CN106694855A - 一种低压铸造铝车轮模具 - Google Patents

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李鸿标
汪熙
李昌海
赵永旺
周洪海
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    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould

Abstract

本发明公开了一种低压铸造铝车轮模具，顶模（1）背腔分为三部分：轮辋区域的背腔线呈开口状，顶模壁厚由下至上15‑25mm递增；轮辐区域的背腔随形加工，顶模设置为等壁厚，壁厚20‑30mm；针对轮辋与轮辐连接的R角位置，顶模设置凸台（11），凸台（11）轴向壁厚为40‑60mm，径向壁厚在30‑50mm。本发明构建了利于铸件顺序凝固的温度梯度；在轮辋与轮辐连接的R角处设计了环形水冷结构，有针对性的对热节位置实现了快速降温，冷却能力更强，冷却范围更加精确，并不会对相邻薄壁部位产生不良影响，确保了铝液的顺畅补缩。

Description

一种低压铸造铝车轮模具
技术领域
本发明涉及铸造模具，具体的说涉及一种消除低压铸造铝车轮R角热节位置缺陷的模具。
背景技术
铝车轮要兼顾外观与安全的双重要求，这对各车轮生产厂家提出了很大的挑战。现阶段，约80%的铝车轮采用低压铸造成形工艺，该方法采用中心底注的方式，高温铝液在外界压力的驱动下进入模具，并在型腔中完成最终的凝固成形，从而获得尺寸、性能均达标的合格铸件。对于车轮造型而言，轮辐与轮辋交接R角处结构十分厚大，是典型的铸造热节，也是目前生产中的难点与重点所在。大量实践表明：R角位置缺陷造成的废品占总比例的70%以上，这主要是因为该处铸件壁厚，热量在此过于集中，造成铝液凝固速度缓慢，而前端轮辐壁厚相对较薄，凝固快，早早的将铝液流动通道堵塞，从而妨碍了对热节的有效补缩，导致出现缩松、缩孔等成形缺陷；此外，较低的过冷度会造成铸件结晶粗大，组织不致密，力学性能低下，很难通过后续的可靠性试验，影响了车轮的安全性能。同时，漫长的凝固过程延长了生产周期，提高了生产成本，不利于企业的良性发展。因此，如何解决R角位置的成形问题是摆在众多车轮工艺人员面前的一项难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低压铸造铝车轮模具，可有针对性的加强R角位置热节的冷却强度，并构建利于车轮顺序凝固的模具温度分布，从而解决生产中易出现的缩松、缩孔、力学性能低下等缺陷，提高成品率；缩短工艺周期，降低企业的制造成本，实现车轮的高效生产。
本发明的技术方案是：一种低压铸造铝车轮模具，包括顶模、边模、底模、水管接头、盖板、隔板、保温石棉。
顶模背腔分为三部分：轮辋区域的背腔线呈开口状，顶模壁厚由下至上15-25mm递增；轮辐区域的背腔随形加工，顶模设置为等壁厚，壁厚20-30mm；针对轮辋与轮辐连接的R角位置，顶模设置凸台，凸台轴向壁厚为40-60mm，径向壁厚在30-50mm。
凸台顶部设置为平面，侧部为锥面，并分别与相邻部位倒圆角光滑过渡。在凸台上设置U型截面环形水道，环形水道中间用隔板分成两部分。所述隔板为两块L型截面金属片，位置靠近于轮辐一侧，减弱对轮辐内侧的冷却。环形水道上设置盖板，盖板焊接密封在环形水道，保证不能漏水。
环形水道的盖板上设置水孔，水孔焊接进水管接头、出水管接头；进水管接头、出水管接头为两进两出，二者呈180°交叉对称分布，以保证冷却的均匀性；水管接头均选用不锈钢材料制作，减少锈蚀风险，提高使用寿命。
轮辋与轮辐连接的热节R角处设置的凸台，凸台上侧轮辋的下端设置上隔热槽，垂直于轮辋型面，并在内部塞满保温石棉；凸台下侧轮辐末端设置下隔热槽，垂直于轮辐，并在槽内塞满保温石棉。
在车轮浇注开始后，轮辋及以上部分一般在40-60s内即完成凝固结晶，之后便可开启R角位置的冷却，然后在保压结束前20-30s内关闭，冷却水流量一般设定为200-300L/h，水温为30℃左右，通过冷却水在水道内的高速循环流通，带走厚大热节位置聚集的热量，从而实现了高温铝液的快速凝固结晶，按上述工艺即可实现车轮铸件稳定、顺畅的生产。
本发明改进了模具顶模及冷却装置，通过对壁厚分段，构建了利于铸件顺序凝固的温度梯度。在轮辋与轮辐连接的R角处设计了环形水冷装置，有针对性的对热节位置实现了快速降温，其冷却能力更强，冷却范围更加精确，并不会对相邻薄壁部位产生不良影响，确保了铝液的顺畅补缩；消除了热节易出现的缩松、缩孔、力学性能低下等缺陷，提升了成品率的同时也大幅度改善了车轮的安全性能；此外，单件的工艺周期也有了明显的缩短，提高了生产效率，降低了企业的生产成本。
附图说明
图1是本发明中新型的低压铸造车轮模具装配示意图。
图2是本发明中顶模R角位置冷却结构示意图。
图中：1－顶模，11－凸台，12－环形水道，13－上隔热槽，14－下隔热槽，15－水道隔断，2－边模，3－底模，4－水管接头，41－进水管接头，42－出水管接头，5－盖板，51－圆形水孔，6－隔板，7－保温石棉。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种低压铸造铝车轮模具，包括顶模1、边模2、底模3、水管接头4、盖板5、隔板6、保温石棉7。
顶模1背腔分为三部分：轮辋区域的背腔线呈开口状，顶模壁厚由下至上15-25mm递增；轮辐区域的背腔随形加工，顶模设置为等壁厚，壁厚20-30mm；针对轮辋与轮辐连接的R角位置，顶模设置凸台11，凸台11轴向壁厚为40-60mm，径向壁厚在30-50mm。
凸台11顶部设置为平面，宽度在15-20mm，侧部则为锥面，与轴向呈5-10°夹角；凸台11与相邻部位光滑过渡，圆角尺寸设置为R5-10mm；凸台11上设置环形水道12，截面为U型，尺寸设计为8x12mm，根部R2-5mm，消除应力集中；环形水道12由两部分组成，在中间位置设置两处水道隔断15，水道隔断15厚度大于10mm，减小开裂风险；环形水道12上设置隔板6，隔板6截面呈L型，厚度为2mm，将其放置在水道12的靠轮辐一侧，并点焊使其牢固连接，这样便可以将冷却范围控制在R角一侧。
环形水道12上设置盖板5，盖板5与环形水道12焊接密封，要制定严格的焊接工艺流程，务必不能出现焊缝开裂漏水的现象。
盖板5的两端设置4个圆形水孔51，圆形水孔51尺寸为φ14mm；不锈钢材质的水管接头4，分别焊接在4个圆形水孔51；冷却管路设计为两进两出形式，单侧分别为进水管接头41和出水管接头42，进、出水管接头呈180°交叉布置，保证更均匀的冷却效果；将水管接头4连接外部冷却水存储设备，即形成了两段封闭的冷却水循环通路；
凸台11的上侧设置上隔热槽a13，垂直于轮辋侧壁，沿背腔周向分布，隔热槽a槽宽6-8mm，隔热槽a根部距型腔面>10mm，保证足够的模具强度；上隔热槽a13内要塞满石棉7，实现更好的保温隔热效果；在凸台11的下侧根部设置下隔热槽b14，垂直于轮辐，沿圆周分布，隔热槽b14槽宽6-8mm，隔热槽b14根部距型面>10mm，并在槽内塞满石棉隔热；两处隔热槽的设计目的是将冷却限定在厚壁R角位置，在实现强冷的同时又不影响相邻薄壁部位的温度分布，保证了更加精确的施冷。
在车轮浇注开始后，轮辋及以上部分一般在40-60s内即完成凝固结晶，之后便可开启R角位置的冷却，然后在保压结束前20-30s内关闭；冷却水流量设定为200-300L/h，冷却水温设定为25℃-35℃，按此工艺即可实现车轮铸件稳定、顺畅的生产。通过冷却水在水道内的高速循环流通，带走了厚大热节位置聚集的热量，实现了高温铝液的快速凝固，消除了易出现的缩松、缩孔等缺陷，力学性能也有了明显的提升，提高了产品的综合质量及成品率。
本发明对顶模壁厚分段设置，从模具自身传热的角度构建了利于铸件顺序凝固的温度梯度；在轮辋与轮辐连接的R角处设计了环形水冷结构，有针对性的对热节位置实现了快速降温，其冷却能力更强，冷却范围更加精确，并不会对相邻薄壁部位产生不良影响，确保了铝液的顺畅补缩；消除了热节易出现的缩松、缩孔、力学性能低下等缺陷，提升了成品率的同时也大幅度改善了车轮的安全性能；此外，单件的工艺周期也有了明显的缩短，提高了生产效率，降低了企业的生产成本。

