CN104476135A - 一种金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，包括以下步骤：以铝合金或镁合金为原料，采用铸造法或型材预制法制备分体毛坯；对铸造法制得的分体毛坯进行一次精密锻造成型，制得支撑体锻造毛坯，或者对型材预制法制得的分体预成型毛坯进行二次精密锻造成型，制得支撑体锻造毛坯；对支撑体锻造毛坯进行细部加工；采用钢或其他强度较高的金属材料配套加工连接件；将加工好的分体通过连接件进行连接并装配到与其对用的轮辋上即可。该发明制得的零件质量高制备过程操作简单，可以达到高效、低消耗和低成本，满足批量化生产的需要，制得的金属基泄气保用支撑体锻件内部致密、组织比较均匀、内部没有气孔。

Description

一种金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法

技术领域

本发明涉及金属产品的制备技术领域，尤其涉及一种金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法。

背景技术

轮胎的泄气保用技术是近年来国外一些轮胎公司开发出的一种新技术，在汽车上使用泄气保用轮胎可以有效地减少因轮胎爆胎而发生的交通事故，因而泄气保用轮胎正在逐步成为世界许多高级轿车、跑车、军用车辆、消防车、运钞车和警用车等特种车辆的标准配置。泄气保用轮胎内支撑结构形式较多，其中刚性内支撑技术由于结构较简单、适用范围广、承重能力强、安全舒适等特性是制造泄气保用轮胎的主要技术手段之一。

例如：专利号为ZL200910154767.9(授权公告号为CN 101722800 B)的发明专利《一种泄气保用轮胎用的内支撑体》公开了一种泄气保用轮胎用的内支撑体，该内支撑体以镁合金为原材料，采用双块式分体结构，上述分体包括主体和接头，上述分体间接头通过连接件进行连接，具有刚度高、热稳定性好、能减轻重量等优点，采用镁合金可以从根本上改善散热条件，避免橡胶和工程塑料因快速大量变形发热而软化，消除其在使用过程中的“热爆”现象，提高车辆爆胎后的安全行驶距离，延长了使用寿命。进一步，申请号为201210525701.8(申请公布号为CN 103846621 A)的中国发明专利《一种泄气保用支撑体的制备方法》公开了一种制备泄气保用支撑体的方法，该方法以铝合金作为原材料，采用砂型铸造、金属型铸造、低压铸造或差压铸造方法一次成型；再对毛坯进行精加工后进行分割，采用数控加工的方法对各分体进行锁环孔、锁块孔、螺栓孔特定位置的加工；再采用钢或其它强度高的金属材料配套加工锁环、锁块、螺栓进行连接装配到与其对用的轮辋上即可，该发明采用铝合金作为原料，化学稳定性好，制备时无需采用特殊的防护措施，工艺简单，成本低廉，同时铝合金的工艺适用性较强，可以采用一些低成本的制备技术进行制造，有效降低成本且成品率高，制得的支撑体力学性能较高，在轮胎泄气状态下能够保证车辆安全、平稳行驶。但采用铸造方法制备金属基泄气保用支撑体生产效率低，劳动强度大，材料利用率不高，能源消耗严重，无法满足批量化生产的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种生产效率高、能源消耗低以及材料浪费低的金属基泄气保用支撑体的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，所述金属基泄气保用支撑体为分体结构，该分体结构包括主体和接头，上述分体间接头通过连接件的自锁机构进行连接，其特征在于包括以下步骤：

(1)分体毛坯的制备：以铝合金或镁合金为原料，采用铸造法或型材预制法一次成型；

(2)精密锻造成型：对铸造法制得的分体毛坯进行一次精密锻造成型，制得支撑体锻造毛坯；或者对型材预制法制得的分体预成型毛坯进行二次精密锻造成型，制得支撑体锻造毛坯；

