CN116748494A - 一种镁合金车轮制造组合模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种镁合金车轮制造组合模具，包括铸造模具和锻造模具，铸造模具包括第一上模板、第一上凸模、第一下模板、第一下凸模和第一侧凸模，第一下凸模顶部凸设有第一凸台和第二凸台，第一侧凸模安装在第一下凸模上形成模具型腔；锻造模具包括第二上模板、第二上凸模、第二下模板、第二下凸模和第二侧凸模，所述第二上凸模的底部凸设第三凸台和第四凸台，第三凸台的直径小于第一凸台的直径，第四凸台的直径小于第二凸台的直径；第二下凸模的顶部设有第一凹槽和第二凹槽，第二侧凸模安装在第二下模板上形成模具型腔，通过本发明的两套模具先后组合来制造车轮，解决了镁合金车轮的轮辐无法直接成形的问题，提高轮辐的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于液态金属铸造和金属材料塑性加工成形技术领域，尤其是指一种镁合金车轮制造组合模具。
背景技术
车轮作为车辆主要的承力构件之一，根据车轮实际工况下的受力特点，轮毂和轮辐部位与传动轴相连，承受拉压、弯扭等多种交变载荷作用，受力工况相对复杂，因而使用性能要求较高；而轮辋和轮缘部位主要承受扭压应力作用，性能要求相对不高。目前，镁合金车轮制造工艺有铸造和锻造两种，如专利号为ZL03109034.6的中国发明专利《一种镁合金轮毂的制造方法》(授权公告号为CN100515804C)，该专利公开通过铸造方法制备镁合金轮毂，类似的还可以参考专利号为ZL200610086359.0的专利；采用铸造方法，虽然生产工序简单，成本较低，材料利用率高，但本体取样的材料力学性能较低，其抗拉强度只有200Mpa左右，不能满足轮毂和轮辐的力学要求，并且车轮内部组织也易出现疏松、夹杂、气孔等铸造缺陷，致密度差，产品合格率低；如公开号为CN105665610B的中国专利公开了一种镁合金汽车轮毂锻造方法，该专利采用锻造成形方法；采用锻造方法，虽然材料抗拉强度达到300Mpa左右，内部组织纯净，致密度高，产品合格率高，但工艺流程复杂，特别是成型轮辐部分，为提高轮辐部分的力学性能，锻造成形时需进行多道次加热、多次更换模具和多次预成形聚料的繁琐工序，轮辐无法直接成型，成产效率低、成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金车轮制造组合模具，包括铸造和锻造成型使用的两套模具，采用先铸造后锻造的方法，解决镁合金车轮的轮辐无法直接成形的问题，同时提高轮辐的力学性能，缩短车轮成形周期，提高材料利用率，降低成本，产品合格率高。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种镁合金车轮制造组合模具，包括铸造模具和锻造模具，先后采用铸造模具和锻造模具制造镁合金车轮；
所述铸造模具包括第一上模板、第一上凸模、第一下模板、第一下凸模和第一侧凸模，所述第一上凸模固定在第一上模板底部，所述第一下凸模固定在第一下模板顶部，所述第一下凸模顶部凸设有第一凸台和第二凸台；所述第一侧凸模安装在第一下凸模上，所述第一侧凸模设有多个，多个第一侧凸模围合成模具型腔；将原料浇注至模具型腔后，下行第一上模板使第一上凸模挤压原料成型铸坯，所述第一上凸模下压至与第一凸台和第二凸台相抵成型铸坯上的轮毂中心孔和轮辐孔，从而使铸坯初步形成轮毂和轮辐，并且在挤压时，第一上凸模与第一侧凸模之间留有间隙以形成轮辋和轮缘；
