CN105499513A - 液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置及其方法 - Google Patents

Abstract

液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置及其方法，它涉及一种汽车轮毂制造装置及其方法。本发明解决了汽车轮毂制造装置及其方法集成度低，存在轮毂零件的力学性能和成本相互制约的问题。轮辐局部加压杆的上端和多个轮缘局部加压杆均与局部加压缸连接，轮辐局部加压杆位于上模的中心孔内，多个轮缘局部加压杆沿圆周方向均布设置在上模内，多个轮缘局部加压杆的下端均与轮缘局部加压环固接，压射室外套与下模的中心通孔下端同轴连通；熔化保温；第一轮缘分瓣模、第二轮毂分瓣模、上模和下模表面喷射脱模剂，合模加热、保温；开模浇注铝液；合模后将铝液压射至轮毂型腔；局部施压，退模；顶出成型轮毂。本发明用于铝合金汽车轮毂制造。

Description

液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金汽车轮毂制造装置及其方法，具体涉及一种液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置及其方法。

背景技术

随着能源的紧缺和环境污染问题的日益严重，节能、减排和降耗是制造业发展中永恒的主题。装备的制造越来越重视轻量化。这包括结构件的设计轻量化和选材轻量化。其中选材轻量化主要是指利用更轻的金属结构材料替代现有结构材料。而装备制造业中金属结构材料占有重要地位。目前主要面临的轻量化任务就是以铝合金、镁合金等轻质结构材料尽可能多的替代现有钢结构件。轻量化在汽车制造领域内尤为重要。因为汽车每减重100公斤，能节约燃油0.3-0.5升，能使汽车多跑1公里。而且减少汽车重量对降低污染物排放、降低转动惯量，缩短刹车距离等都非常有益。其中汽车轮毂的减重是汽车制造领域内非常重要的方向之一。目前主要研究和应用方向就是以铝合金材料代替钢材。但是，轻量化的前提是保证现有装备的使用要求不打折扣。这就对成形或者制造技术提出了更高的要求。众所周知，钢的力学性绝大多数能比铝合金要高，这就要求对轮毂的结构设计和成形制造技术有更苛刻的要求。

目前铝合金轮毂的主要成形制造技术是铸造和锻造。铸造是利用液态金属的流动能力，在重力或者外力下使液态金属充满模具型腔，从而获得产品的工艺方法。铸造技术的特点是：成本低，能够成形出形状较复杂的轮毂零件；但是其成形的轮毂的力学性能不如锻造轮毂。锻造是利用金属材料的塑性变形使其产生塑性流动，进而充满模具型腔，从而获得产品的工艺过程。锻造轮毂力学性能高，微观组织组织致密。但是其成形制造成本非常高且不易实现近净成形，产品后续切削工序多，切削加工量大，在节材方面没有优势。相对于锻造而言，铸造成形的轮毂市场占有率极高。目前，铝合金轮毂利用的主要的铸造技术是重力金属型铸造和低压铸造。重力金属型铸造是利用液态铝合金液在自身重力作用下流动充填金属模具型腔。该铸造工艺过程简单、轮毂零件成本低。但是为了降低液态金属凝固过程中产生的缩孔和缩松等铸造缺陷，必须增设冒口来达到补缩的目的。增设冒口降低了材料的利用率。冒口部分和浇道部分都是废料，需要重新回炉重熔，增加了生产成本，从而降低了产品价格竞争力。低压铸造相对于重力铸造而言，其技术含金量有所提升。它是利用气体产生的压力将液态金属压入金属型腔中从而成形产品的工艺过程。低压铸造生产的轮毂的微观组织中也存在缩孔和缩松等铸造缺陷，所以其成形制造的轮毂零件的力学性能也不是很高。液态模锻(挤压铸造)技术是一种新的金属近净成形技术。它是利用高压使液态金属流动充填模具型腔并实现在高压下结晶凝固成形产品的工艺过程。高压下结晶凝固不仅能够使液态金属中形核率大大提高，而且能够实现凝固过程中的强制补缩，降低缩孔缩松的数量，从而提升产品的组织致密程度和力学性能。液态模锻技术主要包括敞口模直接浇注后加压凝固(直接液态模锻)和浇道系统高压充填凝固(间接液态模锻)两种方式。

