專利名稱：固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金輪轂固態(tài)熱擠壓成形裝置及其成形方法。
背景技術(shù)：
由于日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和日漸惡化的大氣污染，世界各國(guó)對(duì)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)方面的要求越來(lái)越高。汽車等交通工具的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣已成為空氣污染的頭號(hào)殺手。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車重量每減輕100kg，每百公里油耗就減少0.7升，而汽車自重每降低10％，燃油效率還可以提高5.5％。因此，交通工具重量的減輕是減少能量消耗、凈化空氣的行之有效的方法。即使是不排放尾氣的電動(dòng)車等交通工具，減輕重量也是節(jié)約能源消耗的一種有效方法。鎂合金與鋼鐵、鋁合金和塑料相比不但輕，而且還具有更優(yōu)良的抗振、降噪性能。如AS41鎂合金振動(dòng)衰減系數(shù)為70％，而A380鋁合金卻只有4％。因此，鎂合金更適合于制造交通工具的車輪輪轂等零部件。20世紀(jì)90年代之后，隨著冶煉技術(shù)的不斷提高，鎂合金的價(jià)格逐年下降，目前單位體積的價(jià)格已經(jīng)接近或低于鋼鐵材料，這使得鎂合金材料在交通工具上的廣泛應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
已有技術(shù)制造的鎂合金輪轂都是用液態(tài)鎂合金以鑄造方式進(jìn)行加工制造的它存在鑄造工序復(fù)雜、產(chǎn)品的晶粒大、組織的致密度差、纖維分布不合理及力學(xué)性能差等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鎂合金輪轂制造工序復(fù)雜及鎂合金輪轂晶粒大、組織的致密度差、纖維分布不合理及力學(xué)性能差的問(wèn)題，提供了一種固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置及其成形方法，解決問(wèn)題的技術(shù)方案如下本發(fā)明的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置，它包括上模板4、凸模3、凸模固定板22、壓板18、下模板14、凹模16、支撐塊17、凹模墊板11、導(dǎo)柱7、導(dǎo)套5，凸模3的上端嵌在凸模固定板22內(nèi)，凸模固定板22與上模板4用螺釘15固定連接，壓板18下方的支撐塊17坐落在凹模墊板11上，凹模墊板11放置在下模板14上，壓板18、支撐塊17、凹模墊板11和下模板14用螺釘固定連接成一體，導(dǎo)柱7的上端置于導(dǎo)套5的下部中，導(dǎo)套5的上端與上模板4的下端固定連接，導(dǎo)柱7的下端固定在下模板14上，它還包括固定在上模板4與凸模3之間的隔熱板2，凸模3上設(shè)有凸模加熱器21，模具型腔分為左半模19和右半模6，在左半模19和右半模6上設(shè)有型腔加熱器20，凹模16與凹模墊板11之間設(shè)置有隔熱墊板10，頂出桿12上設(shè)有銷軸13，凸模加熱器21、型腔加熱器20與溫度控制器8電連接。
本發(fā)明的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形方法由下列步驟完成一、輪轂材料選用鎂合金圓鑄錠或軋制的棒材；二、在室溫或在250～400℃溫度范圍下料；三、將步驟二的坯料加溫，當(dāng)坯料的溫度小于360℃時(shí)，升溫速度保持在10～20℃/s；當(dāng)坯料溫度大于360℃時(shí)，升溫速度保持在2～6℃/s，坯料加熱的溫度為250～450℃；四、對(duì)經(jīng)由步驟三加溫的坯料在加熱爐中保溫1小時(shí)，保溫溫度為250～450℃；五、為防止經(jīng)由步驟四保溫的鎂合金坯料在接觸模具時(shí)發(fā)生急冷裂紋缺陷，在熱擠壓前對(duì)固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置中的模具型腔左半模19、右半模6和凸模3分別通過(guò)型腔加熱器20、凸模加熱器21進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度由溫度控制器8控制在250～450℃；六、當(dāng)步驟五預(yù)熱達(dá)到要求后，為減小坯料與擠壓凸模3、模具1、凹模16之間的摩擦力及防止黏膜，需添加潤(rùn)滑劑，將步驟四保溫的坯料取出放入固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置的模具1中，通過(guò)液壓機(jī)進(jìn)行擠壓，坯料的擠壓溫度控制在250～450℃，擠壓力P＝1.3P1F2，式中P1為單位擠壓力，F(xiàn)為凸模投影面積，擠壓凸模3的移動(dòng)速度控制在5～20mm/s；擠壓出成形的鎂合金輪轂半成品；七、用簡(jiǎn)易熱切邊模、銑床或帶鋸去掉鎂合金輪轂半成品連皮。
