CN105710350A - 一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺及其装置 - Google Patents

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刘建平
俞鑫彬
安博
杨洪辉
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Abstract

本发明公开了一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其利用超声换能器将电能转变为声能，通过高能超声，在铝合金熔液中形成气泡，将已结晶长大的晶粒打碎，使晶粒得到细化，有效的改善了铸件组织结构、改善了脆性相、改善了晶粒形态和分布状况，从而提升了铝合金轮毂的力学性能。

Description

一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺及其装置
技术领域：
本发明涉及铝合金轮毂制造技术领域，更具体的说是涉及一种提升铝合金轮毂力学性能的超声波振动铸造工艺及其装置。
背景技术：
目前，国内铝合金轮毂的制造方法有锻造、挤压铸造、低压铸造和重力铸造等。根据铝合金轮毂的实际生产特性、满足大批量高效生产的同时考虑到生产成本的问题，目前行业中多采取重力铸造的方法。重力铸造是指金属液在地球重力作用下浇入金属型腔获得铸件的工艺方法。铝合金轮毂在重力制造过程中会伴随有氧化夹渣、气孔气泡、缩松疏松、裂纹等，严重影响铝合金轮毂的性能，存在一定的缺陷。为了防止这些缺陷的产生，提高铝合金的力学性能，加入变质剂是一种行措施，目前常用的工艺方法为加入铝锶中间合金变质剂来细化组织，提升性能。
虽然加入变质剂能够在一定程度上防止氧化夹渣、气孔气泡、缩松疏松、裂纹等的产生，细化组织，提升轮毂性能，但是其效果并不明显，铝合金轮毂的力学性能亟待进一步的提升。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺及其装置，利用超声换能器将电能转变为声能，通过高能超声，在铝合金熔液中形成气泡，将已结晶长大的晶粒打碎，使晶粒得到细化，能够有效改善铸件组织结构、改善脆性相、改善晶粒形态和分布状况，从而提升铝合金轮毂的力学性能。
本发明的技术解决措施如下：一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，包括如下步骤：
S1：利用机械手将铝合金熔液倒入铸造模具中进行浇铸；
S2：在轮毂浇铸完成后的5s内将超声换能器的超声变幅杆插入所述铸造模具的浇口内，利用高能超声在铝合金熔液中形成气泡，引发空化现象；
S3：所述超声变幅杆在工作5-10s后抽离所述铸造模具，并用铝合金熔液对所述铸造模具进行补浇；
S4：对所述铸造模具内的轮毂铸件进行冷却凝固。
作为上述技术方案的优选，所述步骤S1中，所述铝合金熔液以先慢后快再慢的方式倒入所述铸造模具内。
作为上述技术方案的优选，在执行所述步骤S1前需对所述铸造模具进行预热，并于所述铸造模具内表面喷涂一层脱模剂。
作为上述技术方案的优选，所述步骤S2中，所述变幅杆的超声声强值为2.5-3.5W/cm2。
作为上述技术方案的优选，所述步骤S2中，当所述超声变幅杆插入所述铸造模具后，所述超声变幅杆的自由端距所述铸造模具底部的间距a预留为10-20mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤S4中的冷却方式为空冷，冷却时间为90s。
一种铝合金轮毂的超声波振动铸造装置，包括：一安装有铸造模具的工作台、固定设置在所述工作台上方的支架、位于所述铸造模具正上方的超声换能器、安装在所述支架上用于带动所述超声换能器在竖直方向往复直线运动的驱动装置，其中，所述铸造模具的中心设置有一浇口，所述超声换能器的下部设置有一与所述浇口相对的超声变幅杆。
作为上述技术方案的优选，所述驱动装置选用为气缸或液压油缸。
本发明的有益效果在于：1)通过超声变幅杆将高能超声传送至凝固过程中的铝合金溶液，通过高能超声，在铝合金溶液中形成气泡，引发空化现象，从而在铝合金溶液中形成瞬时的局部高温和高压，将已结晶长大的晶粒打碎，使晶粒得到细化，增加形成晶核的几率，使得轮毂铸件的力学性能得到显著的提升；
2)采用先慢后快再慢的方式进行浇铸能够有效提高轮毂的浇铸效果，保证了轮毂的浇铸质量；
3)超声变幅杆在抽离铸造模具后用铝合金熔液对进行补浇是为了防止轮毂在凝固过程中产生缩松疏松、裂纹等现象；
4)在铸造模具内表面喷涂一层脱模剂，以便于轮毂铸件成型后的卸取。
附图说明：
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明超声波振动铸造装置的结构示意图；
图中，10、工作台；20、支架；30、铸造模具；31、浇口；40、超声换能器；41、超声变幅杆；50、驱动装置。
具体实施方式：
实施例：以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
见图1所示，一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，包括如下步骤：S1：利用机械手将铝合金熔液倒入铸造模具30中进行浇铸；S2：在轮毂浇铸完成后的5s内将超声换能器40的超声变幅杆41插入所述铸造模具30的浇口31内，利用高能超声在铝合金熔液中形成气泡，引发空化现象；S3：所述超声变幅杆41在工作5-10s后抽离所述铸造模具30，并用铝合金熔液对所述铸造模具30进行补浇；S4：对所述铸造模具30内的轮毂铸件进行冷却凝固，冷却方式为空冷，冷却时间为90s。
在执行所述步骤S1前需对所述铸造模具30进行预热，并于所述铸造模具30内表面喷涂一层脱模剂，以便于轮毂铸件成型后的卸取。在所述步骤S1中，所述铝合金熔液以先慢后快再慢的方式倒入所述铸造模具30内，采用先慢后快再慢的方式进行浇铸能够有效提高轮毂的浇铸效果，保证了轮毂的浇铸质量。
在所述步骤S2中，所述超声变幅杆41的超声声强值为2.5-3.5W/cm2，所述超声变幅杆41的声强值大小直接影响着空化的效果，若所述超声变幅杆41的声强值太小则达不到理想的空化效果，若所述超声变幅杆41的声强值太大则易将铝合金熔液中的氧化皮打破，造成氧化夹渣。所述步骤S2中，当所述超声变幅杆41插入所述铸造模具30后，所述超声变幅杆41的自由端距所述铸造模具30底部的间距a预留为10-20mm，间距a能够避免所述超声变幅杆41与所述铸造模具30底部分流锥的触碰，确保所述超声变幅杆41正常工作。
具体作业过程，当铝合金熔液按照慢快慢的方式浇铸完成后，将所述超声变幅杆41通过所述浇口31直接插入所述铸造模具30的铝合金熔液中，利用所述超声换能器40将电能转变为声能，并通过所述超声变幅杆41将能量直接传递给铝合金熔液进行超声振动处理，通过高能超声，能够在铝合金熔液中形成气泡，并引发空化现象，在铝合金熔液中形成瞬时的局部高温和高压，将已结晶长大的晶粒打碎，使晶粒得到细化，来改善轮毂铸件组织结构、改善脆性相、改善晶粒形态和分布状况。同时，由超声波产生的空化泡在增加过程中，会随着内部熔液的蒸发而降低空化泡的温度，导致空化泡表面金属熔液温度降低，在其附近就有可能形成晶核，从而能够显著的提升轮毂铸件的力学性能。
见图1所示，一种铝合金轮毂的超声波振动铸造装置，包括：一安装有铸造模具30的工作台10、固定设置在所述工作台10上方的支架20、位于所述铸造模具30正上方的超声换能器40、安装在所述支架20上用于带动所述超声换能器40在竖直方向往复直线运动的驱动装置50，其中，所述铸造模具30的中心设置有一浇口31，所述超声换能器40的下部设置有一与所述浇口31相对的超声变幅杆41。所述驱动装置50选用为气缸或液压油缸。
使用过程中，利用所述驱动装置50带动所述超声换能器40下压，使得所述超声变幅杆41插入所述铸造模具30的浇口31内，利用所述超声变幅杆41在铝合金轮毂铸件凝固过程中导入超声场，施加振动来改善轮毂铸件的组织结构、改善脆性相、改善晶粒形态和分布状况、细化晶粒，从而提升铝合金轮毂的力学性能。
所述实施例用以例示性说明本发明，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对所述实施例进行修改，因此本发明的权利保护范围，应如本发明的权利要求所列。

