CN103084559A - 二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法与锻造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法与锻造设备，按照以下步骤⑴原料熔炼；⑵保温存放；⑶熔汤除气；⑷熔汤注入下模具；⑸主活塞加压及保压；⑹辅助活塞加压及保压；⑺开模；⑻产品转运及存放；⑼模具冷却，循环进行。本发明可以提升产品质量，减少熔汤用量，而且二次锻造进一步改善金属的内部组织细化晶粒，提升产品机械性能、抗拉性能等综合性能提升，缩短产品的生产时间，增加产量，提高生产效率，提升产品的出厂合格率。
Description
技术领域
本发明属于车轮锻造领域，尤其是一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法与锻造设备。
背景技术
锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。铸造类型包括：重力铸造(Gravity die casting)、低压铸造(Low pressure die casting)以及真空铸造(Vacuum die casting)，这些铸造方法在生产中因为熔汤凝固速度慢，容易造成缩孔及气体进入等情况发生，导致产品的机械性能差异很大。而且，因为模具温度过低及熔汤的注入速度等因素，始终制约着产品的成型形状和厚度。为了弥补这些铸造方法的不足，开始了大量的“锻造方式的铸造方法”的研究。熔汤锻造是使熔汤在高压的状态下凝固的熔汤锻造方法，可以使产品的组织更加的紧密，提高产品的机械性能，同时适用于进行大批量的生产。
目前，车轮主要是采用低压铸造的方法生产，如果将熔汤锻造的方法应用于锻造车轮，由于车轮中心部位的中心孔和螺栓孔位置最为重要，压力或冲击力集中的话，可能会造成车轮中心部位的破损，并且在锻造车轮的中心螺栓孔的内侧中心位置也较容易发生缩孔的情况。目前可以采用增加熔汤的使用量来解决缩孔的情况，但是效果并不理想，而且用量不易控制统一，造成生产浪费原料，成本较高。
而且，采用熔汤锻造生产其相关配套工艺的配合度也十分重要，主要包括模具的冷却，铝液的注入方式，脱模剂的投放，对成品的搬运转移等。目前，这些辅助的工艺步骤之间的承接连续性较差，需要多名工人进行调度及操作，生产时间较长，效率较低，而且耗费人力。
经过检索发现以下相关技术文献：
一种三步法铝合金轮毂生产方法（CN102744570A），依次包括将铝合金棒料切割成胚料步骤、清洗胚料去除油污步骤、加热保温胚料步骤，所述加热保温胚料步骤之后依次包括如下步骤：粗锻胚料：把胚料放入压力机的用于粗锻的锻造模具中，将胚料镦粗为旋压胚型；旋压：把旋压胚型放入旋压机上的旋压模具中，将旋压胚型旋压为轮毂粗型；精锻：把轮毂粗型放入压力机的用于精锻的锻造模具中，将轮毂粗型精打成型为轮毂。本方法所具有的优点是：在保证产品质量和成本较低的前提下，对旋压机行程的要求较小。本发明还公开了该方法中所用锻造模具和旋压模具。
一种能改变毛坯性能且使成型后的封头性能比毛坯性能大大提高的封头锻造工艺（CN102699246A），采用半圆形窄砧作为上模具和槽形尺寸与封头外形尺寸相当的凹模作为下模具对圆柱形毛坯进行锻造，将毛坯放入凹模上的槽内，然后将窄砧中心线与毛坯的中心线对直并驱动窄砧下压，每下压一次完成后，驱动凹模带动毛坯旋转一个角度β后再驱动窄砧下压毛坯，直至封头成型。其优点是：通过研究逐步循环等量下压锻造工艺，通过分析窄砧宽度，旋转角等对金属的流动和成形力的影响，选择了合理工艺参数，能够制造出大型厚壁封头，窄砧的锻压使毛坯的金属流动，改善金属的内部组织细化晶粒，封头的综合性能提高。
