口11a和11直接连通轮辋B处型腔，浇口内腔11a和11的形状自下而上逐渐增大，下模板10的左右两侧分别设有浇口杯7a和浇口杯7b，浇口杯7a的上端与浇口11a连通，其下端与升液管15a连通；浇口杯7b的上端与浇口11连通，其下端与升液管15b连通；升液管15a和升液管15b均插入保温炉16内。
采用本发明的铸造模具进行浇注时，铝液在压力的作用下从保温炉16进入升液管15a和15b，再进入浇口杯7a和7b，经浇口杯7a和7b进入侧模浇口11a和11，从浇口11a和11进料，然后从轮辋B处型腔进入铸造型腔进行充型，充型时从型腔的左侧方向上看，按B-C-D-E（即轮辋-轮辋与辐条的连接处-辐条处-安装面）的顺序进行填充，充型后再经过增压，保压，泄压3个阶段后，开模后得到轮毂。
本发明的侧模浇口11a和11的大小及形状可以根据轮毂的尺寸、浇注液体和升液压力等进行任意调节。
本发明的上述浇注方法中的工艺流程及参数如下：
1）使铝液在压力作用下从保温炉进入升液管，直至到达升液管的顶部，但还未进入铸造型腔，此时的压力由0逐渐升至0.1-0.2kgf/cm2，升液阶段的时间为10-20s；
2）铝液平稳进入铸造型腔直到充满型腔，压力由0.1-0.2kgf/cm2升至0.2-0.250kgf/cm2，保持压力为0.2-0.250kgf/cm2，保压时间为8-15s；
3）在铝液充满铸造型腔时继续加大压力，压力由0.2-0.250kgf cm2升至0.35-0.40kgf/cm2，时间为20-25s；
4）保持压力为0.35-0.40kgf/cm2对型腔进行冷却，使轮毂成型凝固；
5）轮毂成型凝固后泄压，泄压后待模具自然冷却80-100s后开模，即得到轮毂。
开模时，液压缸将基台连接板1向上抬起时将上模14（轮毂与上模一起抬起）与推料环4抬起，到一定高度以后，将顶杆板2向下压，通过连接杆17将推料,4向下压从而将轮毂从上模14上脱下。
以下结合实施例进一步说明本发明，以下实施例1和对比例1的浇注方法均是以17寸轮毂为例。
实施例1
铝液成分
Figure BDA00002077439700041
采用本发明的铸造模具，辐条处型腔的高度为9.5mm，其浇注时的工艺流程及参数如下：
1）使铝液在压力作用下从保温炉进入升液管，直至到达升液管的顶部，但还未进入铸造型腔，此时的压力由0逐渐升至0.1-0.2kgf/cm2，升液阶段的时间为10-20s；
2）铝液平稳进入铸造型腔直到充满型腔，压力由0.1-0.2kgf/cm2升至0.2-0.250kgf/cm2，保持压力为0.2-0.250kgf/cm2，保压时间为8-15s；
3）在铝液充满铸造型腔时继续加大压力，压力由0.2-0.250kgf cm2升至0.35-0.40kgf/cm2，时间为20-25s；
4）保持压力为0.35-0.40kgf/cm2对型腔进行冷却，使轮毂成型凝固；
5）轮毂成型凝固后泄压，泄压后待模具自然冷却80-100s后开模，即得到轮毂。
对比例1
铝液成分
Figure BDA00002077439700051
对比例1中所采用的铸造模具与本发明的铸造模具的区别点在于，对比例1中的铸造模具的浇口只有一个，设在下模的分流锥位置，且上模与下模形成的辐条处的型腔的高度为15mm；采用该模具进行浇注的方法即为现有技术中所称的中心浇注方法。
采用中心浇注方法浇注时的工艺流程及参数如下：
1）使铝液在压力作用下从保温炉进入升液管，直至到达升液管的顶部，但还未进入模具型腔，此时的压力由0逐渐升至0.18-0.2kgf/cm2，升液阶段的时间为20-30s；
2）铝液平稳进入模具型腔直到充满型腔，压力由0.18-0.2kgf/cm2升至0.35-0.45kgf/cm2，保持压力为0.35-0.45kgf/cm220-25s；