Claims (8)

1.一种铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：利用机械手将铝合金熔液倒入铸造模具(30)中进行浇铸；
S2：在轮毂浇铸完成后的5s内将超声换能器(40)的超声变幅杆(41)插入所述铸造模具(30)的浇口(31)内，利用高能超声在铝合金熔液中形成气泡，引发空化现象；
S3：所述超声变幅杆(41)在工作5-10s后抽离所述铸造模具(30)，并用铝合金熔液对所述铸造模具(30)进行补浇；
S4：对所述铸造模具(30)内的轮毂铸件进行冷却凝固。
2.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其特征在于：所述步骤S1中，所述铝合金熔液以先慢后快再慢的方式倒入所述铸造模具(30)内。
3.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其特征在于：在执行所述步骤S1前需对所述铸造模具(30)进行预热，并于所述铸造模具(30)内表面喷涂一层脱模剂。
4.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其特征在于：所述步骤S2中，所述超声变幅杆(41)的超声声强值为2.5-3.5W/cm2。
5.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其特征在于：所述步骤S2中，当所述超声变幅杆(41)插入所述铸造模具(30)后，所述超声变幅杆(41)的自由端距所述铸造模具(30)底部的间距a预留为10-20mm。
6.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的超声波振动铸造工艺，其特征在于：所述步骤S4中的冷却方式为空冷，冷却时间为90s。
7.一种铝合金轮毂的超声波振动铸造装置，其特征在于，包括：一安装有铸造模具(30)的工作台(10)、固定设置在所述工作台(10)上方的支架(20)、位于所述铸造模具(30)正上方的超声换能器(40)、安装在所述支架(20)上用于带动所述超声换能器(40)在竖直方向往复直线运动的驱动装置(50)，其中，所述铸造模具(30)的中心设置有一浇口(31)，所述超声换能器(40)的下部设置有一与所述浇口(31)相对的超声变幅杆(41)。
8.根据权利要求7所述的铝合金轮毂的超声波振动铸造装置，其特征在于：所述驱动装置(50)选用为气缸或液压油缸。
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