一种直接加压式熔液锻造装置（CN202621888U），包括上体部分和下体部分；所述上体部分包括主活塞和主活塞的左右边的辅助活塞，主活塞和辅助活塞的下部安装有滑动台，滑动台的下部安装有上连接板，上连接板上连接着上部模具组件，上部模具组件随着主活塞下降，随着辅助活塞上升；所述下体部分包括下部支承底座和设置在下部支承底座上的下部活塞，下部活塞上固定着下部模具组件，下部模具组件随着下部活塞完成加压及升降。本发明的熔液锻造是用上下直接加压的方式，跟原来的间接加压方式比较，设备简单，机器本身的制作费用和模具费用大幅度的减少，同时制造的产品在生产耗时、抗拉强度、密度、延伸率等方面有明显的优越性。
一大型盘类件的旋转锻造方法及锻造装置（CN101862807B），该方法包括锻造模具的设计、坯料准备、预锻分流槽、定位坯料和分步旋转锻造，并且基于该方法本发明提出了一种可以实现上锻模和下模具相对旋转的锻造装置，通过上锻模和下模具的旋转锻造来对盘类工件进行局部的渐进成形。为了对锻造过程中金属的流动进行控制，在旋转锻造前加入了分流槽预锻造工步。并且，针对旋转锻造过程中工件翘曲现象，提出了采用特殊结构的上锻模。该成形方法成形载荷低，模具简单加工费用低，可以很大程度的降低目前大型盘类件的制造成本。
经过对比，以上已公开的技术与本专利申请存在较大不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法与锻造设备，可以提升产品质量，减少熔汤用量，提升产品机械性能，提升生产效率。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，其特征在于：按照以下步骤：
⑴原料熔炼：将原料在熔炼炉中进行熔炼，原料经过熔炼后获得锻造所需的熔汤；
⑵保温存放：熔汤存放在敞口的保温炉内，温度保持在760℃；
⑶熔汤除气：保温炉内下部安装有无限内循环除气设备，对保温炉内的熔汤进行循环除气；
⑷熔汤注入下模具：由专用机械手驱动舀勺从敞口的保温炉内舀取熔汤，舀勺内由溶液高度测量装置控制舀取的熔汤量，机械手移动并将熔汤注入下模具内，熔汤在在重力作用下流入下模具的型腔内，熔汤注入温度在710℃-730℃之间，完成后机械手退出并回归原位；
⑸主活塞加压及保压：主活塞带动上模具下降与下模具闭合，所述上模具与下模具之间形成待加工的车轮形模具型腔，并保持压力等待产品初步成型，在熔汤温度达到555℃~610℃，产品呈现半凝固状态时开始进行主活塞加压；
⑹辅助活塞加压及保压：利用主活塞内部的辅助压力系统针对车轮中心位置及螺栓孔的范围进行二次加压；
⑺开模：模具冷却，当产品完全凝固，凝固点温度555℃，完成产品的锻造，主活塞向上移动，同时安装在下模具下端的顶出机构将下模具顶出，产品与模具脱离；
⑻产品转运及存放：产品抓取机械手取下产品，移送到预设的产品存放位置；
⑼模具冷却：产品运走后，向模具内喷洒脱模剂，主活塞带动上模具上升至顶部，下模具回归至作业状态，冷却完成，等待熔汤再次注入。
而且，所述步骤⑴至步骤⑼依次循环进行。
而且，所述步骤⑴至步骤⑶中熔炼炉和保温炉位置由高到低设置，熔汤自动流动。
而且，所述步骤⑸中的主活塞加压的压力为3000吨。
而且，所述步骤⑹辅助活塞加压的压力为1500吨。
一种实现权利要求1所述锻造方法的锻造设备，包括基座、立柱、上平台、主活塞以及下平台，基座上对称固装有四个竖直的立柱，该四个立柱顶端共同水平安装有一上平台，该上平台中部竖直同轴安装有一由主液压系统控制进行上、下移动的主活塞，主活塞下端安装有上模具板，该上模具板下平面同轴安装上模具；在上模具板下方所对应的基座上安装有下平台，下平台上同轴安装有下模具，其特征在于：所述主活塞下端内部同轴安装有一由辅助压力系统控制的辅助活塞，该辅助活塞下端固装用于锻压车轮的中心部位的中心模块。
而且，所述四个立柱内侧均制有与上模具板四角滑槽配合的限位滑轨。
