CN204584228U - 一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于铝合金轮毂制造技术领域，特别涉及到一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具。该流变挤压铸造成形模具成形装置和方法工艺先进，可以实现近终成形和自动化生产。按照本实用新型制备的铝合金轮毂组织均匀细小，结构强度高，接近锻造轮毂的强度，同时可以实现铝合金轮毂的近终成形，达到低压铸造的材料利用率和复杂形状。该成形工艺浇注温度低，降低了模具的热冲击，提高了成品率，降低了成本，可以实现自动化生产，市场竞争力强。

Description

一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具

技术领域

本实用新型属于铝合金轮毂制造技术领域，特别涉及到一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具。

技术背景

随着汽车工业的发展和节能减排的要求，节能环保、美观华贵、安全舒适是汽车工业的主要发展方向。汽车轻量化是节能减排的重要而有效的手段。但是轻量化不能影响汽车安全，只有合理的采用各类轻量化、高结构强度材料及相应先进成形装置和方法才能保证汽车减重而不影响它的安全。铝合金由于具有比重轻、比强度大、加工性能好、可回收等特点，在满足汽车轻量化设计和高可靠性、低成本等要求方面正发挥着越来越重要的作用。

铝合金在汽车上应用的一个重要零部件是铝合金汽车轮毂，目前乘用车上基本都是用铸造铝合金轮毂，铝合金轮毂生产工艺主要采用重力铸造和低压铸造，铸件结构强度低、壁厚、重量大，难以满足商用车和大型客车的使用要求，限制其使用范围。而采用锻造工艺生产的铝合金轮毂，虽然性能高、重量轻，但生产效率低，也不能实现近终成形，后续机加工量大，使得材料利用率低，制造成本很高。200910104062.6提出了利用半固态触变铸造铝合金轮辐，将铝合金板材滚压或旋压成轮辋，再将二者精工修整焊接在一起的工艺，可以制造轻量化、高强度和疲劳性能的铝合金轮毂，但是上述方法工艺相对复杂，需要坯料二次加热、触变成形、旋压和焊接等工艺，流程较长，成本较高，市场空间和竞争力较小。

挤压铸造成形是综合了铸造和锻造工艺的一种新型的成形技术，是可以实现铝合金材料高性能、近终型、低成本的有效方法，已经在很多小型汽车零部件获得工业化应用，对大幅度提高零件成品率、降低生产成本、减轻汽车重量及节能减排等方面起到了积极的作用。201080001947.4提出了用于流变铸造的锻造装置和锻造方法，但是上述方法工艺和装备相对复杂，流程较长，操作困难。

熔体处理是提高轮毂成形性和力学性能的一个关键技术，目前的熔体处理技术主要有电磁搅拌法、机械搅拌法、气泡法、振动法和近液相线浇注等，电磁搅拌由于具有无污染、非接触和可控性等优点被认为前景广阔。但是电磁搅拌存在集肤效应，搅拌强度较低，熔体不均匀等，所以在熔体处理装备和技术方面需要加以改进，使熔体达到强剪切均匀的温度场和成分场。

同时，针对轮毂这种特殊结构的零件，要实现近终成形，模具的设计制造也是一个关键技术。铝合金轮毂流变挤压铸造成形工艺要求模具的侧模是分体结构，能够实现侧边开模，否则零件成形后无法取出。而目前常用的低压铸造模具承受压力有限，模具结构和强度无法在挤压铸造成形上使用。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型的目的是实现一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具。通过该实用新型制造一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，所流变挤压铸造成形的轮毂性能接近锻造轮毂，轮毂整体采用铝合金流变挤压铸造近终成形，材料利用率高。

为了实现上述，本实用新型采取下述技术方案：

一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，包括用以与挤压铸造机连接用的上模板和下模板，形成待铸轮毂铸造型腔的上模芯、下模芯和侧模；所述的上模芯中心位置设有控制温度装置，在位于侧模的外侧设有侧模锁紧装置，在下模芯上设有顶杆和顶杆托板。

该模具是流变挤压铸造轮毂模具，模具侧模为分体结构，所述的分体结构侧模为四个。

侧模锁紧装置为整体环状结构，或为分体半环结构，分体半环结构通过螺栓或液压装置锁紧。

为了解决轮辐厚大部位的冷却问题，控制温度装置为冷却水道，设有进水道和出水道，凝固过程中加快热节位置的冷却速度，减少缺陷，提高轮毂整体性能。

一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造轮毂模具是工装在挤压铸造机上，与挤压铸造机一起动作，挤压铸造过程是挤压铸造机带动流变挤压铸造轮毂模具完成成形过程。

在制备高结构强度铝合金轮毂的成形过程中，制备高结构强度铝合金轮毂的成形装置主要由合金熔炼装置、电磁搅拌熔体处理装置、流变挤压铸造轮毂模具和挤压铸造机等构成。其中，合金熔炼装置主要是实现铝合金的熔化、除气、精炼和保温静置等过程，要求温度控制准确稳定；电磁搅拌熔体处理装置主要由电磁搅拌线圈、芯棒和温控系统组成，主要是完成铝合金熔体的强剪切处理，达到温度场和成分场的均匀化；一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造轮毂模具通过侧模分体处理和锁紧装置的设计，能够满足承受一定的挤压压力和灵活开模取件的要求，实现近终成形。