(3)对支撑体锻造毛坯进行细部加工，按照产品设计图上的尺寸和形位公差要求完成支撑体周向、径向、端面尺寸以及用于连接件装配的连接部位的加工；

(4)采用钢或钛合金配套加工连接件；

(5)将加工好的分体通过连接件进行连接并装配到与其对用的轮辋上即可。

作为优选，上述铸造法的具体过程为：A、按铝合金或镁合金成分进行配料，将配好的铝锭和中间合金或者镁锭和中间合金在坩埚熔炼炉中加热熔化，待全部熔化好后对熔体进行除气、精炼、除渣等处理，最后将熔体温度调整到700～730℃的范围内以备浇注使用；B、用浇包定量称取熔炼好的铝合金液或镁合金液，沿着直浇道以固定的流速注入到已经造好型的支撑体分体毛坯的模具型腔中，通过冒口对铸件进行补缩，待铸件全部冷却成型后打开模型取出支撑体分体铸造毛坯并进行表面清理。

作为优选，所述一次精密锻造成型的具体过程为：将采用铸造法制备的分体毛坯预热到150～200℃，喷涂水基石墨后加热至锻造温度380～450℃并保温2～3h，同时将锻造模具预热至200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的分体铸造毛坯放置于锻模型腔中，进行支撑体分体锻造毛坯一次精密锻造成型，锻造速度6～10mm/s。

作为优选，所述型材预制法的具体过程为：选用铝合金坯或镁合金坯，按设计的尺寸或重量要求的进行下料，并对下好的坯料进行除锈、除油、去污、去除氧化皮等表面处理，将处理好的坯料放置在保温炉中预热到150～200℃，喷涂水基石墨后加热至锻造温度380～450℃并保温2～3h，将支撑体分体预成型毛坯锻造模具预热到200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的铝合金或镁合金坯料放置在锻造模具型腔中，开启锻造机制备支撑体分体预成型毛坯，锻造速度6～10mm/s，锻造成型后打开锻模取出支撑体分体预成型毛坯剔除毛刺后利用余热喷涂水基石墨。

作为优选，所述二次精密锻造成型的具体过程为：将处理好的铝合金或镁合金支撑体分体预成型毛坯加热到300～420℃保温1.5～2h，将净成型锻造模具预热至200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的分体预成型毛坯放置在锻模型腔中，进行支撑体分体锻造毛坯二次精密锻造成型，锻造速度6～8mm/s。

本发明中的金属基泄气保用支撑体的结构可根据装配要求和刚度要求选择双块试、三块式或四块式等不同分体式结构，作为优选，所述支撑体采用双块式分体结构，使得支撑体结构简单，方便加工制造。

作为优选，所述连接件包括锁块、螺栓和螺母，所述接头的连接结构采用对接式、搭接试或插接式。

作为优选，所述主体的轴截面呈工字型，其径向高度为正常充气条件下轮胎胎腔截面高度的40～80％，以保证支撑体在胎压正常情况下不影响车辆行驶，而一旦发生轮胎失压后该支撑体可以起到辅助支撑作用以保证车辆继续安全行驶。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用铸造法或型材预制法制得分体毛坯，利用精密锻造成型技术制得支撑体锻造毛坯，成型后仅需对支撑体锻造毛坯进行少量的细部加工或者不加工，制得的零件质量高，具有精确的外形、高的尺寸精度和形位精度以及好的表面粗糙度，整个制备过程操作简单，可以达到高效、低消耗和低成本，满足批量化生产的需要，改善生产条件，减少对环境的污染，制得的金属基泄气保用支撑体锻件内部致密、组织比较均匀、内部没有气孔，可以作为T6热处理和阳极氧化，进而提高金属基泄气保用支撑体的产品性能。