而且，所述下模具下端的基座内同轴安装有一顶出机构，该顶出机构由液压驱动。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明是往下模具中注入熔汤后，与之对应的上模具下降到指定位置，使熔汤按照上、下模具之间的型腔内成型，并对成型的凝固的熔汤进行两阶段以上加压/锻造来制作产品，由于对于螺栓孔及中心部位进行二次锻造，避免螺栓孔与中心部位在过大的压力与冲击力的作用下受到损坏，同时又保证其达到机械性能要求。
2、本方法与高压铸造相比同为液态，液体充型速度快，但高压充型后需要保持高压，再对产品进行冷却，从而生产出产品，而本方法是先利用液态的流动性进行充型，冷却至半凝固状态进行锻造，锻造同时再冷却至凝固点以下，基本不需要进行保压，比高压铸造节省了时间，同时机械性能要远超越高压铸造，具有成型速度快，产品性能高的优点。
3、本方法与常规锻造对比，本方法的最大压力为3000吨，而常规的锻造则需要8000吨的压力，采用本方法在能源消耗上比普通锻造节省的多，而且液态充型速度快，时间少，生产节拍明显快于常规锻造，而且在锻造时半凝固的可塑性比固体要好的多，不容易产生反弹。
4、本发明对车轮的中心部位进行二次锻造，更容易使中心的螺栓孔和中心孔周边部位形成一个整体，提升产品的机械性能、抗拉强度，提升车轮质量，而且本发明是对车轮的中心部位增加了锻造，使得这部位的厚度更加的薄，减少熔汤的使用量，而且二次锻压有效避免了缩孔问题的发生，提升产品质量。
5、本发明可以提升产品质量，减少熔汤用量，而且二次锻造进一步改善金属的内部组织细化晶粒，提升产品机械性能、抗拉性能等综合性能提升，缩短产品的生产时间，增加产量，提高生产效率，提升产品的出厂合格率。
附图说明
图1为本发明锻造设备的立体结构示意图；
图2为本发明的中轴剖视结构示意图；
图3为图2中的A部局部放大示意图：
图4为本发明开模状态中剖结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，按照以下步骤：
⑴原料熔炼：将原料在熔炼炉中进行熔炼，原料经过熔炼后获得锻造所需的熔汤；
⑵保温存放：熔汤存放在敞口的保温炉内，温度保持在760℃；
⑶熔汤除气：保温炉内下部安装有无限内循环除气设备，对保温炉内的熔汤进行循环除气；
所述熔炼炉和保温炉位置由高到低设置，熔汤的熔炼、除气、保温自动进行；
⑷熔汤注入下模具：由专用机械手驱动舀勺从敞口的保温炉内舀取熔汤，舀勺内由溶液高度测量装置控制舀取的熔汤量，机械手移动并将熔汤注入下模具内，熔汤在在重力作用下流入下模具的型腔内，熔汤注入温度在710℃-730℃之间，完成后机械手退出并回归原位；
⑸主活塞加压及保压：主活塞带动上模具下降与下模具闭合，所述上模具与下模具之间形成待加工的车轮形模具型腔，并保持压力等待产品初步成型，操作人员根据周边环境温度检测结果选择系统步骤，在熔汤温度达到555℃~610℃，即产品呈现半凝固状态时开始进行主活塞加压，此为一次加压，加压压力为3000吨；
⑹辅助活塞加压及保压：利用主活塞内部的辅助压力系统针对车轮中心位置进行二次加压，设定加压压力为1500吨，二次加压为小范围专对产品中心位置的加压，可以有效保证产品的中心部位的机械性能，防止缩孔等情况发生；同时，产品中心部位的厚度变薄，中心部位的原料向周边移动。
⑺开模：模具冷却，当产品完全凝固，凝固点温度555℃，完成产品的锻造，主活塞向上移动，同时安装在下模具下端的顶出机构将下模具顶出，使产品与模具脱离；
⑻产品转运及存放：产品抓取机械手自动取下产品，移送到预设的产品存放位置；
⑼模具冷却：产品运走后，向模具内喷洒脱模剂，主活塞带动上模具上升至顶部，下模具回归至作业状态，冷却完成，等待熔汤再次注入。
循环以上步骤。
一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造设备，包括基座7、立柱5、上平台2、主活塞1、下平台6，基座上对称固装有四个竖直的立柱，该四个立柱顶端共同水平安装有一上平台，该上平台中部竖直同轴安装有一由主液压系统控制进行上、下移动的主活塞，主活塞下端安装有上模具板4，该上模具板下平面同轴安装上模具9；在上模具板下方所对应的基座上安装有下平台，下平台上同轴安装有下模具10。