综上，现有的汽车轮毂制造装置及其方法集成度低，导致轮毂零件的力学性能和成本相互制约。

发明内容

本发明为解决现有的汽车轮毂制造装置及其方法集成度低，存在轮毂零件的力学性能和成本相互制约的问题，进而提供一种液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置及其方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置包括局部加压缸、上模、上工作缸、第一轮缘分瓣模、第二轮缘分瓣模、第一加热装置、第二加热装置、第三加热装置、第四加热装置、第一轮缘分瓣模工作缸、第二轮缘分瓣模工作缸、第一顶杆、第二顶杆、第一顶出缸、第二顶出缸、下模、压射室外套、压射活塞、轮缘局部加压环、轮辐局部加压杆和多个轮缘局部加压杆；

上模与下模上下对正设置，第一轮缘分瓣模工作缸和第二轮缘分瓣模工作缸水平对正设置，上模安装在上工作缸上，上模内设置有第四加热装置，局部加压缸位于上模上端面的中部，轮辐局部加压杆的上端和多个轮缘局部加压杆均与局部加压缸连接，轮辐局部加压杆位于上模的中心孔内，多个轮缘局部加压杆沿圆周方向均布设置在上模内，多个轮缘局部加压杆的下端均与轮缘局部加压环固接；

第一轮缘分瓣模固装在第一轮缘分瓣模工作缸上，第二轮缘分瓣模固装在第二轮缘分瓣模工作缸上，第一轮缘分瓣模内设置有第一加热装置，第二轮缘分瓣模上设置有第三加热装置，下模安装在下工作台的上端面上，第一顶出缸通过第一顶杆与下模连接，第二顶出缸通过第二顶杆与下模连接，下模内设置有第二加热装置，下模上竖直加工有中心通孔，压射室外套与下模的中心通孔下端同轴连通，压射活塞位于压射室外套内，上模、第一轮缘分瓣模、第二轮缘分瓣模和下模合模时构成的轮毂型腔。

本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法步骤如下：

步骤一：将铝合金铸态坯料利用电阻炉或者感应炉将其熔化成液态，除气精炼后保温；

步骤二：将第一轮缘分瓣模、第二轮缘分瓣模、上模和下模表面喷射脱模剂，然后合模加热至355～385℃，保温25～28min；

步骤三：将上模、第一轮缘分瓣模、第二轮缘分瓣模分别开模回程，利用定量浇注装置将铝液浇注到下模中心通孔内；

步骤四：通过第一轮缘分瓣模工作缸和第二轮缘分瓣模工作缸推动第一轮缘分瓣模和第二轮缘分瓣模水平合模，同时通过上工作缸推动上模向下合模，然后驱动压射活塞向上运动将铝液压射至由上模、第一轮缘分瓣模、第二轮缘分瓣模和下模构成的轮毂型腔中保压6～9s；

步骤五：通过局部加压缸驱动轮缘局部加压杆带动轮缘局部加压环在轮缘加压位置处对轮缘进行局部施压，同时轮辐局部加压杆在轮毂中心位置处对轮毂进行局部施压；

步骤六：将局部加压缸退回，压射活塞退回，上模开模回程，第一轮缘分瓣模和第二轮缘分瓣模水平开模退回；

步骤七：通过第一顶出缸和第二顶出缸驱动第一顶杆和第二顶杆将成形轮毂零件顶出，从而完成铝合金汽车轮毂零件的成形制造；

步骤八：将第一顶出缸和第二顶出缸退回，清理模具型腔表面并喷射脱模剂，重新开始浇注，实现下一件轮毂零件成形制造。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置采用轮缘合模缸带动水平轮缘分瓣模、上工作缸带动上模，从而实现整个模具型腔实现自动开合模，提高了生产自动化水平，从而提高了铝合金轮毂零件的生产率；

本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置在下模中心处开设压射室，在其下部的压射系统的驱动下实现了液态铝合金液的自动化压射充填；并且配合自动定量浇注装置，从而实现了整个浇注过程和压射充填过程的自动化，大大提升了产品的生产率；

