CN108624767B - 一种铝合金轮毂制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车零部件领域，特别是一种铝合金轮毂制造方法，其采用的低压铸造工艺包括如下步骤：a)将铝合金材料进行熔炼得到铝液；b)将铝液温度调整到730‑760℃，细化处理；c)将步骤b)中的铝液经过除气之后进行保温；d)使铝液升液并充满模具型腔，然后进行保压；e)开模，取出铸件，进行固溶处理加不完全人工时效热处理；本发明通过先对铝合金熔炼铝液进行变质改良处理，再对铝液、模具的温度进行精准控制，最后对铸件进行特殊的热处理工艺，机加工同步采取刀具的调整，经加工涂装后使得到的铝合金轮毂不会出现强度不够又有白斑的情况；使得生产出来的铝合金轮毂质量更高，成品率大大提升，节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件领域，特别是一种铝合金轮毂制造方法。
背景技术
随着社会的发展，汽车已成为人们出行不可或缺的交通工具，汽车轮毂作为汽车中重要的配件，其质量不仅仅影响汽车的美观，而且会影响汽车的安全。铝合金轮毂由于具有重量轻、强度大、制动平衡性能好、精度高、导热性好、汽车油耗低等许多优点，已经被广泛应用于汽车轮毂制造领域。
现有的大部分铝合金轮毂制造企业都是采用低压铸造的方式来生产铝合金轮毂的，但现有技术中采用低压铸造生产的铝合金轮毂会集中在最热的碗口周围出现白斑，颜色多为暗白色，是因为靠近中心的铸件较厚，凝固速度慢，晶粒充分长大，因此采用现有的低压铸造工艺来生产铝合金轮毂，往往精车加工轮毂正面后碗口位置附近就会生产大量白斑，既影响轮毂的抗拉强度和使用寿命，也影响轮毂表面外观和后序表面加工处理。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种可防止低压铸造而成的铝合金轮毂生产白斑的铝合金轮毂制造方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金轮毂制造方法，其采用的低压铸造工艺包括如下步骤：
a)将铝合金材料进行熔炼得到铝液；
b)将铝液温度调整到730-760℃，加入铝钛硼进行细化处理；
c)将步骤b)中的铝液出炉并经过高纯度氮气除气，之后转入低压铸造机保温炉以680-700℃进行保温；
d)加压使步骤c)中铝液进入升液管进行升液并充满模具型腔，然后进行保压，保压期间控制模具浇口温度为490-520℃，模具小环(即PCD位置)温度为475-500℃，维持时间为280-300s；
e)开模，取出铸件，进行固溶处理加不完全人工时效热处理，即将铸件通过自动滚动输送进入热处理固溶炉中，加热到540±5℃，保温时间4.5h～6h，在25s内浸入水中，水温应控制80±5℃，然后经过热处理时效炉，时效温度160±5℃，保温时间2.5h，时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入机加工后再涂装。
更优的，所述步骤d)之前还有步骤d1)模具喷涂前先将模具进行预热，并保温在500℃，喷涂温度在220-250℃。
更优的，所述步骤b)中铝钛硼的加入量为熔炼合金材料质量的0.3％-0.5％。
更优的，所述步骤b)中还包括除渣步骤：向细化处理后的铝液中加入除渣剂，除渣剂的质量与铝钛硼的质量相等。
更优的，所诉步骤e)之前还包括模具冷却控制步骤：按照铝液充满模具型腔的从先到后的顺序依次冷却，且要保证铝合金轮毂的安装盘处的浇口位置最后冷却。
更优的，所述步骤e中还包括：所述铝合金轮毂的涂装粉线工件固化温度为170﹢2℃，时间为25分钟，漆线固化130﹢2℃，时间为20分钟。
具体的，所述步骤d)中加压至0.02-0.03Mpa使步骤c)中铝液进入升液管进行升液，升液时间为8-10s；继续加压至0.03-0.32Mpa，时间为8-10s至铝液充满模具型腔，然后将压力调整为0.088-0.092Mpa进行保压，保压时间为200-300s。
本发明通过先对铝合金熔炼铝液进行变质改良处理，再对铝液、模具各部分的温度进行精准控制，最后对铸件进行特殊的热处理工艺，经加工涂装后使得到的铝合金轮毂不会出现强度不够又有白斑的情况；使得采用所述铝合金轮毂制造方法生产出来的铝合金轮毂质量更高，成品率大大提升，节约了生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种铝合金轮毂制造方法，其采用的低压铸造工艺包括如下步骤：
