CN110181024B - 轮毂低压铸造工艺 - Google Patents

Abstract

轮毂低压铸造工艺，包括用于制造轮毂的轮毂型腔、用于容纳金属熔液的保温炉以及连通轮毂型腔与保温炉内容腔的升液管，其中轮毂型腔包括用于铸造轮毂的轮辐和中央安装台的第一型腔，以及用于铸造轮毂的轮辋的第二型腔，第一型腔与第二型腔相互连通，还包括有连通第一型腔的熔液入口，熔液入口连通升液管;本发明的有益技术效果在于，由于将充型阶段分为充型第一阶段和充型第二阶段，并把升液阶段、充型第一阶段和充型第二阶段的升压速率的关系配置为A1＞A3＞A2，从而能够还好地控制金属熔液在升液管、第一型腔和第二型腔的流速，在保证轮毂铸件的温度场保持平衡的基础上，有效地减少了空气和氧化膜的卷入而引发的缺陷，有效提高轮毂铸件的质量。

Description

轮毂低压铸造工艺

技术领域

本发明涉及一种铸造工艺，特别是涉及一种用于制造汽车轮毂的轮毂低压铸造工艺，所述铸造工艺可大大提高所述轮毂铸件的制造质量。

背景技术

轮毂是汽车产品中最为核心的部件之一，常见的结构如图1所示，轮毂1包括呈筒状的轮辋11和呈辐射状布置在所述轮辋11的筒内空间中的多条辐条12，所述辐条12的数量一般设置为不少于3条。在所述辐条12的交汇处还设置有用于连接动力输出轴的中央安装台13 。从图1所示的结构可看出，所述中央安装台13 、辐条12和轮辋11的壁厚呈梯度变化，其中所述中央安装台13的壁厚最大，而所述轮辋11的壁厚最小并且厚度变化不大。所述轮毂一般采用低压铸造工艺来制造。低压铸造过程可简单划分为充型和凝固两个阶段，行业内的充型工艺大多分为三段，分别为升液阶段、充型阶段以及增压阶段。例如中国发明专利申请201610116512.3中公开的一种用于铝合金铸件产品的高低压铸造工艺，包括如下步骤：步骤S1:将模具合模；步骤S2:将铝液用不超过1.2KG的压力充满模具的型腔；步骤S3:用5～35KG的压力对铝液进行保压步骤S4:等待铝液冷却、凝固成型；步骤S5:将模具开模，取出铸件。但是由于受到轮毂产品结构的影响，通过上述传统低压铸造工艺制造出来的轮毂铸件常常带有气孔而导致轮毂铸件内部组织疏松，甚至在铸造过程中卷入氧化膜，所述氧化膜流至轮毂铸件表面而导致开裂，严重地影响到轮毂铸件的质量。

发明内容

面对上述技术问题，本发明人曾尝试从轮毂铸件的结构、轮毂制造模具结构、冷却结构等方面进行改进，但是效果仍然不理想，在轮毂产品上仍然出现气泡或氧化膜引致的开裂现象。经过长期的研究试验后，本发明人尝试从铸造工艺方面进行改进，提出如下的解决方案：一种轮毂低压铸造工艺，包括用于制造轮毂的轮毂型腔、用于容纳金属熔液的保温炉以及连通所述轮毂型腔与所述保温炉内容腔的升液管，其中所述轮毂型腔包括用于铸造所述轮毂的轮辐和中央安装台的第一型腔，以及用于铸造所述轮毂的轮辋的第二型腔，所述第一型腔与所述第二型腔相互连通，还包括有连通所述第一型腔的熔液入口，所述熔液入口连通所述升液管；其特征在于，所述轮毂的铸造工艺包括以下步骤：

1） 升液阶段：在所述保温炉内储存金属熔液，在常压状态下，为所述保温炉的内容腔配置以常压为起点并以升压速率A1递增的升液内压，所述保温炉内的金属熔液在所述升液内压的作用下流入所述升液管；进一步的技术方案还可以是，在所述升液阶段把升压速率A1设置为20±2mbar/s，并且以升压速率A1持续加压10±2s；

