一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于鋁合金輪轂制造技術領域，特別涉及到一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具。
技術背景
[0002]隨著汽車工業的發展和節能減排的要求，節能環保、美觀華貴、安全舒適是汽車工業的主要發展方向。汽車輕量化是節能減排的重要而有效的手段。但是輕量化不能影響汽車安全，只有合理的采用各類輕量化、高結構強度材料及相應先進成形裝置和方法才能保證汽車減重而不影響它的安全。鋁合金由于具有比重輕、比強度大、加工性能好、可回收等特點，在滿足汽車輕量化設計和高可靠性、低成本等要求方面正發揮著越來越重要的作用。
[0003]鋁合金在汽車上應用的一個重要零部件是鋁合金汽車輪轂，目前乘用車上基本都是用鑄造鋁合金輪轂，鋁合金輪轂生產工藝主要采用重力鑄造和低壓鑄造，鑄件結構強度低、壁厚、重量大，難以滿足商用車和大型客車的使用要求，限制其使用范圍。而采用鍛造工藝生產的鋁合金輪轂，雖然性能高、重量輕，但生產效率低，也不能實現近終成形，后續機加工量大，使得材料利用率低，制造成本很高。200910104062.6提出了利用半固態觸變鑄造鋁合金輪輻，將鋁合金板材滾壓或旋壓成輪輞，再將二者精工修整焊接在一起的工藝，可以制造輕量化、高強度和疲勞性能的鋁合金輪轂，但是上述方法工藝相對復雜，需要坯料二次加熱、觸變成形、旋壓和焊接等工藝，流程較長，成本較高，市場空間和競爭力較小。
[0004]擠壓鑄造成形是綜合了鑄造和鍛造工藝的一種新型的成形技術，是可以實現鋁合金材料高性能、近終型、低成本的有效方法，已經在很多小型汽車零部件獲得工業化應用，對大幅度提高零件成品率、降低生產成本、減輕汽車重量及節能減排等方面起到了積極的作用。201080001947.4提出了用于流變鑄造的鍛造裝置和鍛造方法，但是上述方法工藝和裝備相對復雜，流程較長，操作困難。
[0005]熔體處理是提高輪轂成形性和力學性能的一個關鍵技術，目前的熔體處理技術主要有電磁攪拌法、機械攪拌法、氣泡法、振動法和近液相線澆注等，電磁攪拌由于具有無污染、非接觸和可控性等優點被認為前景廣闊。但是電磁攪拌存在集膚效應，攪拌強度較低，熔體不均勻等，所以在熔體處理裝備和技術方面需要加以改進，使熔體達到強剪切均勻的溫度場和成分場。
[0006]同時，針對輪轂這種特殊結構的零件，要實現近終成形，模具的設計制造也是一個關鍵技術。鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形工藝要求模具的側模是分體結構，能夠實現側邊開模，否則零件成形后無法取出。而目前常用的低壓鑄造模具承受壓力有限，模具結構和強度無法在擠壓鑄造成形上使用。
【實用新型內容】
[0007]基于上述問題，本實用新型的目的是實現一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具。通過該實用新型制造一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，所流變擠壓鑄造成形的輪轂性能接近鍛造輪轂，輪轂整體采用鋁合金流變擠壓鑄造近終成形，材料利用率高。
[0008]為了實現上述，本實用新型采取下述技術方案:
[0009]一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，包括用以與擠壓鑄造機連接用的上模板和下模板，形成待鑄輪轂鑄造型腔的上模芯、下模芯和側模；所述的上模芯中心位置設有控制溫度裝置，在位于側模的外側設有側模鎖緊裝置，在下模芯上設有頂桿和頂桿托板。
[0010]該模具是流變擠壓鑄造輪轂模具，模具側模為分體結構，所述的分體結構側模為四個。
[0011]側模鎖緊裝置為整體環狀結構，或為分體半環結構，分體半環結構通過螺栓或液壓裝置鎖緊。
[0012]為了解決輪輻厚大部位的冷卻問題，控制溫度裝置為冷卻水道，設有進水道和出水道，凝固過程中加快熱節位置的冷卻速度，減少缺陷，提高輪轂整體性能。
[0013]一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造輪轂模具是工裝在擠壓鑄造機上，與擠壓鑄造機一起動作，擠壓鑄造過程是擠壓鑄造機帶動流變擠壓鑄造輪轂模具完成成形過程。
[0014]在制備高結構強度鋁合金輪轂的成形過程中，制備高結構強度鋁合金輪轂的成形裝置主要由合金熔煉裝置、電磁攪拌熔體處理裝置、流變擠壓鑄造輪轂模具和擠壓鑄造機等構成。其中，合金熔煉裝置主要是實現鋁合金的熔化、除氣、精煉和保溫靜置等過程，要求溫度控制準確穩定；電磁攪拌熔體處理裝置主要由電磁攪拌線圈、芯棒和溫控系統組成，主要是完成鋁合金熔體的強剪切處理，達到溫度場和成分場的均勻化；一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造輪轂模具通過側模分體處理和鎖緊裝置的設計，能夠滿足承受一定的擠壓壓力和靈活開模取件的要求，實現近終成形。
[0015]本實用新型針對鋁合金輪轂的流變擠壓鑄造成形進行了大量的研宄工作，獲取了大量的實驗數據，研宄結果表明，采用流變擠壓鑄造流變成形工藝可以實現鋁合金輪轂的近終成形，成形組織為典型的半固態球狀組織，晶粒細小均勻分布，極大程度地避免了縮孔和疏松的產生，因而流變擠壓鑄造鋁合金輪轂有高的結構強度，基本達到鍛造輪轂性能。一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形工藝方法如下:
[0016](I)將鋁合金在熔煉裝置中熔化，液相線溫度以上100-120°C時采用旋轉噴吹裝置對合金熔體進行噴吹除氣和精煉，除氣和精煉時間為15-30分鐘，處理完畢后靜置10-15分鐘，溫度控制在液相線溫度以上50-60°C，待用；
[0017](2)利用定量澆杯將精煉靜置后的鋁合金熔體定量轉移到石墨坩禍中，石墨坩禍預熱400-500°C，并將石墨坩禍放入電磁攪拌器中，利用電磁攪拌方法制備半固態漿料。電磁攪拌工藝參數:攪拌電流為10-20A，攪拌頻率為50HZ，漿料最終溫度控制在液相線溫度以下 10-200C ；
[0018](3)漿料溫度達到液相線溫度以下10-20?后停止攪拌，將半固態漿料倒入流變擠壓鑄造輪轂模具中，在擠壓鑄造機上進行流變擠壓鑄造成形，其中模具預熱溫度為300-4000C，并刷涂料防止粘模。流變擠壓鑄造成形工藝參數:擠壓速度為2.5-10mm/s,擠壓壓力為1000-1500噸，保壓時間25-50s。保壓結束后提起上模24，側模鎖緊裝置25打開，側模23分開，脫模取出制件，實現整體制造鋁合金輪轂。
[0019]本實用新型的優點是:
[0020]該種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造輪轂模具和工藝方法先進，按照本發明制備的鋁合金輪轂組織均勻細小，結構強度高，接近鍛造輪轂的強度，同時可以實現鋁合金輪轂的近終成形，達到低壓鑄造的材料利用率和復雜形狀。該成形工藝澆注溫度低，降低了模具的熱沖擊，提高了成品率，降低了成本，可以實現自動化生產，市場競爭力強。本發明促進鋁合金在汽車輕量化中的應用，也有利于節能減排。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造模具示意圖。
[0022]其中21-上模板、22-控溫裝置、23-側模、24-上模芯、25-側模鎖緊裝置、26-下模芯、27-下模板、28-頂桿托板、29-頂桿
[0023]具體的實施方式實施例
[0024](I)將A356鋁合金錠在電阻爐中熔化，720 °C時采用旋轉噴吹裝置對合金熔體進行噴吹除氣和精煉，除氣和精煉時間為20分鐘，處理完畢后靜置10分鐘，溫度控制在670°C，待用；
[0025](2)利用定量澆杯將精煉靜置后的A356合金熔體定量轉移到石墨坩禍中，石墨坩禍預熱500°C，并將石墨坩禍放入螺旋電磁攪拌器中，利用螺旋電磁攪拌方法制備半固態漿料。螺旋電磁攪拌工藝參數:攪拌電流為20A，攪拌頻率為50HZ，漿料最終溫度控制在595 0C ；
[0026](3)漿料溫度達到590°C后停止攪拌，將半固態漿料倒入流變擠壓鑄造輪轂模具中，在擠壓鑄造機上進行流變擠壓鑄造成形，其中模具預熱溫度為400°C，并刷涂料防止粘模。如圖1所示，該鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，包括與擠壓鑄造機連接用的上模板21和下模板27，形成待鑄輪轂鑄造型腔的上模芯26、下模芯26和側模23。所述的上模芯26中心位置設有控制溫度裝置22，在位于側模23的外側設有側模鎖緊裝置25，在下模芯上設有頂桿29和頂桿托板28。流變擠壓鑄造成形工藝參數:擠壓速度為5mm/s，擠壓壓力為1200噸，保壓時間25s。保壓結束后提起上模24，側模鎖緊裝置25打開，側模23分開，脫模取出制件，實現整體制造鋁合金輪轂。
【主權項】
1.一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，包括用以與擠壓鑄造機連接用的上模板和下模板，形成待鑄輪轂鑄造型腔的上模芯、下模芯和側模；所述的上模芯中心位置設有控制溫度裝置，在位于側模的外側設有側模鎖緊裝置，在下模芯上設有頂桿和頂桿托板。
2.根據權利要求1所述的一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，其特征在于:該模具是流變擠壓鑄造輪轂模具，模具側模為分體結構，所述的分體結構側模為四個。
3.根據權利要求1所述的一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，其特征在于:所述側模鎖緊裝置為整體環狀結構，或是分體半環結構，分體半環結構通過螺栓或液壓裝置鎖緊。
4.根據權利要求1所述的一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具，其特征在于:所述控制溫度裝置為輪輻厚大部位冷卻水道，設有進水道和出水道。
【專利摘要】本實用新型屬于鋁合金輪轂制造技術領域，特別涉及到一種高結構強度鋁合金輪轂流變擠壓鑄造成形模具。該流變擠壓鑄造成形模具成形裝置和方法工藝先進，可以實現近終成形和自動化生產。按照本實用新型制備的鋁合金輪轂組織均勻細小，結構強度高，接近鍛造輪轂的強度，同時可以實現鋁合金輪轂的近終成形，達到低壓鑄造的材料利用率和復雜形狀。該成形工藝澆注溫度低，降低了模具的熱沖擊，提高了成品率，降低了成本，可以實現自動化生產，市場競爭力強。
【IPC分類】B22D18-02, B22D1-00, C22B9-05
【公開號】CN204584228
【申請號】CN201420867769
【發明人】李豹, 徐駿, 張志峰, 高志華, 劉建朝, 湯孟歐
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年12月31日