本发明本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置在铝合金汽车轮毂的轮缘处和轮辐中心处增设局部加压装置，能够实现固-液态铝合金浆料凝固过程中的强制加压补缩，对于降低甚至消除缩孔、避免了缩松铸造缺陷，能够密实成形轮毂零件的微观组织，从而提高成形件的力学性能；

本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置及方法实现了液态充填和局部加压强制补缩的有机结合，为成形制造重载车辆，如房车、特种车辆的轮毂零件提供了技术支撑。

附图说明

图1是本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置开模状态主视图；

图2是本发明的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置合模状态主视图；

图3是本发明具体实施方式一中轮缘局部加压环18的主视图；

图4是图3的仰视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～4所示，本实施方式的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置包括局部加压缸20、上模2、上工作缸21、第一轮缘分瓣模3、第二轮缘分瓣模16、第一加热装置4、第二加热装置9、第三加热装置15、第四加热装置23、第一轮缘分瓣模工作缸5、第二轮缘分瓣模工作缸17、第一顶杆6、第二顶杆14、第一顶出缸8、第二顶出缸13、下模7、压射室外套10、压射活塞11、轮缘局部加压环18、轮辐局部加压杆22和多个轮缘局部加压杆1；

上模2与下模7上下对正设置，第一轮缘分瓣模工作缸5和第二轮缘分瓣模工作缸17水平对正设置，上模2安装在上工作缸上，上模2内设置有第四加热装置23，局部加压缸20位于上模2上端面的中部，轮辐局部加压杆22的上端和多个轮缘局部加压杆1均与局部加压缸20连接，轮辐局部加压杆22位于上模2的中心孔内，多个轮缘局部加压杆1沿圆周方向均布设置在上模2内，多个轮缘局部加压杆1的下端均与轮缘局部加压环18固接；

第一轮缘分瓣模3固装在第一轮缘分瓣模工作缸5上，第二轮缘分瓣模16固装在第二轮缘分瓣模工作缸17上，第一轮缘分瓣模3内设置有第一加热装置4，第二轮缘分瓣模16上设置有第三加热装置15，下模7安装在下工作台的上端面上，第一顶出缸8通过第一顶杆6与下模7连接，第二顶出缸13通过第二顶杆14与下模7连接，下模7内设置有第二加热装置9，下模7上竖直加工有中心通孔，压射室外套10与下模7的中心通孔下端同轴连通，压射活塞11位于压射室外套10内，上模2、第一轮缘分瓣模3、第二轮缘分瓣模16和下模7合模时构成的轮毂型腔。

具体实施方式二：如图1和图4所示，本实施方式轮缘局部加压杆1的数量为8根。如此设计，可以保证局部加压时施加的载荷均匀地作用在液-固态浆料上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图3和图4所示，本实施方式轮缘局部加压杆1的下端与轮缘局部加压环18通过方头螺栓固接。如此设计，可以使轮缘局部加压环安装时螺栓不发生旋转。

其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式轮缘局部加压环18的厚度为20mm，轮缘局部加压环18沿圆周方向加工有8个阶梯方孔，阶梯方孔的小端尺寸为15×15mm，阶梯方孔的大端尺寸为20×20，轮缘局部加压环18的材料为H13，洛氏硬度为HRC48-52。如此设计，可以保证局部加压时施加的载荷均匀地作用在液-固态浆料上。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图1～4所示，本实施方式的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法步骤如下：

步骤一：将铝合金铸态坯料利用电阻炉或者感应炉将其熔化成液态，除气精炼后保温；

步骤二：将第一轮缘分瓣模3、第二轮缘分瓣模16、上模2和下模7表面喷射脱模剂，然后合模加热至355～385℃，保温25～28min；

步骤三：将上模2、第一轮缘分瓣模3、第二轮缘分瓣模16分别开模回程，利用定量浇注装置将铝液浇注到下模7中心通孔内；

步骤四：通过第一轮缘分瓣模工作缸5和第二轮缘分瓣模工作缸17推动第一轮缘分瓣模3和第二轮缘分瓣模16水平合模，同时通过上工作缸21推动上模2向下合模，然后驱动压射活塞11向上运动将铝液12压射至由上模2、第一轮缘分瓣模3、第二轮缘分瓣模16和下模7构成的轮毂型腔中保压6～9s；