本实用新型针对铝合金轮毂的流变挤压铸造成形进行了大量的研究工作，获取了大量的实验数据，研究结果表明，采用流变挤压铸造流变成形工艺可以实现铝合金轮毂的近终成形，成形组织为典型的半固态球状组织，晶粒细小均匀分布，极大程度地避免了缩孔和疏松的产生，因而流变挤压铸造铝合金轮毂有高的结构强度，基本达到锻造轮毂性能。一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形工艺方法如下：

(1)将铝合金在熔炼装置中熔化，液相线温度以上100-120℃时采用旋转喷吹装置对合金熔体进行喷吹除气和精炼，除气和精炼时间为15-30分钟，处理完毕后静置10-15分钟，温度控制在液相线温度以上50-60℃，待用；

(2)利用定量浇杯将精炼静置后的铝合金熔体定量转移到石墨坩埚中，石墨坩埚预热400-500℃，并将石墨坩埚放入电磁搅拌器中，利用电磁搅拌方法制备半固态浆料。电磁搅拌工艺参数：搅拌电流为10-20A，搅拌频率为50HZ，浆料最终温度控制在液相线温度以下10-20℃；

(3)浆料温度达到液相线温度以下10-20℃后停止搅拌，将半固态浆料倒入流变挤压铸造轮毂模具中，在挤压铸造机上进行流变挤压铸造成形，其中模具预热温度为300-400℃，并刷涂料防止粘模。流变挤压铸造成形工艺参数：挤压速度为2.5-10mm/s，挤压压力为1000-1500吨，保压时间25-50s。保压结束后提起上模24，侧模锁紧装置25打开，侧模23分开，脱模取出制件，实现整体制造铝合金轮毂。

本实用新型的优点是：

该种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造轮毂模具和工艺方法先进，按照本发明制备的铝合金轮毂组织均匀细小，结构强度高，接近锻造轮毂的强度，同时可以实现铝合金轮毂的近终成形，达到低压铸造的材料利用率和复杂形状。该成形工艺浇注温度低，降低了模具的热冲击，提高了成品率，降低了成本，可以实现自动化生产，市场竞争力强。本发明促进铝合金在汽车轻量化中的应用，也有利于节能减排。

附图说明

图1为高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造模具示意图。

其中21-上模板、22-控温装置、23-侧模、24-上模芯、25-侧模锁紧装置、26-下模芯、27-下模板、28-顶杆托板、29-顶杆

具体的实施方式

实施例

(1)将A356铝合金锭在电阻炉中熔化，720℃时采用旋转喷吹装置对合金熔体进行喷吹除气和精炼，除气和精炼时间为20分钟，处理完毕后静置10分钟，温度控制在670℃，待用；

(2)利用定量浇杯将精炼静置后的A356合金熔体定量转移到石墨坩埚中，石墨坩埚预热500℃，并将石墨坩埚放入螺旋电磁搅拌器中，利用螺旋电磁搅拌方法制备半固态浆料。螺旋电磁搅拌工艺参数：搅拌电流为20A，搅拌频率为50HZ，浆料最终温度控制在595℃；

(3)浆料温度达到590℃后停止搅拌，将半固态浆料倒入流变挤压铸造轮毂模具中，在挤压铸造机上进行流变挤压铸造成形，其中模具预热温度为400℃，并刷涂料防止粘模。如图1所示，该铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，包括与挤压铸造机连接用的上模板21和下模板27，形成待铸轮毂铸造型腔的上模芯26、下模芯26和侧模23。所述的上模芯26中心位置设有控制温度装置22，在位于侧模23的外侧设有侧模锁紧装置25，在下模芯上设有顶杆29和顶杆托板28。流变挤压铸造成形工艺参数：挤压速度为5mm/s，挤压压力为1200吨，保压时间25s。保压结束后提起上模24，侧模锁紧装置25打开，侧模23分开，脱模取出制件，实现整体制造铝合金轮毂。

Claims (4)

1.一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，包括用以与挤压铸造机连接用的上模板和下模板，形成待铸轮毂铸造型腔的上模芯、下模芯和侧模；所述的上模芯中心位置设有控制温度装置，在位于侧模的外侧设有侧模锁紧装置，在下模芯上设有顶杆和顶杆托板。

2.根据权利要求1所述的一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，其特征在于：该模具是流变挤压铸造轮毂模具，模具侧模为分体结构，所述的分体结构侧模为四个。

3.根据权利要求1所述的一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，其特征在于：所述侧模锁紧装置为整体环状结构，或是分体半环结构，分体半环结构通过螺栓或液压装置锁紧。

4.根据权利要求1所述的一种高结构强度铝合金轮毂流变挤压铸造成形模具，其特征在于：所述控制温度装置为轮辐厚大部位冷却水道，设有进水道和出水道。