CN104190899A - 铸旋车轮低压铸造模具及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸旋车轮低压铸造模具及其铸造工艺。底模（1）上设有一个底注式浇口（9），顶模中心设置分流锥（6），顶模上部外沿设置排气塞（4），顶模上部设置顶模水冷环（5），底模外沿设置底模水冷环（8），顶模上轮缘部位设置轮缘冒口（7）。铸造工艺方法包括充型、分流、排气、加压、冷却、补缩、卸压等步骤。本发明提高了铸旋铝合金车轮铸件的质量，特别地改善了车轮轮辐位置的材料力学性能，利于车轮产品实现轻量化；车轮正面精车后不易出现针孔缺陷，提高生产综合成品率；降低了铸造模具工况温度，提高了模具的耐蚀寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸造领域，具体讲是一种低压铸造模具及工艺。
背景技术
目前，国内外铝合金铸旋车轮毛坯制造方法有低压铸造后旋压和重力铸造后旋压。由于技术传承和工艺成熟程度等原因，国内大多采用低压铸造后旋压方法。传统的铸旋铝车轮毛坯的低压铸造工艺过程是：保温炉内铝液通过浇口充满模具型腔，依次开启轮缘、轮辐、轮心处的模具冷却，形成铸件由上而下、由外而内的凝固顺序。而依据旋压工艺的需要，铸旋铝车轮毛坯的特点是轮缘和轮辋处铸件壁厚特点是上厚下薄，这并不利于传统的自上而下凝固顺序，而更适用自下而上的凝固顺序。同时，传统工艺方法中为等候轮缘和轮辋率先完成凝固而延误了轮辐的凝固时机，人为地提高了底模模具温度，模具耐受寿命大大降低，轮辐表面铸造针孔缺陷几率偏大，轮辐处的凝固速度慢，铸件内部组织不致密，影响材料力学性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，模具寿命偏短，铸件质量不高，轮辐处的凝固速度慢，铸件内部组织不致密轮辐位置材料力学性能不佳。
本发明的技术解决方案是，铸旋车轮低压铸造模具，包括底模、顶模和边模，所述的底模上设置底注式浇口，所述的顶模中心设置分流锥，所述的顶模上部外沿设置排气塞，所述的顶模上部设置用于冷却轮缘冒口的环状液态冷却介质通道，所述的底模设置用于冷却轮辐的环状液态冷却介质通道。所述的底注式浇口也是加压后的补缩冒口，所述的顶模上轮缘部位设置起补缩作用的轮缘冒口。
作为改进，所述的底注式浇口选用陶瓷材料，有利于中心冒口对轮辐和轮心的补缩效率。该底注式浇口在加压补缩时也是一个中心冒口，用于轮辐和轮心快速凝固时所需的补缩动力。所述底注式浇口设置在底模中心处。
作为改进，设置在底模上的环状液态冷却介质通道为底模冷却环，设置在顶模上的环状液态冷却介质通道为顶模冷却环，顶模水冷环与底模水冷环均拥有两个以上的进水口和出水口，进出水口交错设置，中间设有间断隔开，最大程度均匀温度布置。
作为改进，顶模上方排气塞有效排气面积大于底模中心浇口处最窄截面面积，这样更有利于模具型腔内气体顺利排出，减少气孔缺陷的几率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：改变现有技术车轮外轮缘处底模设置冷却风管的冷却手段，在轮辐下方设置了冷却水环，率先开启该水冷环冷却，从而加速轮辐铸件凝固速度，提高了车轮轮辐力学性能指标，利于实现产品轻量化；轮辐表面不易出现针孔缺陷，提高综合成品率；降低了底模温度，提高模具耐蚀寿命。
发明还提供了一种铸旋车轮低压铸造工艺，该工艺基于上述低压铸造模具，通过所述的水冷环冷却和相关冷却工艺参数的调整，改变铸件凝固顺序，该工艺包括以下步骤：
1.通过设置在底模中心的浇口往型腔内浇注铝液，并通过顶模中心分流锥分流铝液向型腔内四周平稳扩展，充型过程中随着铝液在模具型腔内不断上升，型腔内的气体经位于顶模的排气塞排出模具。
2.充型完成，通过中心冒口处加压。
3.在底模水冷环内通入液态介质，迅速降低底模外侧温度，从而加速铸件轮辐的铝液凝固。