a)将A356铝合金材料进行熔炼得到铝液；
b)将铝液温度调整到730-760℃，加入铝钛硼进行细化处理；
c)将步骤b)中的铝液出炉并经过高纯度氮气除气，之后转入低压铸造机保温炉以680-700℃进行保温；
d)加压使步骤c)中铝液进入升液管进行升液并充满模具型腔，然后进行保压，保压期间控制模具浇口温度为490-520℃，模具小环(即PCD位置)温度为475-500℃，维持时间为280-300s；
e)开模，取出铸件，进行固溶处理加不完全人工时效热处理，即将铸件通过自动滚动输送进入热处理固溶炉中，加热到540±5℃，保温时间4.5h～6h，在25s内浸入水中，水温应控制80±5℃，然后经过热处理时效炉，时效温度160±5℃，保温时间2.5h，时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入机加工后再涂装。
所述步骤d)之前还有步骤d1)模具喷涂前先将模具进行预热，并保温在500℃，喷涂温度在220-250℃。
所述步骤b)中铝钛硼的加入量为熔炼合金材料质量的0.3％-0.5％。
所述步骤b)中还包括除渣步骤：向细化处理后的铝液中加入除渣剂，除渣剂的质量与铝钛硼的质量相等。经过除渣之后铝液纯净度更高，使得铝合金轮毂的强度更高，出现白斑、裂纹或空眼等缺陷的概率更低，进一步提高了铝合金轮毂整体的强度和质量。
所诉步骤e)之前还包括模具冷却控制步骤：按照铝液充满模具型腔的从先到后的顺序依次冷却，且要保证铝合金轮毂的安装盘处的浇口位置最后冷却。因为铝合金轮毂浇注是采用的是中心浇注的工艺，是从铝合金轮毂的安装盘中心进行充型，将安装盘的中心当作浇口，铝液依次充满轮盘、轮辐、外轮缘区域、轮辋和内轮缘；而在模具结构以及冷却系统的工艺参数控制下，按照充型浇注从先到后的顺序依次冷却，安装盘处的浇口最后冷却，又由于在模具的浇口位置在一段时间内采用了控制保温措施，因此可以进一步有效的减少甚至消除铝合金轮毂中白斑的产生。
所述步骤e中还包括：所述铝合金轮毂的涂装粉线工件固化温度为170﹢2℃，时间为25分钟，漆线固化130﹢2℃，时间为20分钟；所述步骤d)中加压至0.02-0.03Mpa使步骤c)中铝液进入升液管进行升液，升液时间为8-10s；继续加压至0.03-0.32Mpa，时间为8-10s至铝液充满模具型腔，然后将压力调整为0.088-0.092Mpa进行保压，保压时间为200-300s。
根据铝合金轮毂的模具结构和制造成型原理，以及铝液改良后的特性，通过设置升液、冲型和保压等过程的工艺参数，能进一步保证铝液能按照工艺要求完全注满模具型腔，并在注入填充模具型腔的过程中利用这些工艺参数和模具本身预热的温度、模具结构调整的冷却系统参数以及型腔的涂料控制，使得铝合金的温度变化更加可控，进而使得铝合金轮毂生产出来后的质量也可控，有助于提高轮毂的成品率，节约生产成本。
下面通过申请人在实际生产17寸精车亮面的轮毂中的研发性生产实验来说明上述铝合金轮毂制造方法能达到的效果：
如下生产试验中采用行业内的A356铝合金轮毂为样本，其材料成分质量百分数配比为：Si：6.5％～7.5％，Mg：0.25％～0.45％，Ti：0.08％～0.2％，Cu：≤0.2％，Zn：≤0.1％；Fe：≤0.18％、Mn≤0.1％其他杂质元素总量不超过0.15％，其余为Al,一般来说硅可以使铝合金流动性增强，铸造性能好，减少铸造缺陷，另外还可以充当强化相，镁可以改变合金的硬度在热处理中主要起固溶强化和时效硬化的作用，钛影响铝液的细化，锶影响铝液的变质，成分的控制对产品的强度和材料性能至关重要。
表1铝合金硬度与“白斑”缺陷关系
从表1可知，铝合金的时效强化不仅取决于合金的成分、时效工艺，还取决于合金生产过程中补缩不足造成的缺陷(下表2做模温的分析)，目前已经论证时效强化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果，当铝合金轮毂铸件硬度在一定范围内得到提高时，可以改善“白斑”问题，其中当铝合金轮毂铸件的硬度达到HB88时，就可以完全避免了“白斑”缺陷。本申请中所述步骤e)中固溶处理加不完全人工时效热处理工艺参数限定的范围，加工涂装后保证铝合金轮毂的硬度达到85-90之间，即可以得到明显改善或消除白斑的参数范围。
表2模具温度与“白斑”缺陷关系