所述锻造模具包括第二上模板、第二上凸模、第二下模板、第二下凸模和第二侧凸模，所述第二上凸模固定在第二上模板底部，所述第二上凸模的底部凸设第三凸台和第四凸台，所述第三凸台的直径小于第一凸台的直径，第四凸台的直径小于第二凸台的直径；所述第二下凸模固定在第二下模板顶部，所述第二下凸模的顶部设有分别与第三凸台和第四凸台配合的第一凹槽和第二凹槽；所述第二侧凸模安装在第二下模板上并且下部与第二下凸模侧向相抵，所述第二侧凸模设有多个，多个第二侧凸模围合形成模具型腔；将加热后的铸坯放入模具型腔中后，下行第二上模板使第二上凸模对铸坯底部进行挤压，直至第三凸台和第四凸台分别嵌入第一凹槽和第二凹槽内，铸坯朝向第三凸台和第四凸台周围流动并将模具型腔充满，完成车轮的锻造。
进一步，所述第一上凸模的底面和第一下凸模顶面为水平的平直面，铸坯的轮毂和轮辐的顶面在同一水平面上，轮毂、轮辐和轮辋的底面在同一水平面上。
进一步，所述铸造模具还包括锁模机构，所述锁模机构侧向抵推第一侧凸模进行锁模或移开脱离第一侧凸模以解开锁模。
进一步，所述锁模机构采用侧模缸，所述侧模缸设有伸缩杆，所述伸缩杆伸出抵推第一侧凸模进行锁模，所述伸缩杆缩回解开锁模。
进一步，所述第二上凸模的底面和第二下凸模的顶面为起伏的弧面，锻造成型的车轮轮辐内端向上弯曲使轮毂整体上凸，轮辋的底面向上内凹。
进一步，所述锻造模具还包括套筒、顶杆和顶出块，所述套筒套置在第二侧凸模外周以形成锁模，所述顶杆穿过第二下凸模和第二下模板且底端露出，所述顶出块设置在顶杆顶部，所述顶杆向上移动推动顶块顶出锻造成型的车轮。
进一步，所述顶出块位于第二下凸模的中部，所述顶出块内开设第一凹槽与第三凸台配合。
采用上述方案后，本发明的增益效果在于：
1.本发明包括铸造模具和锻造模具两套模具，先将原料浇注至铸造模具中铸造成型铸坯，成型的铸坯已具有车轮的基本形状，再将铸坯加热后放入锻造模具内进行锻造，赋予轮毂和轮辐所需的力学性能，其中，第三凸台的直径小于第一凸台的直径，第四凸台的直径小于第二凸台的直径，铸坯的轮毂中心孔和轮辐孔的内径大于锻造成型的车轮轮毂中心孔和轮辐孔的内径，使轮毂和轮辐在后续锻造中具有变形的空间，能有铸坯余料朝向轮毂中心孔和轮辐孔的位置流动，从而能够成功锻造，缩小轮毂中心孔和轮辐孔，提高轮毂和轮辐的力学性能，且不会造成材料浪费，节约了生产成本。
2.通过本发明的铸造模具和锻造模具可直接加工成形车轮的轮辐形状，同时提高其力学性能，避免了锻造成形后多道次加热、多次更换模具和多次预成形聚料的繁琐工序，也减少了锻造后对轮辐形状的加工成形工序，操作更加便捷，缩短车轮成形周期，提高了生产效率，节约了生产成本。
3.通过本发明的铸造模具和锻造模具的先后组合，实现了“铸锻”工艺在镁合金车轮成形过程中轮辐的直接成形，不仅可以成形任意形状、数量的轮辐，也提高了其力学性能，避免了镁合金车轮锻造成形的多次聚料过程和折叠、失稳、充不满等缺陷的产生，保证了金属流线的完整性，实现了整体塑性成形，提高了力学性能。
附图说明
图1为本发明铸造模具的剖视图；
图2为本发明铸坯的剖视图；
图3为本发明铸坯的结构示意图；
图4为本发明锻造模具的剖视图；
图5为本发明车轮的剖视图；
图6为本发明车轮的结构示意图。
标号说明：
1、轮毂；2、轮辐；3、轮辋；4、轮缘；5、轮辐孔；6、轮毂中心孔；7、第一上模板；8、第一上凸模；9、第一下模板；10、第一下凸模；11、第一侧凸模；12、第一凸台；13、第二凸台；14、侧模缸；15、第二上模板；16、第二上凸模；17、第二下模板；18、第二下凸模；19、第二侧凸模；20、第三凸台；21、第四凸台；22、第一凹槽；23、第二凹槽；24、套筒；25、顶杆；26、顶出块。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。
如图5和图6所示，通过本发明的制造模具可制备的车轮包括轮毂1、轮辐2、轮辋3和轮缘4，轮毂1中心设有轮毂中心孔6，轮辐2具有多条，相邻的轮辐2之间形成轮辐孔5。