附图说明

图1为本发明中泄气保用支撑体前视图；

图2为本发明中泄气保用支撑体后视图；

图3为本发明中泄气保用支撑体接头结构示意图；

图4为本发明中泄气保用支撑体主体结构剖视图；

图5为本发明中锁环结构示意图；

图6为本发明中特制螺母的俯视图；

图7为本发明中特制螺母的剖视图；

图8为本发明中锁块的剖视图；

图9为本发明中锁块的俯视图；

图10为本发明中螺栓的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、2、3所示为一种双块对接式泄气保用轮胎用支撑体，分体包括主体1和接头2，各分体毛坯采用精密锻造技术制备，再结合机械加工和数控加工完成泄气保用支撑体主体和接头细部结构的加工。如图4所示主体1的轴截面呈工字型，在不同种类的轮胎中其径向高度为正常充气条件下轮胎胎腔截面高度的40％～80％，以保证支撑体在胎压正常情况下不影响车辆行驶，而一旦发生轮胎失压后该支撑体可以起到辅助支撑作用以保证车辆继续安全行驶。如图5、6、7、8、9、10所示，支撑体连接件均采用钢质材料或钛合金制造加工，包括锁块7、螺栓8、锁环9和特制螺母10，通过连接件的自锁机制实现支撑体分体的装配连接，接头2上设有与锁环9相对应的锁环槽11，锁环9上设有螺栓孔12和锁块孔13，对应的接头2开有螺栓孔12a和锁块孔15，锁块7置入接头2的锁块孔15内，并与锁环9上的锁块孔13配合，两个分体之间通过两个螺栓8分别穿过锁块7的螺栓孔和锁环9上的螺栓孔配合，两个分体之间通过两个螺栓8分别穿过锁块7的螺栓孔和锁环9上的螺栓孔12，利用特定螺母10进行连接固定，特制螺母10嵌入对应的接头1的沉孔11a内。下面通过实施例1～4对本发明中金属基泄气保用支撑体的具体制备过程进行阐述。

实施例1：

本实施例以铸造法制备分体毛坯再结合一次精密锻造技术制造6061铝合金泄气保用支撑体为例进行说明。

1.按照6061铝合金成分进行配料，将配好的铝锭和中间合金在坩埚熔炼炉中加热熔化，待全部熔化好后对熔体进行除气、精炼、除渣等处理，最后将熔体温度调整到700～730℃的范围内以备浇注使用。

2.用浇包定量称取熔炼好的6061铝合金液，沿着直浇道以固定的流速注入到已经造好型的支撑体分体毛坯的模具型腔中，通过冒口对铸件进行补缩，待铸件全部冷却成型后打开模型取出支撑体分体铸造毛坯并进行表面清理。

3.将采用铸造法制备的6061铝合金支撑体分体毛坯预热到150～200℃，喷涂水基石墨后加热至锻造温度380～450℃并保温2～3h，同时锻造模具预热至200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的分体铸造毛坯对称放置在锻模型腔中，进行双块支撑体分体锻造毛坯一次精密锻造成型，锻造速度6～10mm/s。

4.对6061铝合金支撑体锻造毛坯进行细部加工，按照产品设计图上的尺寸和形位公差要求完成支撑体周向、径向、端面尺寸以及锁环孔、锁块孔、螺栓孔、螺母孔等连接部位的加工，最终完成6061铝合金泄气保用支撑体分体产品的制备。

5.按照配件设计图上的尺寸和形位公差要求采用钢加工制备锁环、锁块、螺母、螺栓等配件。

6.将两块加工好的6061铝合金泄气保用支撑体分体产品通过锁紧机构实现连接并安装到与其配套的轮辋上进行锁紧，再装配相应型号的轮胎，即可将该泄气保用支撑体系统安装在车辆上进行使用。

实施例2：

本实施例以两道次精密锻造技术制造6061铝合金泄气保用支撑体为例进行说明。

1.选用铸造或锻造等方法生产的6061铝合金棒坯或方坯，按设计的尺寸或重量要求的进行下料，并对下好的坯料进行表面处理，包括除锈、除油、去污、去除氧化皮等，将处理好的坯料放置在保温炉中预热到150～200℃，喷涂水基石墨后加热至锻造温度380～450℃并保温2～3h。

2.将支撑体分体预成型毛坯锻造模具预热到200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的6061铝合金坯料对称放置在锻造模具型腔中，开启锻造机对坯料施加变形力制备支撑体分体预成型毛坯，锻造速度6～10mm/s，锻造成型后打开锻模取出支撑体分体预成型毛坯剔除毛刺后利用余热喷涂水基石墨。

3.将处理好的6061铝合金支撑体分体预成型毛坯加热到300～420℃保温1.5～2h，将净成型锻造模具预热至200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的分体预成型毛坯对称放置在锻模型腔中，进行双块支撑体分体锻造毛坯二次精密锻造成型，锻造速度6～8mm/s。