2） 充型第一阶段：为所述保温炉的内容腔配置以升压速率A2递增的充型初期内压，A2< A1，所述保温炉内的金属熔液在所述充型初期内压的作用下流经所述熔液入口流入所述第一型腔，或者还有小部分金属熔液进入到所述第二型腔；进一步的技术方案还可以是，在所述充型第一阶段把升压速率A2设置为不高于2mbar/s，并且以升压速率A2持续加压10±2s；

3） 充型第二阶段：为所述保温炉的内容腔配置以升压速率A3递增的充型后期内压，A1＞A3＞A2，所述保温炉内的金属熔液在所述充型后期内压的作用下流入到所述第二型腔并填充满所述第二型腔；进一步的技术方案还可以是，在所述充型第二阶段把升压速率A3设置为6±2mbar/s，并且以升压速率A3持续加压15±2s；

4） 增压阶段：为所述保温炉的内容腔配置以升压速率A4递增的增补内压，A4＞A1；进一步的技术方案还可以是，在所述增压阶段把升压速率A4设置为45±5mbar/s，并且以升压速率A4持续加压10±1s。

其中，所述升液阶段是将所述保温炉内的金属熔液提升到所述升液管内的过程。在此过程中，所述升液内压大于常压并以相对快的速度逐步升高。由于整个所述升液管的液体流通横截面积基本一致，金属熔液在所述升液管内流动时流态相对平稳，据此，此阶段配置了较大的升压速率来适当加快金属熔液的充型速度以提高铸造效率，例如可以把升压速率A1设置为18 mbar/s、20 mbar/s或22 mbar/s，并且以升压速率A1持续加压8s、10s或12s。

其中，所述充型第一阶段是主要对所述第一型腔进行充型的过程。在此过程中，金属熔液将经过所述熔液入口进入所述第一型腔，但是并不排除有小部分金属熔液会进入到所述第二型腔，但并不填充满所述第二型腔。由于所述熔液入口的液体流通横截面积相对所述升液管的小会导致金属熔液的流速骤然加快。因此，为了防止金属熔液流经所述熔液入口进入到所述第一型腔内后出现紊流状态而卷入大量的空气和氧化膜，本阶段通过降低升压速率来适当降低金属熔液的充型速度从而能够让所述金属熔液以平稳流态在所述第一型腔中流动。例如把升压速率A2设置为1 mbar/s 或2mbar/s，并且以升压速率A2持续加压8s、10s或12s。这样所述充型第一阶段的充型初期内压以慢于所述升液阶段的升压速率缓慢升高。

其中，所述充型第二阶段是充型的最后阶段，需要填充满所述第二型腔。此过程中金属熔液填充的第二型腔属于铸造所述轮毂的轮辋部位，由于整个所述第二型腔的液体流通横截面积变化相对较小，同时为了避免金属熔液的热量散失过快以及出现充型不足，此阶段提升升压速率以适当增加金属熔液的充型速度。例如把升压速率A3设定为4 mbar/s 、7mbar/s或8 mbar/s，并且以升压速率A3持续加压13s、15s或17s。这样所述充型第二阶段的充型后期内压以快于所述充型第一阶段的升压速率缓慢升高。

其中，在所述增压阶段中金属熔液已经完全充满型腔，这时候通过迅速增压，保证所述轮毂铸件在高压下结晶凝固形成致密的内部组织。例如把升压速率A4设置为40 mbar/s 、45mbar/s或50 mbar/s，并且以升压速率A4持续加压9s、10s或11s。

进一步的技术方案还可以是，在所述增压阶段后还包括有保压阶段，保压阶段维持所述增压阶段完成后所达到的最高压力一段时间。例如当所述增压阶段完成后所达到的最高压力为800 mbar，所述保压阶段将维持800 mbar一段时间。

根据上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于，由于将充型阶段分为所述充型第一阶段和所述充型第二阶段，并把所述升液阶段、所述充型第一阶段和所述充型第二阶段的升压速率的关系配置为A1＞A3＞A2，从而能够还好地控制金属熔液在所述升液管、所述第一型腔和所述第二型腔的流速，在保证所述轮毂铸件的温度场保持平衡的基础上，有效地减少了空气和氧化膜的卷入而引发的缺陷，有效提高所述轮毂铸件的质量。