八、對(duì)步驟七處理后的鎂合金輪轂毛坯表面采用陽(yáng)極處理或離子噴涂方法進(jìn)行處理；九、對(duì)經(jīng)步驟八進(jìn)行表面處理的輪轂在160～200℃的溫度范圍，保溫12～18小時(shí)后獲得鎂合金輪轂。
在現(xiàn)有實(shí)用工程金屬材料中，鎂合金是比重最小的，僅為鋼的1/4、鋁的2/3，與塑料十分接近。它的比強(qiáng)度、比剛度均高于鋼鐵材料、鋁合金和塑料。此外，鎂合金還具有極好的防震性能、耐沖擊和耐磨性能，材料加工切削性能良好。
本發(fā)明采用的裝置和方法制成的鎂合金輪轂它具有如下優(yōu)點(diǎn)1、固體塑性變形工藝省掉了鑄造預(yù)成形工序，同時(shí)避免了鑄造成形時(shí)液態(tài)鎂合金和空氣中的氧氣產(chǎn)生的劇烈化學(xué)反應(yīng)，因此不需使用阻燃劑；2、因固態(tài)熱擠壓工藝的鍛造比大，所以固態(tài)熱擠壓的鎂合金輪轂的晶粒細(xì)小、纖維組織分布更合理、組織更致密、力學(xué)性能更好；3、省去鑄造預(yù)成形工序，節(jié)約了熔化鎂合金的設(shè)備，從而降低了生產(chǎn)成本并提高了生產(chǎn)率和安全性；4、它還具有質(zhì)量輕和理想的減振性能、壽命長(zhǎng)、節(jié)約能量消耗和有利環(huán)境保護(hù)。


圖1是固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成型裝置的整體結(jié)構(gòu)剖示圖，圖2是本發(fā)明的成形方法及其裝置制造的汽車輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的成形方法及其裝置制造的另一種結(jié)構(gòu)的汽車輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明的成形方法及其裝置制造的城市輕軌火車輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是本發(fā)明的成形方法及其裝置制造的電動(dòng)車輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置由上模板4、凸模3、凸模固定板22、壓板18、下模板14、凹模16、支撐塊17、凹模墊板11、隔熱板2、凸模加熱器21、型腔加熱器20、溫度控制器8、隔熱墊板10、頂出桿12、銷軸13、導(dǎo)柱7、導(dǎo)套5組成，凸模3的上端嵌在凸模固定板22內(nèi)，凸模固定板22與上模板4用螺釘15固定連接，壓板18下方的支撐塊17坐落在凹模墊板11上，凹模墊板11放置在下模板14上，壓板18、支撐塊17、凹模墊板11和下模板14用螺釘固定連接成一體，導(dǎo)柱7的上端置于導(dǎo)套5的下部中，導(dǎo)套5的上端與上模板4的下端固定連接，導(dǎo)柱7的下端固定在下模板14上，隔熱板2被夾固在上模板4與凸模3之間，凸模3上設(shè)有凸模加熱器21，模具型腔分左半模19和右半模6，在左半模19和右半模6上設(shè)有型腔加熱器20，凸模加熱器21、型腔加熱器20與溫度控制器8電連接，隔熱墊板10被壓板18、支撐塊17、凹模墊板11、與下模板14用螺釘9固定后夾固在凹模16與凹模墊板11之間，銷軸13插接在頂出桿12的上端。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是裝置的凸模加熱器21由電阻絲纏繞在凸模3的外圍上，模具型腔的左半模19和右半模6上鉆有插固型腔加熱器20的電阻絲的插孔，將電阻絲插入孔內(nèi)，溫度控制器8通過(guò)測(cè)溫探頭實(shí)施對(duì)凸模3、模具型腔的左半模19、右半模6與模具1的溫度控制。其它組成中的連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的裝置在模具型腔的下部安裝有頂出桿12，頂出桿12的上端設(shè)置有銷軸13，目的是頂出桿12在液壓機(jī)構(gòu)的作用下將模具型腔內(nèi)擠壓成形后的鎂合金輪轂半成品向上頂起，此時(shí)模具型腔的左半模19、右半模6也跟隨向上移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中在偏心重力或外力的作用下，同時(shí)繞銷軸13向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，最終的位置限定在壓板18的斜面上，模具型腔左半模19、右半模6自動(dòng)分模，分模后可順利取出擠壓成形的中間小、兩頭大的圓形鎂合金汽車輪轂毛坯。