如图1-6所示，本发明提供一种镁合金车轮制造组合模具，包括铸造模具和锻造模具；所述铸造模具包括第一上模板7、第一上凸模8、第一下模板9、第一下凸模10和第一侧凸模11，所述第一上凸模8固定在第一上模板7底部，所述第一下凸模10固定在第一下模板9顶部，所述第一下凸模10顶部或第一上凸模8的底部凸设有第一凸台12和第二凸台13，本发明在第一下凸模10的顶部凸设第一凸台12和第二凸台13；所述第一侧凸模11安装在第一下凸模10上，所述第一侧凸模11设有多个，多个第一侧凸模11围合成模具型腔；铸造的原料为镁合金熔体，将镁合金熔体浇注至该模具型腔内，浇注完成后，将第一上模板7向下移动使第一上凸模8挤压镁合金熔体，直至第一上凸模8与第一凸台12和第二凸台13相抵，维持挤压状态，完成铸造；第一凸台12和第二凸台13可挤压出轮毂中心孔6和轮辐孔5，使铸造成型的铸坯具有初步成型的轮毂1和轮辐2，并且在挤压时，第一上凸模8与第一侧凸模11之间留有间隙以形成轮辋3和轮缘4，因此，铸造成型的铸坯具有轮毂1、轮辐2、轮辋3和轮缘4，已经具有车轮的基本形状，可根据车轮所需的形状调整铸造模具，成型车轮的基本形状，例如调整第二凸台13的数量和形状来调整轮辐2的数量和形状。需要特别说明的是：所述第一凸台12和第二凸台13的直径略大，成型的轮毂中心孔6和轮辐孔5的内径大于最终制备的车轮的轮毂中心孔6和轮辐孔5的内径，为后续锻造铸坯变形留有空间，使锻造能够完成车轮轮辐2缩孔和精确成形，提高轮毂1和轮辐2的力学性能。
重点参照图1，所述第一铸造模具还包括锁模机构，在第一侧凸模11组装完成合模后，可通过锁模机构进行锁模，所述锁模机构优选侧模缸14，多个侧模缸14的伸缩杆伸出侧向抵推第一侧凸模11可将第一侧凸模11固定，从而完成锁模，且侧模缸14的锁模力，即抵推力大于镁合金熔体的胀型力，使得在第一上凸模8向下挤压镁合金熔体时，镁合金熔体不会漏出，且第一侧凸模11内外两侧都受有压力，受力均匀，能够更好地成型铸坯；铸造完成后，侧模缸14的伸缩杆缩回从而移开脱离第一侧凸模11，解开锁模，使得第一侧凸模11容易拆卸，取出铸坯就可完成脱模，方便脱模。需要注意的是，须先锁模再浇注，若先浇注后锁模，会加速镁合金熔体的冷却速度，不利于镁合金熔体填充整个型腔。
如图2和图3所示，所述铸造模具将镁合金熔体整体挤压成型车轮的基本形状，所述第一上凸模8的底面和第一下凸模10顶面为水平的平直面，使得铸坯的轮毂1和轮辐2的顶面在同一水平面上，轮毂1、轮辐2和轮辋3的底面在同一水平面上，从而挤压均匀，避免出现疏松、夹杂、气孔等铸造缺陷。
如图4-6所示，所述锻造模具包括包括第二上模板15、第二上凸模16、第二下模板17、第二下凸模18和第二侧凸模19，所述第二上凸模16固定在第二上模板15底部，所述第二上凸模16的底部凸设有第三凸台20和第四凸台21，所述第三凸台20的直径小于第一凸台12的直径，第四凸台21的直径小于第二凸台13的直径；所述第二下凸模18固定在第二下模板17顶部，所述第二下凸模18的顶部设有分别与第三凸台20和第四凸台21配合的第一凹槽22和第二凹槽23；所述第二侧凸模19安装在第二下模板17上并且底部与第二下凸模18侧向相抵，所述第二侧凸模19设有多个，多个第二侧凸模19围合形成模具型腔；将加热后的铸坯放入模具型腔中后，下压第二上模板15使第二上凸模16对铸坯底部进行挤压，使铸坯变形在型腔内流动，继续下压第二上模板15，使第三凸台20和第四凸台21分别嵌入第一凹槽22和第二凹槽23内，铸坯朝向第三凸台20和第四凸台21周围流动，从而减小轮毂中心孔6和轮辐孔5的内径，最后铸坯将型腔充满，完成车轮的锻造。锻造完成后就可直接成形车轮的轮辐2形状，同时提高其力学性能，避免了锻造成形后多道次加热、多次更换模具和多次预成形聚料的繁琐工序，也减少了锻造后对轮辐2形状的加工成形工序，操作更加便捷，提高了生产效率，节约了生产成本。