由于本发明具有上述特点和优点，为此可以应用到轮毂低压铸造工艺中。

附图说明

图1 是目前较为常见的汽车轮毂的剖面结构示意图；

图2 是用于实现本发明技术方案的轮毂低压铸造工艺的设备的结构示意图；

图3 是在所述轮毂低压铸造工艺中，所述保温炉的内压（P）-时间（t）的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对应用本发明技术方案的轮毂低压铸造工艺作进一步的说明。

如图2所示为用于实现轮毂低压铸造工艺的设备，包轮毂模具2、用于容纳金属熔液的保温炉5以及升液管4。其中，所述轮毂模具2包括一对侧模（21、21a）和分置在一对所述侧模（21、21a）的上下两侧的上模22和下模23。在一对所述侧模（21、21a）、上模22和下模23之间围成有用于制造轮毂的轮毂型腔3。所述轮毂型腔3包括用于铸造所述轮毂的轮辐和中央安装台的第一型腔31，以及用于铸造所述轮毂的轮辋的第二型腔32，所述第一型腔31与所述第二型腔32相互连通，还包括有连通所述第一型腔31的熔液入口33，所述熔液入口33连通所述升液管4。如此所述升液管4连通设置于所述轮毂型腔3与所述保温炉5内容腔之间。

所述轮毂低压铸造工艺包括以下步骤，在此过程中所述保温炉5的内压（P）-时间（t）的变化曲线图如图3所示，为了便于计算，图中把原点0拟定为1个大气压：

第一，升液阶段：在所述保温炉5内储存金属熔液，在常压状态下，为所述保温炉5的内容腔配置以常压为起点并以升压速率A1递增的升液内压。其中把升压速率A1设置为20±2mbar/s，并且以升压速率A1持续加压10±2s。在本实施方式中升压速率A1设置为20mbar/s，持续时间为10s，最终所述保温炉5内压从常压逐步增大到1200mbar即200mbar +100KPa（一个标准大气压）。所述保温炉5内的金属熔液在所述升液内压的作用下流入所述升液管4。由于整个所述升液管4的液体流通横截面积基本一致，金属熔液在所述升液管4内流动时流态相对平稳，据此，此阶段配置了较大的升压速率来适当加快金属熔液的充型速度以提高铸造效率。

第二，充型第一阶段：为所述保温炉5的内容腔配置以升压速率A2递增的充型初期内压，A2< A1。A2设置为不高于2mbar/s，并且以升压速率A2持续加压10±2s。在本实施方式中所述升压速率A2设置为2mbar/s，并且以升压速率A2持续加压10s，最终所述保温炉5的内压从1200mbar逐步提升到1220mbar即 220mbar+100KPa（一个标准大气压）。所述保温炉5内的金属熔液在所述充型初期内压的作用下流经所述熔液入口33流入所述第一型腔31，并且还有小部分金属熔液进入到所述第二型腔32但不填满所述第二型腔32。当然在其他的实施方式中，可只把金属熔液流经所述熔液入口33流入所述第一型腔31而未流入到所述第二型腔32的过程界定为所述充型第一阶段。由于所述熔液入口33的液体流通横截面积相对所述升液管4的小会导致金属熔液的流速骤然加快。因此，为了防止金属熔液流经所述熔液入口33进入到所述第一型腔31内后出现紊流状态而卷入大量的空气和氧化膜，本阶段通过降低升压速率来适当降低金属熔液的充型速度从而能够让所述金属熔液以平稳流态在所述第一型腔31中流动。

第三，充型第二阶段：为所述保温炉5的内容腔配置以升压速率A3递增的充型后期内压，A1＞A3＞A2。升压速率A3设置为6±2mbar/s，并且以升压速率A3持续加压15±2s。在本实施方式中所述升压速率A3设置为7mbar/s，持续时间为15s，最终所述保温炉5的内压从1220mbar逐步提升到1325mbar即325mbar+100KPa（一个标准大气压）。所述保温炉5内的金属熔液在所述充型后期内压的作用下流入到所述第二型腔32并填充满所述第二型腔32。由于整个所述第二型腔32的液体流通横截面积变化相对较小，同时为了避免金属熔液的热量散失过快以及出现充型不足，此阶段通过提升升压速率以适当增加金属熔液的充型速度。