为了保证上模具板上、下移动的同轴度及稳定性，所述四个立柱内侧均制有与上模具板四角所制滑槽（图中未标号）相配合的限位滑轨3。
所述主活塞下端内部同轴安装有一由辅助压力系统控制的辅助活塞8，该辅助活塞下端固装用于锻压车轮的中心部位的中心模块11，二次加压时，主活塞到达锻压到位并停止移动，所述辅助活塞驱动中心模块对车轮的中心部位进行二次锻压。
为了便于开模时使产品脱模，所述下模具下端的基座内同轴安装有一竖直向上用于顶出产品的顶出机构12，该顶出机构由液压驱动。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (8)
1.一种二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，其特征在于：按照以下步骤：
⑴原料熔炼：将原料在熔炼炉中进行熔炼，原料经过熔炼后获得锻造所需的熔汤；
⑵保温存放：熔汤存放在敞口的保温炉内，温度保持在760℃；
⑶熔汤除气：保温炉内下部安装有无限内循环除气设备，对保温炉内的熔汤进行循环除气；
⑷熔汤注入下模具：由专用机械手驱动舀勺从敞口的保温炉内舀取熔汤，舀勺内由溶液高度测量装置控制舀取的熔汤量，机械手移动并将熔汤注入下模具内，熔汤在在重力作用下流入下模具的型腔内，熔汤注入温度在710℃-730℃之间，完成后机械手退出并回归原位；
⑸主活塞加压及保压：主活塞带动上模具下降与下模具闭合，所述上模具与下模具之间形成待加工的车轮形模具型腔，并保持压力等待产品初步成型，在熔汤温度达到555℃~610℃，产品呈现半凝固状态时开始进行主活塞加压；
⑹辅助活塞加压及保压：利用主活塞内部的辅助压力系统针对车轮中心位置及螺栓孔的范围进行二次加压；
⑺开模：模具冷却，当产品完全凝固，凝固点温度555℃，完成产品的锻造，主活塞向上移动，同时安装在下模具下端的顶出机构将下模具顶出，产品与模具脱离；
⑻产品转运及存放：产品抓取机械手取下产品，移送到预设的产品存放位置；
⑼模具冷却：产品运走后，向模具内喷洒脱模剂，主活塞带动上模具上升至顶部，下模具回归至作业状态，冷却完成，等待熔汤再次注入。
2.根据权利要求1所述的二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，其特征在于：所述步骤⑴至步骤⑼依次循环进行。
3.根据权利要求1所述的二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，其特征在于：所述步骤⑴至步骤⑶中熔炼炉和保温炉位置由高到低设置，熔汤自动流动。
4.根据权利要求1所述的二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，其特征在于：所述步骤⑸中的主活塞加压的压力为3000吨。
5.根据权利要求1所述的二次加压熔汤锻造车轮的锻造方法，其特征在于：所述步骤⑹辅助活塞加压的压力为1500吨。
6.一种实现权利要求1所述锻造方法的锻造设备，包括基座、立柱、上平台、主活塞以及下平台，基座上对称固装有四个竖直的立柱，该四个立柱顶端共同水平安装有一上平台，该上平台中部竖直同轴安装有一由主液压系统控制进行上、下移动的主活塞，主活塞下端安装有上模具板，该上模具板下平面同轴安装上模具；在上模具板下方所对应的基座上安装有下平台，下平台上同轴安装有下模具，其特征在于：所述主活塞下端内部同轴安装有一由辅助压力系统控制的辅助活塞，该辅助活塞下端固装用于锻压车轮的中心部位的中心模块。
7.根据权利要求6所述锻造设备，其特征在于：所述四个立柱内侧均制有与上模具板四角滑槽配合的限位滑轨。
8.根据权利要求6所述的锻造设备，其特征在于：所述下模具下端的基座内同轴安装有一顶出机构，该顶出机构由液压驱动。
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