3）在铝液充满模具型腔时继续加大压力，压力由0.35-0.45kgfcm2升至0.85-0.9kgf/cm2，时间为50-65s；
4）在在保持最高压力0.85-0.90kgf/cm2下使轮毂成型凝固
5）轮毂形成后泄压，泄压后待模具自然冷却100-120s后开模，得到轮毂。
图3为浇注得到的轮毂，实施例1与对比例1制备得到的轮毂形状的区别仅在于辐条的厚度，图4为图3中的轮毂的轮辋和辐条处的结构示意图。
以下对实施例1和对比例1分别得到的轮毂进行各项性能的检测。
表1为图4中轮辋与辐条各个部分的布氏硬度试验数据，本发明的布氏硬度采用KING布氏硬度计进行测量。
表1
Figure BDA00002077439700061
图5至图12为图4中轮辋与辐条中的F、G、H、I、J、K、L、M部位的金相组织图，放大倍数：200x。从图5至图12可以看出，实施例1中轮毂各部分的金相组织比对比例1中的金相组织显得更加细密。
表2为图13中内法兰部分N、辐条部分P、外凸缘部分O的性能数据。
表2
Figure BDA00002077439700071
从表2可以看出，轮毂中的内法兰、辐条、外凸缘部位的抗拉强度、屈服强度以及延伸率均得到了明显的提高。
表3为是实施例1与对比例1的信赖性试验数据
表3
  对比例1  实施例1
  13°冲击试验   730kg  1035kg
  疲劳试验   84万（圈数）  200万（圈数）
  径向试验   6000km  23000km
13°冲击试验为轮毂试验中最重要的一个试验，从表3中可以看出，使用本发明模具浇注出来的轮毂的性能得到了很大的提高了。
从上述试验结果可以看出双浇口浇铸方法铸造出来的轮毂比中心浇铸方法铸造出来的轮毂组织上，机械性能上，信赖性试验上都有相对大的提高从而可以满足客户的轻量化要求。

Claims (5)

1.一种铝合金轮毂低压铸造模具，包括上模、上模芯、左侧模、右侧模和下模，上模芯设在上模上，所述的上模、上模芯、左侧模、右侧模和下模组合后，形成铸造轮毂的铸造型腔，铸造型腔包括轮毂的轮辋处型腔、辐条处型腔，其特征在于下模上设有分流锥，左侧模和右侧模上均设有一个浇口，浇口直接连通轮辋处型腔，下模板上设有浇口杯，浇口杯的上端与浇口连通，浇口杯的下端与插入到保温炉中的升液管连通。
2.根据权利要求1所述的低压铸造模具，其特征在于所述辐条处型腔的高度为9.5-10mm。
3.根据权利要求1或2所述的低压铸造模具，其特征在于所述浇口内腔自下而上逐渐增大。
4.采用上述任一权利要求所述的铝合金轮毂低压铸造模具的浇注方法，其特征在于包括如下步骤：
1）使铝液在压力作用下从保温炉进入升液管，直至到达升液管的顶部，但还未进入铸造型腔，此时的压力由0逐渐升至0.1-0.2kgf/cm2，升液阶段的时间为10-20s；
2）铝液平稳进入铸造型腔直到充满型腔，压力由0.1-0.2kgf/cm2升至0.2-0.250kgf/cm2，保持压力为0.2-0.250kgf/cm2，保压时间为8-15s；
3）在铝液充满铸造型腔时继续加大压力，压力由0.2-0.250kgf/cm2升至0.35-0.40kgf/cm2，时间为20-25s；
4）保持压力为0.35-0.40kgf/cm2对型腔进行冷却，使轮毂成型凝固；
5）轮毂成型凝固后泄压，泄压后待自然冷却80-100s后开模，即得到轮毂。
5.根据权利要求4所述的浇注方法，其特征在于步骤4)中的冷却方式采用水冷或者风冷。
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