4.对6061铝合金支撑体锻造毛坯进行细部加工，按照产品设计图上的尺寸和形位公差要求完成支撑体周向、径向、端面尺寸以及锁环孔、锁块孔、螺栓孔、螺母孔等连接部位的加工，最终完成6061铝合金泄气保用支撑体分体产品的制备。

5.按照配件设计图上的尺寸和形位公差要求采用钛合金加工制备锁环、锁块、螺母、螺栓等配件。

6.将两块加工好的6061铝合金泄气保用支撑体分体产品通过锁紧机构实现连接并安装到与其配套的轮辋上进行锁紧，再装配相应型号的轮胎，即可将该泄气保用支撑体系统安装在车辆上进行使用。

实施例3：

本实施例以铸造法制备分体毛坯再结合一次精密锻造技术制造AZ80镁合金泄气保用支撑体为例进行说明。

1.按照AZ80镁合金成分进行配料，将配好的镁锭和中间合金在坩埚熔炼炉中加热熔化，待全部熔化好后对熔体进行除气、精炼、除渣等处理，在熔炼过程中要采用气体或熔剂等介质对熔体进行保护，最后将熔体温度调整到690～720℃的范围内以备浇注使用。

2.用浇包定量称取熔炼好的AZ80镁合金液，沿着直浇道以固定的流速注入到已经造好型的支撑体分体毛坯的模具型腔中，通过冒口对铸件进行补缩，待铸件全部冷却成型后打开模型取出支撑体分体铸造毛坯并进行表面处理。

3.将采用铸造法制备的AZ80镁合金支撑体分体毛坯预热到150～200℃喷涂水基石墨后加热到350～400℃保温2～3h，同时将锻造模具预热至200～250℃保温3～4h并喷涂水基石墨，将预热好的分体铸造毛坯对称放置在模锻型腔中，进行双块支撑体分体锻造毛坯一次精密锻造成型，锻造速度5～8mm/s。

4.对AZ80镁合金支撑体锻造毛坯进行细部加工，按照产品设计图上的尺寸和形位公差要求完成支撑体周向、径向、端面尺寸以及锁环孔、锁块孔、螺栓孔、螺母孔等连接部位的加工，最终完成AZ80镁合金泄气保用支撑体分体产品的制备。

5.按照配件设计图上的尺寸和形位公差要求采用钛合金加工制备锁环、锁块、螺母、螺栓等配件。

6.将两块加工好的AZ80镁合金泄气保用支撑体分体产品通过锁紧机构实现连接并安装到与其配套的轮辋上进行锁紧，再装配相应型号的轮胎，即可将该泄气保用支撑体系统安装在车辆上进行使用。

实施例4：

本实施例以两道次精密锻造技术制造AZ80镁合金泄气保用支撑体为例进行说明。

1.选用铸造或锻造等方法生产的AZ80镁合金棒坯或方坯，按设计的尺寸或重量要求的进行下料，并对下好的坯料进行表面处理，包括除锈、除油、去污、去除氧化皮等，将处理好的坯料放置在保温炉中预热到150～200℃并喷涂水基石墨后加热到350～400℃保温2～3h。

2.将支撑体分体预成型毛坯锻造模具预热到200～300℃后喷涂水基石墨，将预热好的AZ80镁合金坯料对称放置在锻造模具型腔中，开启锻造机对坯料施加变形力制备支撑体分体预成型毛坯，锻造速度5～8mm/s，锻造成型后打开锻模取出支撑体分体毛坯后剔除毛刺并利用余热喷涂水基石墨。

3.将处理好的AZ80镁合金支撑体分体预成型毛坯加热到350～380℃保温1.5～2h，同时将净成型锻造模具预热至200～250℃保温3～4h，将预热好的分体预成型毛坯对称放置在锻模型腔中，进行双块支撑体分体锻造毛坯二次精密锻造成型，锻造速度5～8mm/s。

