CN114951605B - 一种锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，涉及铝合金汽车轮毂的制造方法，铝合金汽车轮毂的一部分锻造而成、另一部分铸造而成，两者之间通过接界处半熔融态的界面紧密结合在一起；包括封闭锻坯的锻造，内定位凹槽、外定位凹槽的加工，锻造毛坯的旋压，与低压铸造模具的底模配合浇铸压铸造坯料，冷却后机加工、喷漆等工序。本发明将锻、铸两种成型工艺有机结合，节约铸造模具，有效降低成本的同时提升轮毂性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金汽车轮毂的制造方法，详细讲是一种将锻、铸两种成型工艺有机结合，节约铸造模具，有效降低成本的同时，轮毂性能优越的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法。
背景技术
我们知道，现行的铝合金汽车轮毂的制造方法主要包括重力铸造、低压铸造、铸造旋压法和锻造旋压法等。我国的铝合金轮毂制造以铸造为主，因受自身成本以及成型工艺的制约，重力铸造、低压铸造工艺生产的铝合金汽车轮毂的性能均较差。冲压锻造法和旋压锻造法生产的铝合金汽车轮毂虽然具有质量更轻、强度更高，更结实等性能上的优点，但完全锻造工艺的程序多、效率低，生产成本较高，且只适合锻造外表面造型结构简单的轮毂，无法满足人们对轮毂表面复杂美感及个性化的追求。
国家知识产权局公开了一种名称为：一种轮毂铸锻设备的铸锻方法、专利号为：201811281202.2的发明专利申请，该专利公开了铝合金汽车轮毂的制造方法是先铸造出铝合金汽车轮毂毛坯，然后对铝合金汽车轮毂毛坯进行模锻，需要的模具数量多，制造成本高；且铝合金汽车轮毂的外观固定，变更外观的成本高。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种铝合金汽车轮毂的性能较高、制造成本低而效率高，大幅精简模具结构，省去上模和4块侧模的模具主要部件、大幅减少模具投入，铝合金汽车轮毂的外观根据需要智能设定，且改变外观成本低的锻铸结合式铝合金汽车轮毂的制造方法。
本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于铝合金汽车轮毂的一部分锻造而成、另一部分铸造而成，两者之间通过接界处半熔融态的界面紧密结合在一起；具体步骤如下：
步骤一、选择锻铝合金棒料进行锻造，锻造出中间具有中心毂凸台、外侧上方具有环形的旋前轮辋余料环、外侧下方具有外轮缘凸起，外轮缘凸起外侧下方具有与铸造底模配合安装的环形连接凸环的封闭锻坯；中心毂凸台的厚度和直径小于中心毂的厚度和直径，中心毂凸台与旋前轮辋余料环之间的封闭锻坯厚度2-8mm（优选4-6 mm）；
步骤二、将封闭锻坯的中心毂凸台外侧上加工出内定位凹槽，在外轮缘凸起内侧上部加工出外定位凹槽；
步骤三、封闭锻坯预热，将旋压模具预热，对旋前轮辋余料环进行旋压，旋出内轮缘、轮辋结构，得到锻造毛坯；
步骤四、将锻造毛坯进一步预热，锻造毛坯经连接凸环与低压铸造模具的底模的外侧相配合固定安装在其上；
步骤五、通过低压铸造模具底模的底模浇口，向底模与锻造毛坯围合而成的型腔内浇铸铸铝合金液体、进行充型；
步骤六、当充型完成并完全冷却后，低压铸造出的坯料与锻造毛坯结合在一起，得到锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯；
步骤七、对锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯进行机加工、喷漆等工序，得到锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂。
对锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯进行机加工及其以后工序，皆与普通铝合金汽车轮毂工艺相同，不再赘述。
本发明中步骤一所述的对锻铝合金棒料进行锻造的过程为闭塞锻造。选用的锻铝合金为牌号为6061或6082的棒料；铸铝合金选用A356铸铝。