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的熱固態(tài)擠壓鎂合金輪轂的成形方法由下列步驟完成一、輪轂材料選用鎂合金圓鑄錠或軋制的棒材，型號(hào)為AZ31、AZ61、AZ91、MB2、MB3、MB5、MB6、MB7、MB8、MB11、MB14、MB15；二、在室溫下采用圓盤(pán)電鋸、車床、快速銑床及線切割設(shè)備進(jìn)行下料，也可采用在250～400℃溫度范圍內(nèi)用剪床進(jìn)行下料；三、將步驟二的坯料進(jìn)行加熱，升溫方式可采用加熱爐、電爐、感應(yīng)線圈、電阻絲、高溫油管及火焰等多種方式，當(dāng)坯料溫度小于360℃時(shí)，升溫速度保持在10～20℃/s；當(dāng)坯料溫度大于360℃時(shí)，升溫速度保持在2～6℃/s?；虬磁髁铣叽绱笮?lái)計(jì)算坯料的加熱時(shí)間直徑小于50mm的坯料，按1.5min/mm計(jì)算加熱時(shí)間；直徑大于100mm的坯料，按2.5min/mm計(jì)算加熱時(shí)間，坯料加熱溫度范圍為250～450℃；四、對(duì)經(jīng)由步驟三加溫的坯料要在加熱爐中保溫1小時(shí)，保溫溫度為250～450℃；五、為防止經(jīng)由步驟四保溫的鎂合金坯料在接觸模具時(shí)發(fā)生急冷裂紋缺陷，在熱擠壓前對(duì)固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置中的模具型腔左半模19、右半模6和凸模3分別通過(guò)型腔加熱器20、凸模加熱器21進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度通過(guò)溫度控制器8的測(cè)溫探頭將預(yù)熱溫度控制在250～450℃的范圍。預(yù)熱方式還可采用熱油管加熱器、汽油或酒精噴燈直接加熱的方式進(jìn)行；六、在步驟五預(yù)熱達(dá)到要求后，為減小坯料和擠壓凸模3、模具1和凹模16之間的摩擦力及防止黏膜，需對(duì)裝置的凸模3、模具1和凹模16噴涂水劑石墨、二硫化鉬或動(dòng)物油潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑，提高模具壽命，保證成形輪轂表面的質(zhì)量，將步驟四保溫后的坯料取出放入裝置的汽車輪轂?zāi)＞?中通過(guò)液壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓過(guò)程模具溫度和坯料溫度應(yīng)保持一致，坯料的擠壓溫度控制在250～450℃的范圍，擠壓力以直徑200mm的電動(dòng)車AZ31鎂合金固態(tài)熱擠壓輪轂為例，其擠壓力P＝1.3P1F2，式中P1為單位擠壓力，F(xiàn)為凸模投影面積。AZ31鎂合金345℃時(shí)，單位擠壓力P1為35Mpa，則擠壓力P=1.3×359×π4×2002=14654380N,]]>擠壓凸模3的移動(dòng)速度控制在5～20mm/s，擠壓出成形鎂合金輪轂毛坯后，裝置中的頂出桿12在液壓機(jī)構(gòu)的作用下，將左半模19、右半模6及鎂合金輪轂半成品一同向上頂起，此時(shí)左半模19、右半模6也向上移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中左半模19、右半模6在偏心重力或外力的作用下，同時(shí)繞銷軸13向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，最終的位置限定在壓板18的斜面上，模具型腔的左半模19、右半模6自動(dòng)分模，分模后可將擠壓成形的中間小、兩頭大的圓形鎂合金汽車輪轂半成品順利取出；七、用簡(jiǎn)易熱切邊模、銑床或帶鋸去掉鎂合金汽車輪轂半成品上的連皮；八、對(duì)步驟七處理后的鎂合金汽車輪轂毛坯表面采用陽(yáng)極化處理、離子噴涂、酸洗或電鍍的方法進(jìn)行處理；九、對(duì)經(jīng)步驟八表面處理后的汽車輪轂進(jìn)行人工時(shí)效處理，以其獲得更理想的綜合機(jī)械性能，時(shí)效處理溫度為160～200℃，保溫12～18小時(shí)后即得鎂合金汽車輪轂。
上述裝置和方法可制得鎂合金汽車輪轂、鎂合金摩托車輪轂、鎂合金電動(dòng)車輪轂、鎂合金火車輪轂(如圖2、圖3圖4、圖5所示)。
權(quán)利要求
1.固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置，它包括上模板(4)、凸模(3)、凸模固定板(22)、壓板(18)、下模板(14)、凹模(16)、支撐塊(17)、凹模墊板(11)、導(dǎo)柱(7)、導(dǎo)套(5)，凸模(3)的上端嵌在凸模固定板(22)內(nèi)，凸模固定板(22)與上模板(4)用螺釘(15)固定連接，壓板(18)下方的支撐塊(17)坐落在凹模墊板(11)上，凹模墊板(11)放置在下模板(14)上，壓板(18)、支撐塊(17)、凹模墊板(11)和下模板(14)用螺釘(9)固定連接成一體，導(dǎo)柱(7)的上端置于導(dǎo)套(5)的下部中，導(dǎo)套(5)的上端與上模板(4)的下端固定連接，導(dǎo)柱(7)的下端固定在下模板(14)上，其特征在于它還包括固定在上模