4.对AZ80镁合金支撑体锻造毛坯进行细部加工，按照产品设计图上的尺寸和形位公差要求完成支撑体周向、径向、端面尺寸以及锁环孔、锁块孔、螺栓孔、螺母孔等连接部位的加工，最终完成AZ80镁合金泄气保用支撑体分体产品的制备。

5.按照配件设计图上的尺寸和形位公差要求采用钢加工制备锁环、锁块、螺母、螺栓等配件。

6.将两块加工好的AZ80镁合金泄气保用支撑体分体产品通过锁紧机构实现连接并安装到与其配套的轮辋上进行锁紧，再装配相应型号的轮胎，即可将该泄气保用支撑体系统安装在车辆上进行使用。

Claims (8)

1.一种金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，所述金属基泄气保用支撑体为分体结构，该分体结构包括主体和接头，上述分体间接头通过连接件的自锁机构进行连接，其特征在于包括以下步骤：

(1)分体毛坯的制备：以铝合金或镁合金为原料，采用铸造法或型材预制法一次成型；

(2)精密锻造成型：对铸造法制得的分体毛坯进行一次精密锻造成型，制得支撑体锻造毛坯；或者对型材预制法制得的分体预成型毛坯进行二次精密锻造成型，制得支撑体锻造毛坯；

(3)对支撑体锻造毛坯进行细部加工，按照产品设计图上的尺寸和形位公差要求完成支撑体周向、径向、端面尺寸以及用于连接件装配的连接部位的加工；

(4)采用钢或钛合金配套加工连接件；

(5)将加工好的分体通过连接件进行连接并装配到与其对用的轮辋上即可。

2.如权利要求1所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述铸造法的具体过程为：

A、按铝合金或镁合金成分进行配料，将配好的铝锭和中间合金或者镁锭和中间合金在坩埚熔炼炉中加热熔化，待全部熔化好后对熔体进行除气、精炼、除渣等处理，最后将熔体温度调整到700～730℃的范围内以备浇注使用；

B、用浇包定量称取熔炼好的铝合金液或镁合金液，沿着直浇道以固定的流速注入到已经造好型的支撑体分体毛坯的模具型腔中，通过冒口对铸件进行补缩，待铸件全部冷却成型后打开模型取出支撑体分体铸造毛坯并进行表面清理。

3.如权利要求1所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述一次精密锻造成型的具体过程为：将采用铸造法制备的分体毛坯预热到150～200℃，喷涂水基石墨后加热至锻造温度380～450℃并保温2～3h，同时将锻造模具预热至200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的分体铸造毛坯放置于锻模型腔中，进行支撑体分体锻造毛坯一次精密锻造成型，锻造速度6～10mm/s。

4.如权利要求1所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述型材预制法的具体过程为：选用铝合金坯或镁合金坯，按设计的尺寸或重量要求的进行下料，并对下好的坯料进行除锈、除油、去污、去除氧化皮等表面处理，将处理好的坯料放置在保温炉中预热到150～200℃，喷涂水基石墨后加热至锻造温度380～450℃并保温2～3h，将支撑体分体预成型毛坯锻造模具预热到200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的铝合金或镁合金坯料放置在锻造模具型腔中，开启锻造机制备支撑体分体预成型毛坯，锻造速度6～10mm/s，锻造成型后打开锻模取出支撑体分体预成型毛坯剔除毛刺后利用余热喷涂水基石墨。

5.如权利要求1所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述二次精密锻造成型的具体过程为：将处理好的铝合金或镁合金支撑体分体预成型毛坯加热到300～420℃保温1.5～2h，将净成型锻造模具预热至200～300℃保温3～4h后喷涂水基石墨，将预热好的分体预成型毛坯放置在锻模型腔中，进行支撑体分体锻造毛坯二次精密锻造成型，锻造速度6～8mm/s。

6.如权利要求1～5中任一权利要求所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述支撑体采用双块式分体结构。

7.如权利要求6所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述连接件包括锁块、螺栓和螺母，所述接头的连接结构采用对接式、搭接式或插接式。

8.如权利要求6所述的金属基泄气保用支撑体近净成型制备方法，其特征在于：所述主体的轴截面呈工字型，其径向高度为正常充气条件下轮胎胎腔截面高度的40～80％。