本发明进一步改进，在步骤一碾锻过程中，在除中心毂凸台外的封闭锻坯下侧面上锻造出呈网状的深度0.2-1 mm、宽度0.5-2mm的网格排气槽，在封闭锻坯下侧面的气体聚集处锻造出与网格排气槽连通的排气孔球窝，；在步骤二中，在排气孔球窝内加工上下贯穿封闭锻坯的排气孔。后序铸造时可以轻易排出型腔内的气体、排气效果好，且可以使锻造部分与铸造部分结合更加牢固；且浇铸的铸铝合金液体进入网格排气槽和排气孔球窝、排气孔内，增大结合面积，互相熔合渗透后，进一步提高结合的牢固性。
本发明进一步改进，步骤四中，将锻造毛坯进一步预热到480-550℃；在步骤五中，向底模与锻造毛坯围合而成的型腔内浇铸的铸铝合金液体温度为650-710℃。上述优选温度范围，系经过多次试验验证得到的数据，按此范围控制，则在铸铝合金液体与锻造毛坯下侧面接触处，锻造毛坯在厚度方向的0.5-1.2mm部分熔化，两者相交部位形成由中央向两侧由深到浅的融合态的材料混合体，打破两者之间的原有边界，冷却后两种不同铝材之间紧密凝固成一体，使得锻铸结合毛坯体结合的更牢固。若超出上述优选温度范围，例如锻坯预热温度太低，则会造成锻坯与铸铝铝水之间温差较大，导致两者合体后，结合强度变差，机械性能降低；但如果锻坯预热温度过高，铸铝合金铝液与锻坯接触后，铸铝铝液持续给锻坯升温，锻坯熔化部分会过大（≥1.5mm），则尺寸及余量方面就会远超预期。
本发明进一步改进，所述的排气孔为直径为0.75- 1.25mm的通孔。经过多次试验验证，在低压铸造充型阶段，在0.45Mpa-0.75Mpa充型压力下，既可以充分排出型腔内的气体，气体排空(充型结束 )后又能在开口部位通过铝水逐步冷却凝固很快自行封堵住开口，避免跑铝。
本发明进一步改进，在轮辐之间的窗口内钻有一个通风排水孔；通风排水孔的总面积在3-5平方厘米。可以确保轮毂成品的通风散热，以及淬火时将浸水过程中滞留在毛坯内的水及时排出，
本发明将锻、铸两种成型工艺相结合，封闭锻坯的锻造和内轮缘、轮辋的旋压锻造程序简单，效率高，锻造部分的性能高，可提升轮毂的整体性能。中心毂、轮辐的浇铸过程，无需充型远离浇口的轮辋及内轮缘部位，且低压铸造部分的体积较同型号的常规产品约减少45-50%，故仅需较短的保压周期（约15秒钟到20秒钟），即可完成充型，而常规等规格的轮毂，充型时间约为35到45秒钟，本方案大大提升了铸造效率。铸造过程仅需要现有的低压铸造模具中的底模，节约了4块侧模和上模，模具投入大大降低；变换轮毂外观形状只需更换底模即可，所需成本较低。为满足终端用户个性化定制，可将锻造毛坯与底模配合的“接口部位”（环形连接凸环）实施标准化，同一接口的锻坯，可以与多种不同外观的底模配合，如此可预先锻造出大量的锻造毛坯，根据市场需要配合不同的底模即可制出不同外型的铝合金汽车轮毂。使用本发明提供的方法制造的铝合金汽车轮毂的性能较高、制造成本不高，所需模具数量少、模具投入小，铝合金汽车轮毂的外观可根据需要设定，且改变外观成本低，可以满足客户个性化定制的市场长远需求。
附图说明
图1为步骤一锻造出的封闭锻坯的结构示意图。
图2为步骤二加工完成后的封闭锻坯的结构示意图。
图3为步骤三锻造出的锻造毛坯的结构示意图。
图4为步骤五的进行时的结构示意图。
图5是步骤6制得的锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯的结构示意图。
图6是步骤7制得的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的结构示意图。
具体实施方式
一种锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于铝合金汽车轮毂的一部分锻造而成、另一部分铸造而成；具体步骤如下：
步骤一、选择牌号为6061的锻铝合金棒料进行锻造，以轮辋直径为19寸的轮型为例，则棒料直径选择在Φ230-Φ270之间为宜。对棒料加热到400±10℃左右，锻造模具加热到410℃以上，对棒料进行碾锻，本过程为闭塞锻造。
锻造出中间具有中心毂凸台1、外侧上方具有环形的旋前轮辋余料环2、外侧下方具有向外倾斜的外轮缘凸起3，外轮缘凸起3外侧下方具有与铸造底模11配合封闭连接安装的环形连接凸环4的封闭锻坯；上述各部均有余量，便于加工