Claims (3)

1.一种低压铸造铝车轮模具，包括顶模、边模、底模、水管接头、盖板、隔板、保温石棉，其特征在于：顶模背腔分为三部分：轮辋区域的背腔线呈开口状，顶模壁厚由下至上15-25mm递增；轮辐区域的背腔随形加工，顶模设置为等壁厚，壁厚20-30mm；针对轮辋与轮辐连接的R角位置，顶模设置凸台，凸台轴向壁厚为40-60mm，径向壁厚在30-50mm。
2.根据权利要求1所述的一种低压铸造铝车轮模具，其特征在于：凸台顶部设置为平面，侧部为锥面，并分别与相邻部位倒圆角光滑过渡；凸台上设置U型截面环形水道，环形水道中间用隔板分成两部分，所述隔板为两块L型截面金属片，位置靠近于轮辐一侧，环形水道上设置盖板，盖板焊接密封在环形水道，盖板上设置水孔，水孔焊接进水管接头、出水管接头；进水管接头、出水管接头为两进两出，二者呈180°交叉对称分布；凸台上侧轮辋的下端设置上隔热槽，垂直于轮辋型面，并在内部塞满保温石棉；凸台下侧轮辐末端设置下隔热槽，垂直于轮辐，并在槽内塞满保温石棉。
3.根据权利要求2所述的一种低压铸造铝车轮模具，其特征在于：凸台顶部宽度15-20mm，凸台侧部与轴向夹角5-10°；凸台与相邻部位过渡圆角尺寸设置为R5-10mm；凸台上设置的U型环形水道12，宽为8mm，高为12mm，根部R2-5mm，水道隔断15厚度大于10mm，隔板厚度为2mm，圆形水孔51直径为14mm，隔热槽a槽宽6-8mm，隔热槽a根部距型腔面>10mm，隔热槽b14槽宽6-8mm，隔热槽b14根部距型面>10mm。
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