一種鋁合金車輪金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法技術

本發明專利技術公開了一種鋁合金車輪金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法，該方法在升液和充型階段，延續現有鋁合金車輪低壓鑄造工藝，升液壓力和充型壓力控制在18～21kPa和30～35kPa。根據內外輪緣充型后的凝固時間，把結晶增壓劃分為兩個階段；第一階段：充型階段結束至內外輪緣凝固結束，結晶增壓壓力增大到80～150kPa；第二階段：內外輪緣凝固結束后，結晶增壓壓力快速增大到160～1000kPa，增壓速度為10～40kPa/s。然后進入保壓階段，輪輞、輪輞輪輻過渡部位、以及輪心順序凝固，鑄件冷卻，卸壓。本發明專利技術方法使得凝固補縮效果和鑄件力學性能顯著提高，同時避免了鋁液飛濺、鑄件飛邊毛刺等缺陷，顯著減低了對模具結構和鑄型合模力的要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種采用低壓鑄造工藝制作鋁合金車輪的方法，更特別地說，是一種按照內外輪緣凝固時間分階段增大結晶增壓壓力、制備鋁合金車輪的、金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法。
技術介紹
與傳統的重力鑄造相比，低壓鑄造充型速度可控，金屬液流動平穩、減少了二次夾雜。與砂型鑄造相比，金屬型鑄造冷卻速度快，更容易得到細小致密組織和高的力學性能，也更容易實現自動化和潔凈化生產，所以，金屬型低壓鑄造廣泛用于生產鋁合金車輪、底盤零件、發動機部件等汽車零部件生產領域和航空航天等軍工生產領域。低壓鑄造工藝過程可由作用在金屬液表面的壓力－時間曲線來反映。典型的砂型低壓鑄造壓力－時間曲線包括升液、充型、結殼增壓、結殼保壓、結晶增壓、結晶保壓和卸壓七個階段。金屬型低壓鑄造與砂型低壓鑄造由于鑄型材料的不同，一般省去結殼階段，因此，金屬型低壓鑄造工藝過程為：升液、充型、結晶增壓、結晶保壓和卸壓五個階段。鋁合金車輪有助于汽車實現輕量化、降低油耗、減輕環境污染與改善操作性能。目前85％以上的乘用車配置了金屬型低壓鑄造方法生產的鋁合金車輪。然而，隨著汽車輕量化要求日益增強，現有鋁合金車輪低壓鑄造生產技術的局限性開始顯現。如何進一步提高車輪力學性能，已成為制約鋁合金車輪進一步輕量化的瓶頸。鋁合金車輪典型結構如圖1，自中心向外，依次為輪心、輪輻、輪輞，輪輞的內側、外側分別稱為內輪緣、外輪緣。摘自《鋁加工》，陳志，李昌海《Magmasoft模擬條件與低壓鑄造鋁車輪生產條件匹配性研究》，2015年第6期總227期。對于15吋～26吋乘用車車輪，輪心部位壁厚一般為25～50mm，輪輻部位壁厚一般為10～25mm，輪輞部位壁厚一般為10～13mm，輪輻輪輞過渡處存在較大的熱節，厚度約27～35mm。低壓鑄造生產中，必須依據車輪結構特征設計充型和冷卻工藝，實現順序凝固，以提高補縮效果、消除或減輕縮孔縮松等鑄造缺陷。鑄件在壓力下凝固，是低壓鑄造區別于普通鑄造的根本特征。結晶增壓壓力直接影響補縮效果。對于鋁合金車輪金屬型低壓鑄造，實際生產中考慮到鑄型合模力的限制以及模具間縫隙帶來的鋁液飛濺、鑄件飛邊毛刺等問題，結晶增壓壓力一般為50～80kPa，特殊條件下增大到80～150kPa，限制了通過提高結晶增壓壓力進一步提高鑄件組織致密度和力學性能的可行性。
技術實現思路
針對現有鋁合金車輪經金屬型低壓鑄造方法難以實現高結晶增壓壓力的問題，結合鋁合金車輪結構特點和順序凝固工藝要求，在保留現有低壓鑄造方法充型速度可控特點的前提下，提出一種按照內外輪緣凝固時間分階段增大結晶增壓壓力、制備鋁合金車輪的、金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法，以進一步減少縮孔縮松等鑄造缺陷、提高鋁合金車輪組織致密度和力學性能。本專利技術的一種金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包括有升液階段、充型階段、結晶增壓階段、結晶保壓階段和卸壓階段；其特征在于：根據內外輪緣充型后的凝固時間，把結晶增壓劃分為兩個階段；第一階段：充型階段結束至內外輪緣凝固結束，結晶增壓壓力增大到80～150kPa；第二階段：內外輪緣凝固結束后，結晶增壓壓力快速增大到160～1000kPa，增壓速度為10～40kPa/s；內輪緣、外輪緣在充型完成后8～40s凝固結束；在壓力達到160～1000kPa后，進入結晶保壓階段；(A)輪輞部位在充型完成后12～130s后凝固結束；(B)輪輻輪輞過渡部位在充型完成后30～260s后凝固結束；(C)輪心部位在充型完成后90～500s后凝固結束，繼續保壓10～60s后卸壓。