板(4)與凸模(3)之間的隔熱板(2)，凸模(3)上設(shè)有凸模加熱器(21)，模具型腔分為左半模(19)和右半模(6)，在左半模(19)和右半模(6)上設(shè)有型腔加熱器(20)，凹模(16)與凹模墊板(11)之間設(shè)置有隔熱墊板(10)，頂出桿(12)上設(shè)有銷軸(13)，凸模加熱器(21)、型腔加熱器(20)與溫度控制器(8)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置，其特征在于凸模加熱器(21)由電阻絲纏繞在凸模(3)的外圓表面上構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置，其特征在于隔熱板(2)被凸模固定板(22)與上模板(4)用螺釘(15)固定后夾固在上模板(4)與凸模(3)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置，其特征在于加熱器(20)由電阻絲插入模具型腔左半模(19)和右半模(6)的插孔中構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置，其特征在于銷軸(13)插接在頂出桿(12)的上端。
6.固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形方法，其特征在于該成形方法由下列步驟完成一、輪轂材料選用鎂合金圓鑄錠或軋制的棒材；二、在室溫或在250～400℃溫度范圍下料；三、將步驟二的坯料加溫，當(dāng)坯料的溫度小于360℃時(shí)，升溫速度保持在10～20℃/s；當(dāng)坯料溫度大于360℃時(shí)，升溫速度保持在2～6℃/s，坯料加熱的溫度為250～450℃；四、對(duì)經(jīng)由步驟三加溫的坯料在加熱爐中保溫1小時(shí)，保溫溫度為250～450℃；五、在熱擠壓前對(duì)固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置中的模具型腔左半模(19)、右半模(6)和凸模(3)分別通過(guò)型腔加熱器(20)、凸模加熱器(21)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250～450℃；六、當(dāng)步驟五預(yù)熱達(dá)到要求后，在凸模(3)、模具(1)和凹模(16)之間添加潤(rùn)滑劑，將步驟四保溫后的坯料取出放入固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂成形裝置的模具(1)中，通過(guò)液壓機(jī)進(jìn)行擠壓，坯料的擠壓溫度控制在250～450℃，擠壓力P＝1.3P1F2，式中P1為單位擠壓力，F(xiàn)為凸模投影面積，擠壓凸模(3)的移動(dòng)速度控制在5～20mm/s；擠壓出成形的鎂合金輪轂半成品；七、用簡(jiǎn)易熱切邊模、銑床或帶鋸去掉鎂合金輪轂半成品連皮；八、對(duì)步驟七處理后的鎂合金輪轂表面采用陽(yáng)極化處理或離子噴涂方法進(jìn)行處理；九、對(duì)經(jīng)步驟八進(jìn)行表面處理的輪轂在160～200℃的溫度范圍，保溫12～18小時(shí)后獲得固態(tài)熱擠壓成形的鎂合金輪轂。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形方法，其特征在于擠壓過(guò)程中模具溫度和坯料溫度保持一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形方法，其特征在于步驟三中坯料加溫時(shí)間按坯料尺寸大小來(lái)計(jì)算坯料的加熱時(shí)間，直徑小于50mm的坯料，按1.5min/mm計(jì)算加熱時(shí)間；直徑大于100mm的坯料，按2.5min/mm計(jì)算加熱時(shí)間。
全文摘要
固態(tài)熱擠壓鎂合金輪轂的成形裝置及其成形方法，它涉及合金輪轂成形方法及其裝置，解決了現(xiàn)有鎂合金輪轂制造工序復(fù)雜及輪轂晶粒大、致密度差、纖維分布不合理的問(wèn)題。該裝置在上模板4與凸模3之間固定有隔熱板2，凸模3上設(shè)有凸模加熱器21，模具型腔分為左半模19和右半模6，在左、右半模上設(shè)有型腔加熱器20，凹模16與凹模墊板11之間設(shè)置有隔熱墊板10，頂出桿12上設(shè)有銷軸13，凸模加熱器21、型腔加熱器20與溫控器8電連接。該方法的步驟如下下料、加熱、保溫、模具預(yù)熱、擠壓、切連皮，表面和時(shí)效處理。本發(fā)明制成的輪轂具有成形工序簡(jiǎn)單、晶粒細(xì)小、纖維組織分布更合理、組織更致密、力學(xué)和減振性能好、壽命長(zhǎng)、節(jié)能。
文檔編號(hào)B21K1/28GK1718310SQ20051001021
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者王少純 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)