第四，增压阶段：为所述保温炉5的内容腔配置以升压速率A4递增的增补内压，A4＞A1。A4设置为45±5mbar/s，并且以升压速率A4持续加压10±1s。在本实施实施方式中，所述升压速率A4设置为50mbar/s，并且以升压速率A4持续加压10s，最终所述保温炉5的内压从1325mbar逐步提升到1825mbar即825 mbar+100KPa（一个标准大气压）。在所述增压阶段中金属熔液已经完全充满型腔，这时候通过迅速增压保证所述轮毂铸件在高压下结晶凝固形成致密的内部组织。

第五，保压阶段：保压阶段维持所述增压阶段完成后所达到的最高压力1825mbar一段时间，在本实施方式中保压时间为50s。

第六，冷却阶段：对形成于所述轮毂型腔3内的所述轮毂铸件进行冷却处理。

根据上述技术方案，由于将充型阶段分为所述充型第一阶段和所述充型第二阶段，并把所述升液阶段、所述充型第一阶段和所述充型第二阶段的升压速率的关系配置为A1＞A3＞A2，从而能够还好地控制金属熔液在所述升液管4、所述第一型腔31和所述第二型腔32的流速，在保证所述轮毂铸件的温度场保持平衡的基础上，有效地减少了空气和氧化膜的卷入而引发的缺陷，有效提高所述轮毂铸件的质量。

Claims (6)

1.轮毂低压铸造工艺，包括用于制造轮毂的轮毂型腔、用于容纳金属熔液的保温炉以及连通所述轮毂型腔与所述保温炉内容腔的升液管，其中所述轮毂型腔包括用于铸造所述轮毂的轮辐和中央安装台的第一型腔，以及用于铸造所述轮毂的轮辋的第二型腔，所述第一型腔与所述第二型腔相互连通，还包括有连通所述第一型腔的熔液入口，所述熔液入口连通所述升液管；其特征在于，所述轮毂的铸造工艺包括以下步骤：

升液阶段：在所述保温炉内储存金属熔液，在常压状态下，为所述保温炉的内容腔配置以常压为起点并以升压速率A1递增的升液内压，所述保温炉内的金属熔液在所述升液内压的作用下流入所述升液管；

充型第一阶段：为所述保温炉的内容腔配置以升压速率A2递增的充型初期内压，A2< A1，所述保温炉内的金属熔液在所述充型初期内压的作用下流经所述熔液入口流入所述第一型腔，或者还有小部分金属熔液进入到所述第二型腔；

充型第二阶段：为所述保温炉的内容腔配置以升压速率A3递增的充型后期内压，A1＞A3＞A2，所述保温炉内的金属熔液在所述充型后期内压的作用下流入到所述第二型腔并填充满所述第二型腔；

增压阶段：为所述保温炉的内容腔配置以升压速率A4递增的增补内压，A4＞A1。

2.根据权利要求1所述的轮毂低压铸造工艺，其特征在于，在所述增压阶段后还包括有保压阶段，保压阶段维持所述增压阶段完成后所达到的最高压力一段时间。

3.根据权利要求1或2所述的轮毂低压铸造工艺，其特征在于，在所述升液阶段把升压速率A1设置为20±2mbar/s，并且以升压速率A1持续加压10±2s。

4.根据权利要求1或2所述的轮毂低压铸造工艺，其特征在于，在所述充型第一阶段把升压速率A2设置为不高于2mbar/s，并且以升压速率A2持续加压10±2s。

5.根据权利要求1或2所述的轮毂低压铸造工艺，其特征在于，在所述充型第二阶段把升压速率A3设置为6±2mbar/s，并且以升压速率A3持续加压15±2s。

6.根据权利要求1或2所述的轮毂低压铸造工艺，其特征在于，在所述增压阶段把升压速率A4设置为45±5mbar/s，并且以升压速率A4持续加压10±1s。

Images