步骤五：通过局部加压缸20驱动轮缘局部加压杆1带动轮缘局部加压环18在轮缘加压位置18-1处对轮缘进行局部施压，同时轮辐局部加压杆22在轮毂中心位置22-1处对轮毂进行局部施压；

步骤六：将局部加压缸20退回，压射活塞11退回，上模2开模回程，第一轮缘分瓣模3和第二轮缘分瓣模16水平开模退回；

步骤七：通过第一顶出缸8和第二顶出缸13驱动第一顶杆6和第二顶杆14将成形轮毂零件24顶出，从而完成铝合金汽车轮毂零件的成形制造；

步骤八：将第一顶出缸8和第二顶出缸13退回，清理模具型腔表面并喷射脱模剂，重新开始浇注，实现下一件轮毂零件成形制造。

本发明可以制造的铝合金轮毂包括A356、A357、2024、6061和7075铝合金。

具体实施方式六：如图1～4所示，本实施方式步骤三中铝液的浇注温度为695～715℃，铝液浇注前保温时间为28～33min。如此操作，可以使金属液在不大量氧化吸气的前提下具有较好的流动充填性能。其它步骤及操作过程与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图1～4所示，本实施方式步骤五中局部加压压力为150MPa至200MPa，局部加压后保压时间为3～5s。如此操作，可以使液态金属在高压下强制对缩孔缩松补缩，使组织致密。其它步骤及操作过程与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式八：如图1～4所示，本实施方式步骤五中局部加压装置对固-液态铝合金浆料的锻造距离为0.6～1.2mm，压射活塞11完成压射动作后停留时间为0.5～1s，然后开始局部加压。如此操作，可以使液态金属在高压下强制对缩孔缩松补缩，使组织致密。其它步骤及操作过程与具体实施方式七相同。

轮缘加压位置18-1为轮缘局部加压环18的可以移动的距离，轮毂中心位置22-1为轮辐局部加压杆22的可以移动的距离，轮缘加压位置18-1和轮毂中心位置22-1为局部加压装置对固-液态铝合金浆料的锻造距离。

具体实施方式九：如图1～4所示，本实施方式第一轮缘分瓣模3和第二轮缘分瓣模16开合模时间控制在1～2s内，上模2开合模时间控制在2～3s内，压射活塞11的压射速度控制在1.2m/s～1.6m/s之间。如此操作，可以保证成形过程快速、紧凑，充填过程平稳。其它步骤及操作过程具体实施方式五、六或八相同。

Claims (9)

1.一种液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置，其特征在于：所述铝合金汽车轮毂制造装置包括局部加压缸(20)、上模(2)、上工作缸(21)、第一轮缘分瓣模(3)、第二轮缘分瓣模(16)、第一加热装置(4)、第二加热装置(9)、第三加热装置(15)、第四加热装置(23)、第一轮缘分瓣模工作缸(5)、第二轮缘分瓣模工作缸(17)、第一顶杆(6)、第二顶杆(14)、第一顶出缸(8)、第二顶出缸(13)、下模(7)、压射室外套(10)、压射活塞(11)、轮缘局部加压环(18)、轮辐局部加压杆(22)和多个轮缘局部加压杆(1)；

上模(2)与下模(7)上下对正设置，第一轮缘分瓣模工作缸(5)和第二轮缘分瓣模工作缸(17)水平对正设置，上模(2)安装在上工作缸上，上模(2)内设置有第四加热装置(23)，局部加压缸(20)位于上模(2)上端面的中部，轮辐局部加压杆(22)的上端和多个轮缘局部加压杆(1)均与局部加压缸(20)连接，轮辐局部加压杆(22)位于上模(2)的中心孔内，多个轮缘局部加压杆(1)沿圆周方向均布设置在上模(2)内，多个轮缘局部加压杆(1)的下端均与轮缘局部加压环(18)固接；