所述锻造模具还包括套筒24、顶杆25和顶出块26，所述套筒24套置在第二侧凸模19外周并与第二侧凸模19过盈配合形成锁模，所述顶杆25穿过第二下凸模18和第二下模板17且底端露出，所述顶出块26设置在顶杆25顶部，所述顶出块26优选设置在第二下凸模18的中心位置，所以可将顶出块26嵌入第二下凸模18的中心位置，并在顶出块26内开设第一凹槽22与第三凸台20配合，在锻造完成后，顶杆25向上移动可推动顶出块26顶出锻造成型的车轮，脱模方便快捷。
如图5和图6所示，所述锻造模具主要对车轮的底部进行锻造，即主要挤压轮毂1、轮辐2、和轮辋3部分，不仅将轮毂中心孔6和轮辐孔5进行缩减，还将轮毂1、轮辐2和轮辋3锻造成所需的形状，所述第二上凸模16的底面和第二下凸模18的顶面为起伏的弧面，所述第二上凸模16的底部从外向内依次设有下凸的p点位置以及上凹的q点位置，所述第二上模板15推动第二上凸模16下行时，P点处率先与铸坯接触，接触区域率先发生塑性变形，q点处的楔压结构和表面摩擦力的共同作用下，迫使铸坯发生流动方向做出调整，在第二上凸模16和第二下凸模18之间形成的闭合型腔内流动，随着第二上凸模16的继续下压，第三凸台20穿过铸坯的轮毂中心孔6嵌入第一凹槽22内，第四凸台21穿过铸坯的轮辐孔5嵌入第二凹槽23内，铸坯向第三凸台20和第四凸台21周围流动，待金属将型腔充满，完成锻造，锻造成型的车轮轮辐2内端向上弯曲使轮毂1整体上凸，并且轮辋3底面向上内凹，从而提高轮毂1和轮辐2的力学性能，满足轮毂1和轮辐2复杂的受力工况。
采用本发明铸锻车轮的过程为：首先按照成分配比熔炼AZ80镁合金，进行熔化、精炼、静置、除渣等工序净化处理，得到镁合金熔体；接着组装铸造模具，将装铸造模具预热，采用侧模缸14进行锁模，再将定量镁合金熔体浇注至铸造模具型腔内，根据制备所需的车轮体积确定所需镁合金熔体的体积(包括所需加工余量等预估体积)，待镁合金熔体充满型腔，停止浇注，采用压机驱动第一上模板7下压，使第一上凸模8挤压镁合金熔体，保持挤压状态60s，完成铸造，如图2所示，铸造成型的铸坯的轮毂中心孔6和轮辐孔5的内径分别为d0和d1，轮辋3的内径为D、高度为H；然后解除锁模，脱模取出铸坯，待铸坯冷却后进行均匀退火和加热；接着组装锻造模具，将锻造模具预热，将热状态的锻造模具安装在1250T液压机上，同时开启模具保温装置；将铸坯加热后放入锻造模具型腔内，控制挤压温度为350℃、挤压速度为1mm/s、变形程度为35％；液压机驱动第二上模板15下行，使第二上凸模16下压铸坯，待铸坯充满第二上凸模16和第二下凸模18之间形成的封闭型腔后，完成锻造；最后上推顶杆25顶出锻造成型的车轮，如图5所述，锻造成形的车轮轮辐孔5和轮毂中心孔6内径分别为d3和d2，轮辋3的内径为D、高度为H，铸造成形的铸坯与锻造成形的车轮满足孔径关系为：d1>d3，d0>d2；而轮辋3和轮缘4的力学性能要求相对不高，轮辋3的侧面和轮缘4不是主要锻造部分，所以轮辋3的内径和高度还是D和H，几乎没有变化；最后，对锻造成形的车轮进行177℃/24小时的热处理，使车轮获得较高的综合机械性能，在车轮的轮辐2部位取样力学性能为290～310Mpa，屈服强度200～240MPa，延伸率7～10％，满足轮辐2的力学要求。