从表2可以看出，在调整生产参数时，为降低模具温度，生产周期压缩后，加工后的样件可以明显看到模具温度低，强制冷却后周期同时变短，白斑问题改善明显。通过加工及高倍显微镜观察分析，说明低压铸造在生产时，当改变模具温度场，模具温度最低时晶粒组织最致密，调整的参数冷却速度越快模具温度越低，共晶体组织的枝晶间距越小，车加工后白斑的问题会得到一定程度改善，平常的生产也可以通过改变对应白斑位置处的模具壁厚、调控最优的冷却参数通过降低生产周期等措施来降低模温以达到改善白斑的目的。
表3熔炼及变质改良工艺与“白斑”缺陷关系
炼合金材料质量为800Kg
从表3可以看出，组织的细化可有效改善合金的性能，对A356铝合金而言，组织的细化主要是指合金的基体－α铝固溶体的晶粒细化；通常在A356合金熔炼时，浇包出水后加入少量的铝钛硼，均匀搅拌，利用钛与铝形成的Al3Ti，Al3Ti为异质晶核，能作为α铝固溶体的结晶核心，起到异质核心作用，这种细化称为合金基础的细化作用，可以细化铝合金组织，改变铝合金轮毂碗口位置的晶粒枝间距，通过加工后的对比的样件分析，可明显改善白斑情况，还能提高产品的强度性能。
另在验证过程中我们在使用正常生产的轮型做验证时，轻微白斑也可以通过机加工进行加工改善
亮面轮的加工，在刀具上基本采用金刚石材质刀具对表面进行车削加工，它的主要特点就是锋利，热传递性能好；在刀具的设计上充分利用金刚石热传递性能好的优点，把刀片的厚角做小，让刀片起到挤压钝化的效果。这样刀具在实际加工过程中，刀片的后角对加工基材的挤压，可以改善轻微的白斑，从而达到消除白斑的亮面效果。
本发明通过先对铝合金熔炼铝液进行变质改良处理，再对铝液、模具各部分的温度进行精准控制，最后对铸件进行特殊的热处理工艺控制硬度范围，经加工涂装后使得到的铝合金轮毂不会出现强度不够又有白斑的情况；机加工同步采取刀具的调整，使得采用所述铝合金轮毂制造方法生产出来的铝合金轮毂质量更高，成品率大大提升，节约了生产成本。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种铝合金轮毂制造方法，其特征在于，采用的低压铸造工艺包括如下步骤：
a)将铝合金材料进行熔炼得到铝液；
b)将铝液温度调整到730-760℃，加入铝钛硼进行细化处理；
c)将步骤b)中的铝液出炉并经过高纯度氮气除气，转入低压铸造机保温炉以680-700℃进行保温；
d)加压使步骤c)中铝液进入升液管进行升液并充满模具型腔，然后进行保压，保压期间控制模具浇口温度为490-520℃，模具小环温度为475-500℃，维持时间为280-300s；
e)开模，取出铸件，进行固溶处理加不完全人工时效热处理，即将铸件通过自动滚动输送进入热处理固溶炉中，加热到540±5℃，保温时间4.5h～6h，在25s内浸入水中，水温应控制80±5℃，然后经过热处理时效炉，时效温度160±5℃，保温时间2.5h，时效处理后的汽车轮毂铸件冷却至室温，并在室温状态下停留8h，再转入机加工后并涂装；
所述步骤d)之前还有步骤d1)模具喷涂前先将模具进行预热，并保温在500℃，喷涂温度在220-250℃；
所述步骤b)中铝钛硼的加入量为熔炼合金材料质量的0.3％-0.5％；
所述步骤e) 中还包括：所述铝合金轮毂的涂装粉线工件固化温度为170﹢2℃，时间为25分钟，漆线固化130﹢2℃，时间为20分钟。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤b)中还包括除渣步骤：向细化处理后的铝液中加入除渣剂，除渣剂的质量与铝钛硼的质量相等。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤e)之前还包括模具冷却控制步骤：按照铝液充满模具型腔的从先到后的顺序依次冷却，且要保证铝合金轮毂的安装盘处的浇口位置最后冷却。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂制造方法，其特征在于，所述步骤d)中加压至0.02-0.03MPa 使步骤c)中铝液进入升液管进行升液，升液时间为8-10s；继续加压至0.03-0.32MPa ，时间为8-10s至铝液充满模具型腔，然后将压力调整为0.088-0.092MPa 进行保压，保压时间为200-300s。
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