中心毂凸台1的厚度和直径小于中心毂14(轴毂)的厚度和直径，中心毂凸台1与旋前轮辋余料环2之间的封闭锻坯部分的厚度为5mm，封闭锻坯下侧面为与铸造底模11配合的回转面；
步骤二、在封闭锻坯的中心毂凸台1外侧上用镗刀在轮毂径向方向上加工出环形的内定位凹槽5，在外轮缘凸起3内侧上部与旋前轮辋余料环2相连处用镗刀在轮毂径向方向上加工出外定位凹槽8；
步骤三、将封闭锻坯加热到300±10℃，将旋压模具加热到300-330℃，然后对旋前轮辋余料环2进行旋压，旋出内轮缘9和轮辋10的结构（包含加工余量），得到锻造毛坯；
步骤四、将锻造毛坯进一步预热490-510℃，将锻造毛坯经连接凸环4与低压铸造模具的铸造底模11的外侧相配合、固定安装在低压铸造模具的铸造底模11上；锻造毛坯的下侧面除中心毂凸台1、内定位凹槽5、外定位凹槽8以及与底模的辐条槽相对处外，其余部分与底模11上侧面接触或距离小于0.5mm；
步骤五、通过低压铸造模具底模的底模浇口12，向底模与锻造毛坯围合而成的型腔内浇铸温度为660-680℃的铸铝合金液体（铝水）16、进行充型；铸铝合金液体16注满底模上的轮辐槽、轴毂槽和内定位凹槽5、外定位凹槽8。铸铝合金液体16与锻造毛坯下侧面接触处，可使锻造毛坯在厚度方向的0.6-1mm部分熔化，两者相交部位形成由中央向两侧由深到浅的融合态的材料混合体，打破两者之间的原有边界，冷却后两种不同铝材之间紧密凝固成一体，结合更牢固。锻铝合金和铸铝合金间的熔化温度差不易高于50℃，优选锻铝合金和铸铝合金间的熔化温度差低于30℃的锻铝合金和铸铝合金，否则二者不易部分熔化、相互渗透，冷却过程影响产品质量。
步骤六、当充型完成并完全冷却后，低压铸造出的坯料（包括轮辐、轴毂外侧部分、内定位凸起和外定位凸起）与锻造毛坯结合在一起，得到锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯；
步骤七、对锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯进行机加工、喷漆等工序，得到锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂。
对锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯进行机加工及其以后工序，皆与普通铝合金汽车轮毂工艺相同，不再赘述。
本发明进一步改进，在步骤一碾锻过程中，在封闭锻坯（除中心毂凸台、外轮缘凸起和连接凸环外的）下侧面上锻造出呈矩形网格状设置的深度0.5mm、宽度1mm的网格排气槽；相邻两个平行的网格排气槽间的距离3-8 mm；在封闭锻坯下侧面的气体聚集处（下侧面的位置最高或相对较高的几处）锻造出与网格排气槽连通的排气孔球窝6、7，排气孔球窝6、7的直径8mm、深度3.5mm，呈半球状；在步骤二中，在排气孔球窝6、7内的球窝底部加工上下贯穿封闭锻坯的排气孔。后序铸造时可以轻易排出型腔内的气体、排气效果好，锻造部分与铸造部分结合牢固；且浇铸的铸铝合金液体进入网格排气槽和排气孔球窝、排气孔内，增大结合面积，互相熔合渗透后，进一步提高结合的牢固性。
网格排气槽和排气孔球窝的锻造可以是在锻造模具上设置网状的高0.5mm、宽度1mm的凸棱，在排气孔球窝相对的锻造模具上设置直径8mm、高度3.5mm的半球台，如此在锻造环节就可以在锻坯上锻出深度约0.5mm宽度1mm的网格状排气槽，在需要设置排气孔球窝的位置锻出开口直径8mm、高度3.5mm的排气孔球窝。排气孔球窝底部对应的封闭锻坯的厚度约为1.5mm，以方便后续加工排气孔，网格排气槽经纬交织互通，且与排气孔球窝相通，后序铸造时可以轻易排出型腔内的气体；另外，对应轮辋及轮缘部位的毛坯余量在本工序是碾煅在一起的，需要根据余量计算好对应体积，后道工序在将该部位旋压出轮辋和轮缘的加余量后的轮廓。
本发明进一步改进，在轮辐之间的窗口内钻有一个通风排水孔13；通风排水孔13的总面积在3-5平方厘米。可以确保轮毂成品的通风散热，以及淬火时将浸水过程中滞留在毛坯内的水及时排出，