4.在顶模轮辋补缩完成后，开启顶模水冷环，进行冷却，加速轮缘冒口铝液凝固。
5.在底模轮辐和轮心补缩完成后，开启底模和顶模中心冷却风，加速中心冒口铝液凝固。
6.在模具型腔内铝液完全凝固后，将保温炉卸压，浇口中残存的铝液在重力作用下回流到低压铸造保温炉内。
步骤（3）中，充型完成后通过水冷冷却首先凝固轮辐，并通过轮缘冒口补缩轮辋，中心冒口补缩轮辐和轮心。
所述顶模水冷环、底模水冷环采用的液态冷却介质为去离子水，液态冷却介质温度为15℃-35℃，液体压力为0.3MPa-0.6MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用本发明方法，突破自上而下、由外而内顺序凝固的传统思维，需依次开启轮辐处底模水冷环冷却、轮缘冒口处顶模水冷环冷却和中心冒口处顶底模风冷冷却，形成由轮辐中心开始最先凝固，向轮缘处由下而上，向轮心处由外而内，快速完成顺序凝固，最后轮辋和轮缘由旋压成形方法解决轮缘冒口处残存的缩松缺陷，转移了可能出现缩松缺陷的位置，进而用旋压方式规避了缺陷对质量的影响。以上这两个方向的顺序凝固均可以独立实现，且关键位置采用了冷却强度更大的水冷环冷却，因而生产的铸旋铝合金车轮轮辐材料性能更好，利于实现产品轻量化，模具温度更低；轮辐表面铸件质量更致密，减少表面针孔缺陷的几率；模具温度低，从而模具的耐蚀寿命也相应提高。
附图说明
图1为本发明的铸旋车轮低压铸造模具的结构示意图。
图中：1-底模、2-顶模、3-边模、4-排气塞、5-顶模水冷环、6-分流锥、7-轮缘冒口、8-底模水冷环、9-底注式浇口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明铸旋车轮铸低压铸造模具，包括底模1、顶模2和边模3，所述的底模1上设置底注式浇口9，所述的顶模中心设置分流锥6，所述的顶模上部外沿设置排气塞4，所述的顶模上部设设置的顶模水冷环5，所述的底模外沿设置底模水冷环8。所述的底注式浇口9也是加压后的补缩冒口，所述的顶模上轮缘部位设置起补缩作用的轮缘冒口7。
作为改进，所述的底注式浇口9选用陶瓷材料，有利于中心冒口对轮辐和轮心的补缩效率。所述底注式浇口9设置在底模中心处。所述的底模底注式浇口9也是加压后的补缩冒口。所述底注式浇口9设置在底模中心处。
作为改进，顶模上方排气塞4有效排气面积大于底模中心浇口处最窄截面面积，这样更有利于模具型腔内气体顺利排出，减少气孔缺陷的几率。
作为改进，顶模水冷环5与底模水冷环8均拥有两个以上进水口和出水口，进出水口交错设置，中间设有间断隔开，最大程度均匀温度布置。
轮缘冒口7设置铸件的最上方，是充型最后完成的铸件部分，在轮缘和轮辋形成自下而上的凝固顺序条件下，用于轮辋快速凝固时所需的补缩动力，最后由顶模水冷环冷却完成全部凝固，其中残存的部分可能出现的缩松缺陷，可以通过旋压工序消除，进而得到质量优异的轮辋。
发明还提供了一种铸旋车轮低压铸造工艺，该工艺基于上述低压铸造模具，通过所述的水冷环冷却和相关冷却工艺参数的调整，改变铸件凝固顺序，该工艺包括以下步骤。
1.通过设置在底模中心的浇口往型腔内浇注铝液，并通过顶模中心分流锥分流铝液向型腔内四周平稳扩展，充型过程中随着铝液在模具型腔内不断上升，型腔内的气体经位于顶模的排气塞排出模具，此时排气塞排气面积总和要不小于浇口最窄处截面面积。
2.充型完成，通过中心冒口处加压，加压压力不小于0.08MPa。
3.在底模水冷环冷却通道内通入冷却水，迅速降低底模外侧温度，从而加速铸件轮辐的铝液凝固，底模水冷环是最先开启的冷却参数，目的是从轮辐处开始凝固，创造自下而上、由外而内的顺序凝固条件。
4.在顶模轮辋补缩完成后，开启顶模水冷环冷却，加速轮缘冒口铝液凝固，轮辋或残存部分缩松缺陷，可通过旋压工序消除，从而得到质量优异的轮辋铸件。