第一轮缘分瓣模(3)固装在第一轮缘分瓣模工作缸(5)上，第二轮缘分瓣模(16)固装在第二轮缘分瓣模工作缸(17)上，第一轮缘分瓣模(3)内设置有第一加热装置(4)，第二轮缘分瓣模(16)上设置有第三加热装置(15)，下模(7)安装在下工作台的上端面上，第一顶出缸(8)通过第一顶杆(6)与下模(7)连接，第二顶出缸(13)通过第二顶杆(14)与下模(7)连接，下模(7)内设置有第二加热装置(9)，下模(7)上竖直加工有中心通孔，压射室外套(10)与下模(7)的中心通孔下端同轴连通，压射活塞(11)位于压射室外套(10)内，上模(2)、第一轮缘分瓣模(3)、第二轮缘分瓣模(16)和下模(7)合模时构成的轮毂型腔。

2.根据权利要求1所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置，其特征在于：轮缘局部加压杆(1)的数量为8根。

3.根据权利要求1或2所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置，其特征在于：轮缘局部加压杆(1)的下端与轮缘局部加压环(18)通过方头螺栓固接。

4.根据权利要求3所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置，其特征在于：轮缘局部加压环(18)的厚度为20mm，轮缘局部加压环(18)沿圆周方向加工有8个阶梯方孔，阶梯方孔的小端尺寸为15×15mm，阶梯方孔的大端尺寸为20×20，轮缘局部加压环(18)的材料为H13，洛氏硬度为HRC48-52。

5.一种利用权利要求1～4中任一权利要求所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造装置的制造方法，其特征在于液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法步骤如下：

步骤一：将铝合金铸态坯料利用电阻炉或者感应炉将其熔化成液态，除气精炼后保温；

步骤二：将第一轮缘分瓣模(3)、第二轮缘分瓣模(16)、上模(2)和下模(7)表面喷射脱模剂，然后合模加热至355～385℃，保温25～28min；

步骤三：将上模(2)、第一轮缘分瓣模(3)、第二轮缘分瓣模(16)分别开模回程，利用定量浇注装置将铝液浇注到下模(7)中心通孔内；

步骤四：通过第一轮缘分瓣模工作缸(5)和第二轮缘分瓣模工作缸(17)推动第一轮缘分瓣模(3)和第二轮缘分瓣模(16)水平合模，同时通过上工作缸(21)推动上模(2)向下合模，然后驱动压射活塞(11)向上运动将铝液(12)压射至由上模(2)、第一轮缘分瓣模(3)、第二轮缘分瓣模(16)和下模(7)构成的轮毂型腔中保压6～9s；

步骤五：通过局部加压缸(20)驱动轮缘局部加压杆(1)带动轮缘局部加压环(18)在轮缘加压位置(18-1)处对轮缘进行局部施压，同时轮辐局部加压杆(22)在轮毂中心位置(22-1)处对轮毂进行局部施压；

步骤六：将局部加压缸(20)退回，压射活塞(11)退回，上模(2)开模回程，第一轮缘分瓣模(3)和第二轮缘分瓣模(16)水平开模退回；

步骤七：通过第一顶出缸(8)和第二顶出缸(13)驱动第一顶杆(6)和第二顶杆(14)将成形轮毂零件(24)顶出，从而完成铝合金汽车轮毂零件的成形制造；

步骤八：将第一顶出缸(8)和第二顶出缸(13)退回，清理模具型腔表面并喷射脱模剂，重新开始浇注，实现下一件轮毂零件成形制造。

6.根据权利要求5所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法，其特征在于：步骤三中铝液的浇注温度为695～715℃，铝液浇注前保温时间为28～33min。

7.根据权利要求5或6所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法，其特征在于：步骤五中局部加压压力为150MPa至200MPa，局部加压后保压时间为3～5s。

8.根据权利要求7所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法，其特征在于：步骤五中局部加压装置对固-液态铝合金浆料的锻造距离为0.6～1.2mm，压射活塞(11)完成压射动作后停留时间为0.5～1s，然后开始局部加压。

9.根据权利要求5、6或8所述的液态充填局部加压补缩铝合金汽车轮毂制造方法，其特征在于：第一轮缘分瓣模(3)和第二轮缘分瓣模(16)开合模时间控制在1～2s内，上模开合模时间控制在2～3s内，压射活塞(11)的压射速度控制在1.2m/s～1.6m/s之间。