此外，在浇注时，应去除镁合金熔体表面的熔剂、氧化物，再用CO2气体保护镁合金熔体表面，避免出现夹杂和气孔等铸造缺陷；并且浇注的温度应该稍高于挤压铸造时的温度便于镁合金金属液流动，充满型腔。铸造模具组装完后，需要在模具型腔表面喷涂脱模剂，方便后续的铸坯脱模；而锻造模具组装完成后，需在型腔表面喷涂石墨作为润滑剂，方便挤压锻造以及后续的车轮脱模。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (7)
1.一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：包括铸造模具和锻造模具，先后采用铸造模具和锻造模具制造镁合金车轮；
所述铸造模具包括第一上模板、第一上凸模、第一下模板、第一下凸模和第一侧凸模，所述第一上凸模固定在第一上模板底部，所述第一下凸模固定在第一下模板顶部，所述第一下凸模顶部凸设有第一凸台和第二凸台；所述第一侧凸模安装在第一下凸模上，所述第一侧凸模设有多个，多个第一侧凸模围合成模具型腔；将原料浇注至模具型腔后，下行第一上模板使第一上凸模挤压原料成型铸坯，所述第一上凸模下压至与第一凸台和第二凸台相抵成型铸坯上的轮毂中心孔和轮辐孔，从而使铸坯初步形成轮毂和轮辐，并且在挤压时，第一上凸模与第一侧凸模之间留有间隙以形成轮辋和轮缘；
所述锻造模具包括第二上模板、第二上凸模、第二下模板、第二下凸模和第二侧凸模，所述第二上凸模固定在第二上模板底部，所述第二上凸模的底部凸设第三凸台和第四凸台，所述第三凸台的直径小于第一凸台的直径，第四凸台的直径小于第二凸台的直径；所述第二下凸模固定在第二下模板顶部，所述第二下凸模的顶部设有分别与第三凸台和第四凸台配合的第一凹槽和第二凹槽；所述第二侧凸模安装在第二下模板上并且下部与第二下凸模侧向相抵，所述第二侧凸模设有多个，多个第二侧凸模围合形成模具型腔；将加热后的铸坯放入模具型腔中后，下行第二上模板使第二上凸模对铸坯底部进行挤压，直至第三凸台和第四凸台分别嵌入第一凹槽和第二凹槽内，铸坯朝向第三凸台和第四凸台周围流动并将模具型腔充满，完成车轮的锻造。
2.如权利要求1所述的一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：所述第一上凸模的底面和第一下凸模顶面为水平的平直面，铸坯的轮毂和轮辐的顶面在同一水平面上，轮毂、轮辐和轮辋的底面在同一水平面上。
3.如权利要求1所述的一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：所述铸造模具还包括锁模机构，所述锁模机构侧向抵推第一侧凸模进行锁模或移开脱离第一侧凸模以解开锁模。
4.如权利要求3所述的一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：所述锁模机构采用侧模缸，所述侧模缸设有伸缩杆，所述伸缩杆伸出抵推第一侧凸模进行锁模，所述伸缩杆缩回解开锁模。
5.如权利要求1所述的一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：所述第二上凸模的底面和第二下凸模的顶面为起伏的弧面，锻造成型的车轮轮辐内端向上弯曲使轮毂整体上凸，轮辋的底面向上内凹。
6.如权利要求1所述的一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：所述锻造模具还包括套筒、顶杆和顶出块，所述套筒套置在第二侧凸模外周以形成锁模，所述顶杆穿过第二下凸模和第二下模板且底端露出，所述顶出块设置在顶杆顶部，所述顶杆向上移动推动顶块顶出锻造成型的车轮。
7.如权利要求6所述的一种镁合金车轮制造组合模具，其特征在于：所述顶出块位于第二下凸模的中部，所述顶出块内开设第一凹槽与第三凸台配合。
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