5.在底模轮辐和轮心补缩完成后，开启底模和顶模中心冷却风，加速中心冒口铝液凝固，中心冒口冷却风的开启将视铝合金车轮造型和冒口大小而异，原则是保障冒口对轮辐和轮心的补缩，并有效提高铸造生产效率。
6.在模具型腔内铝液完全凝固后，将保温炉卸压，浇口中残存的铝液在重力作用下回流到低压铸造保温炉内，卸压排气过程要通过电磁阀关闭程度控制，以求铝液平稳回落，避免铝液在回流保温炉中形成翻滚、夹渣。
步骤（3）中，充型完成后通过水冷冷却首先凝固轮辐，并通过轮缘冒口补缩轮辋，中心冒口补缩轮辐和轮心。
所述顶模水冷环5、底模水冷环8采用的液态冷却介质为去离子水，液态冷却介质温度为15℃-35℃，液体压力为0.3MPa-0.6MPa。
作为本发明的最佳实施例，液态冷却介质温度为30℃，液态冷却介质液压为0.5MPa。
以上仅就本发明较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体步骤允许有变化，如：顶模水冷环可以没有，或冷却工艺参数不开启，仅允许轮缘冒口在完成轮辋补缩后在自然条件下凝固成形；所述的底模水冷环还可以拥有多个进出水口，可以根据车轮造型或轮辐数量而定，也可以实现本发明功能。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.铸旋车轮低压铸造模具，包括底模（1）、顶模（2）和边模（3），其特征在于：所述的底模（1）上设置底注式浇口（9），所述的顶模中心设置分流锥（6），所述的顶模上部外沿设置排气塞（4），所述的顶模上部设置用于冷却轮缘冒口的环状液态冷却介质通道，所述的底模设置用于冷却轮辐的环状液态冷却介质通道，所述的顶模上轮缘部位设置起补缩作用的轮缘冒口（7）。
2.根据权利要求1所述的铸旋车轮低压铸造模具，其特征在于：底注式浇口（9）选用陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的铸旋车轮低压铸造模具，其特征在于：所述的排气塞（4）的排气面积总和大于底模浇口处最窄截面面积。
4.根据权利要求1所述的铸旋车轮低压铸造模具，顶模上部设置的环状液态冷却介质通道为顶模水冷环（5），顶模上部设置的环状液态冷却介质通道为底模水冷环（8）。
5.根据权利要求4所述的铸旋车轮低压铸造模具，其特征在于：所述的顶模水冷环（5）、底模水冷环（8）分别有两个以上进水口和两个出水口，且进出水口交错设置，中间设有间断隔开。
6.一种铸旋车轮低压铸造工艺，其工艺包括以下：
（1）通过设置在底模中心的浇口往型腔内浇注铝液，并通过顶模中心分流锥分流铝液向型腔内四周平稳扩展，充型过程中随着铝液在模具型腔内不断上升，型腔内的气体经位于顶模的排气塞排出模具；
（2）充型完成，通过中心冒口处加压；
（3）在底模水冷环内通入冷却介质，迅速降低底模外侧温度，从而加速铸件轮辐的铝液凝固；
（4）在顶模轮辋补缩完成后，开启顶模水冷环冷却，加速轮缘冒口铝液凝固；
（5）在底模轮辐和轮心补缩完成后，开启底模和顶模中心冷却风，加速中心冒口铝液凝固；
（6）在模具型腔内铝液完全凝固后，将保温炉卸压，浇口中残存的铝液在重力作用下回流到低压铸造保温炉内。
7.根据权利要求8所述的铸旋车轮低压铸造方法，其特征在于：步骤（3）中，充型完成后通过液态冷却首先凝固轮辐，并通过轮缘冒口补缩轮辋，中心冒口补缩轮辐和轮心。
8.根据权利要求6、7任一所述的铸旋车轮低压铸造工艺，其特征在于：液态冷却介质为去离子水。
9.根据权利要求6、7任一所述的铸旋车轮低压铸造工艺，其特征在于：所述的液态冷却介质温度范围在15℃-35℃，液压范围在0.3MPa-0.6MPa。
10.根据权利要求9所述的铸旋车轮低压铸造工艺，其特征在于：所述的液态冷却介质温度为30℃，液态冷却介质液压为0.5MPa。
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