本專利技術的一種依據金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法制備鋁合金汽車車輪，其特征在于有下列步驟：步驟一，升液階段；調節升液階段的壓力為18～21kPa，升液速度為1.8～2.2kPa/s；步驟二，充型階段；調節充型階段的充型壓力為30～35kPa，充型速度為0.4～1.0kPa/s，使鋁液從澆口進入型腔，直至將型腔全部充滿；步驟三，結晶增壓階段；經步驟二后使鋁液完全充滿鑄型后，進入結晶增壓階段：(A)充型階段結束，開始增大結晶增壓壓力；(B)內輪緣、外輪緣在充型完成后8～40s凝固結束；(C)內外輪緣凝固結束時，結晶增壓壓力增大到80～150kPa；(D)內外輪緣凝固結束后，結晶增壓壓力快速增大到160～1000kPa，增壓速度為10～40kPa/s：步驟四，結晶保壓階段；在壓力達到160～1000kPa后，進入結晶保壓階段；(A)輪輞部位在充型完成后12～130s后凝固結束；(B)輪輻輪輞過渡部位在充型完成后30～260s后凝固結束；(C)輪心部位在充型完成后90～500s后凝固結束，繼續保壓10～60s；步驟五，卸壓放氣階段；經步驟四后，待鋁合金車輪凝固完畢，解除保溫爐內的氣體壓力，使升液管和澆道口未凝固的鋁液流回到保溫爐中。本專利技術的一種制備鋁合金車輪的金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法優點在于：(1)采用本專利技術方法制備A356鋁合金車輪，與目前現有低壓鑄造加壓方法相比，凝固補縮效果顯著提高，在模具結構和合模力不變的情況下，可將輪輻部位強度提高10～50％，延伸率提高25～70％。顯著降低了對模具結構和合模力的要求，同時避免了鋁液的溢出、飛濺和鑄件飛邊、毛刺等缺陷。(2)采用本專利技術方法與現有的鋁合金車輪金屬型低壓鑄造相比，按照內外輪緣凝固時間分階段增大結晶增壓壓力，最終結晶增壓壓力達到160～1000kPa，內外輪緣凝固后增壓速度達到10～40kPa/s。可進一步減少縮孔縮松等鑄造缺陷、提高鋁合金車輪組織致密度和力學性能。(3)采用本專利技術方法與現有差壓鑄造相比，差壓鑄造有上下兩個壓力罐，下壓力罐為保溫爐和鋁液坩堝，上壓力罐為鑄型(砂型或金屬型模具)，同步壓力一般在300～1000kPa。本專利技術僅有一個下壓力罐，鑄型直接暴露在大氣中，結晶保壓壓力即可高達160～1000kPa，充分利用現有鋁合金車輪金屬型低壓鑄造成熟的模具結構、充型和冷卻系統等工藝技術，繼承了現有低壓鑄造機寬敞的四立柱支架結構和操作方便、容易實現自動化等特點。附圖說明圖1是鋁合金車輪典型結構特征圖。圖2A是本專利技術的改進的壓力－時間曲線圖。圖2B是對比實施例1制得的26吋A356合金車輪的力學性能圖。圖2C是實施例1制得的26吋A356合金車輪的力學性能圖。具體實施方式下面將結合附圖和實施例對本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包括有升液階段、充型階段、結晶增壓階段、結晶保壓階段和卸壓階段；其特征在于：根據內外輪緣充型后的凝固時間，把結晶增壓劃分為兩個階段；第一階段：充型階段結束至內外輪緣凝固結束，結晶增壓壓力增大到80～150kPa；第二階段：內外輪緣凝固結束后，結晶增壓壓力快速增大到160～1000kPa，增壓速度為10～40kPa/s；內輪緣、外輪緣在充型完成后8～40s凝固結束；在壓力達到160～1000kPa后，進入結晶保壓階段；(A)輪輞部位在充型完成后12～130s后凝固結束；(B)輪輻輪輞過渡部位在充型完成后30～260s后凝固結束；(C)輪心部位在充型完成后90～500s后凝固結束，繼續保壓10～60s后卸壓。

【技術特征摘要】
1.一種金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包
括有升液階段、充型階段、結晶增壓階段、結晶保壓階段和卸壓階段；其特征在于：
根據內外輪緣充型后的凝固時間，把結晶增壓劃分為兩個階段；
第一階段：充型階段結束至內外輪緣凝固結束，結晶增壓壓力增大到80～
150kPa；
第二階段：內外輪緣凝固結束后，結晶增壓壓力快速增大到160～1000kPa，
增壓速度為10～40kPa/s；
內輪緣、外輪緣在充型完成后8～40s凝固結束；
在壓力達到160～1000kPa后，進入結晶保壓階段；
(A)輪輞部位在充型完成后12～130s后凝固結束；
(B)輪輻輪輞過渡部位在充型完成后30～260s后凝固結束；
(C)輪心部位在充型完成后90～500s后凝固結束，繼續保壓10～60s后卸
壓。
2.依據權利要求1所述的金屬型低壓鑄造成型用結晶增壓方法制備鋁合金
汽車車輪，其特征在于有下列步驟：
步驟一，升液階段；
調節升液階段的壓力為18～21kPa，升液速度為1.8～2.2kPa/s；
步驟二，充型階段；
調節充型階段的充型壓力為30～35kPa，充型速度為0.4～1.0kPa/s，使鋁<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張花蕊，張虎，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京;11