本发明将锻、铸两种成型工艺相结合，封闭锻坯的锻造和内轮缘、轮辋的旋压锻造程序简单，效率高，锻造部分的性能高，可提升轮毂的整体性能。中心毂、轮辐的浇铸过程，无需充型远离浇口的轮辋及内轮缘部位，且低压铸造部分的体积较同型号的常规产品约减少45-50%，故仅需较短的保压周期（约15秒钟到20秒钟），即可完成充型，而常规等规格的轮毂，充型时间约为35到45秒钟，本方案大大提升了铸造效率。铸造过程仅需要现有的低压铸造模具中的底模，节约了4块侧模和上模，模具投入大大降低；变换轮毂外观形状只需更换底模即可，所需成本较低。为满足终端用户个性化定制，可将锻造毛坯与底模配合的“接口部位”（环形连接凸环）实施标准化，同一接口的锻坯，可以与多种不同外观的底模配合，如此可预先锻造出大量的锻造毛坯，根据市场需要配合不同的底模即可制出不同外型的铝合金汽车轮毂。使用本发明提供的方法制造的铝合金汽车轮毂的性能较高、制造成本不高，所需模具数量少、模具投入小，铝合金汽车轮毂的外观可根据需要设定，且改变外观成本低，可以满足客户个性化定制的市场长远需求。
Claims (6)
1.一种锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于铝合金汽车轮毂的一部分锻造而成、另一部分铸造而成，两者之间通过接界处半熔融态的界面紧密结合在一起；具体步骤如下：
步骤一、选择锻铝合金棒料进行锻造，锻造出中间具有中心毂凸台、外侧上方具有环形的旋前轮辋余料环、外侧下方具有外轮缘凸起，外轮缘凸起外侧下方具有与铸造底模配合安装的环形连接凸环的封闭锻坯；中心毂凸台的厚度和直径小于中心毂的厚度和直径，中心毂凸台与旋前轮辋余料环之间的封闭锻坯厚度2-8mm；
步骤二、将封闭锻坯的中心毂凸台外侧上加工出内定位凹槽，在外轮缘凸起内侧上部加工出外定位凹槽；
步骤三、封闭锻坯预热，将旋压模具预热，对旋前轮辋余料环进行旋压，旋出内轮缘、轮辋结构，得到锻造毛坯；
步骤四、将锻造毛坯进一步预热，锻造毛坯经连接凸环与低压铸造模具的底模的外侧相配合固定安装在其上；
步骤五、通过低压铸造模具底模的底模浇口，向底模与锻造毛坯围合而成的型腔内浇铸铸铝合金液体、进行充型；
步骤六、当充型完成并完全冷却后，低压铸造出的坯料与锻造毛坯结合在一起，得到锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯；
步骤七、对锻铸智能结合式铝合金轮毂毛坯进行机加工、喷漆工序，制得锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂。
2.根据权利要求1所述的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于所述的对锻铝合金进行锻造的过程为闭塞锻造；选用的锻铝合金棒料为牌号为6061或6082的棒料；铸铝合金选用A356铸铝。
3.根据权利要求1或2所述的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于在步骤一锻造过程中，在除中心毂凸台外的封闭锻坯下侧面上锻造出呈网状的深度0.2-1mm、宽度0.5-2mm的网格排气槽，在封闭锻坯下侧面的气体聚集处锻造出与网格排气槽连通的排气孔球窝；在步骤二中，在排气孔球窝内加工上下贯穿封闭锻坯的排气孔。
4.根据权利要求1或2所述的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于步骤四中，将锻造毛坯进一步预热到480-550℃；在步骤五中，向底模与锻造毛坯围合而成的型腔内浇铸的铸铝合金液体温度为650-710℃。
5.根据权利要求3所述的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于所述的排气孔为直径为0.75- 1.25mm的通孔。
6.根据权利要求5所述的锻铸智能结合式铝合金汽车轮毂的制造方法，其特征在于在轮辐之间的窗口内钻有一个通风排水孔；通风排水孔的总面积在3-5平方厘米。
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