專利名稱：鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及汽車鋁輪鑄造技術(shù)，具體是指鋁合金車輪氣體壓力鑄造(Aluminium Wheel Gas-Pressure Casting Process,簡稱AWGP)裝置。
背景技術(shù)：
目前，汽車鋁合金車輪的需求越來越大，產(chǎn)量越來越高，生產(chǎn)技術(shù)日趨完 善，車輪制造成形方法有板材成形、鍛造和鑄造成形，其中鑄造成形方法用得 最多，占95%,其成本低，適用范圍廣，最具有競爭力。鑄造材料普遍使用A356鋁合金。目前，生產(chǎn)汽車鋁合金車輪的主要工藝方法有金屬型重力鑄造，低壓鑄造， 差壓鑄造和擠壓鑄造等方法。金屬型重力澆注時，鋁液依靠重力流動充填鑄型，所以稱為重力鑄造，鋁 液充滿鑄型結(jié)晶凝固時為了獲得比較致密鑄件，往往要采用冒口來補縮?？v然 這樣， 一般金屬型鑄件的致密度不如低壓鑄造，缺陷多屬顯微疏松。金屬型重 力鑄造的金屬收得率只有(40%),金屬的利用率比較低，力學(xué)性能一般。目前 普遍的認為金屬型的鑄型費用只有低壓鑄型費用的1/3。金屬型工藝，成品率 高(90 94%)，成本低。金屬型重力鑄造有兩種澆注方式中心澆注和邊澆方式。 對于中心澆注，鋁液充型時沖擊較大，容易二次氧化夾雜；澆口開在車輪的安 裝盤位置，造成安裝盤凝固慢，結(jié)晶晶粒粗大，材料的力學(xué)性能低。而對于邊 澆，澆注系統(tǒng)消耗的鋁液多；模具溫度場分布不均，不符合順序凝固條件； 澆口部位容易出現(xiàn)疏松廢品；車輪輪輞容易出現(xiàn)漏氣缺陷。低壓鑄造的工藝特點是在壓力下結(jié)晶,組織致密，力學(xué)性能比重力鑄造的 好；不用冒口，澆口也很小，所以金屬的利用率高，但低壓鑄造必須嚴格的掌 握加壓規(guī)范，控制好順序凝固的溫度場，對操作手素質(zhì)要求極高，并且綜合影 響因素多，工藝難點多，不易控制和操作，因此產(chǎn)品廢品率較高。差壓鑄造又稱"反壓鑄造"，是液體金屬在壓差的作用下填充到預(yù)先有一 定壓力的鑄型中，進行結(jié)晶，凝固而獲得鑄件的一種工藝方法。但對生產(chǎn)汽車
車輪來說設(shè)備的操作維修比較復(fù)雜，每次操作都必須保證上下筒體的密封， 消耗大量的壓縮空氣；工藝比較復(fù)雜，很難準確的執(zhí)行，澆注以前看不見模具 的組合情況，澆注時跑火，操作手常常不知道，因壓力比較高，跑火止不住， 后果很嚴重。筒體里的鑄型冷卻時，漏風漏水，操作手也不知道；差壓的充型 過程，像低壓鑄造一樣，是在上下筒體進入高壓的情況下產(chǎn)生一條充型的壓力 曲線，要實現(xiàn)穩(wěn)定性和再現(xiàn)性，難度比較大，操作手的素質(zhì)要求比較高。雖然 差壓鑄造工藝生產(chǎn)的鋁車輪質(zhì)量比較好，可是很難攀握差壓鑄造工藝，因此許 多工廠都不采用此鑄造方法。擠壓鑄造，也稱"液態(tài)模鍛"，是對進入擠壓鑄型型腔內(nèi)的液態(tài)金屬施加 較高的機械壓力，使其成形和凝固，從而獲得鑄件的一種工藝方法。但目前使 用擠壓鑄造工藝無法生產(chǎn)出復(fù)雜的鑄件。綜上所述，金屬型鑄造工藝比較簡單，成本較低，而強度性能略遜一籌。 而其它各種工藝方法制造的車輪，在強度性能上都有所提高，但都存在一定的 局限性。但有共同的地方，就是在過程中采用壓力，讓金屬在壓力下結(jié)晶，這 是當前提高車輪質(zhì)量最實用的途徑。發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本實用新型提供鋁合金車輪 氣體壓力鑄造(AWGP)裝置，其設(shè)備工藝簡單實用，投資少成本低，其鑄件 致密度高、尺寸精度高、光潔度比較好，機械性能好。本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)本鋁合金車輪氣體壓力鑄造 (AWGP)裝置，包括機座、頂模油缸、側(cè)模油缸、封堵油缸，四個所述側(cè)模油 缸水平對稱設(shè)置在機座上，各個側(cè)模油缸分別與側(cè)模連接，四個側(cè)模之間的 機座上相應(yīng)設(shè)有下模，側(cè)模、下模的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模；所述封堵油缸、 頂模油缸分別設(shè)置在機座的上、下方，所述頂模油缸與上模的上模板連接， 且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸與上模板之間還設(shè)置有接件托盤、 機械手；所述上模設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；所述側(cè)模、 上模、下模分別連接有冷卻系統(tǒng)。所述加壓室加壓壓力為0 20kg/cm2，所述氣體加壓系統(tǒng)的氣源為壓縮空 氣，也可以采用瓶裝的高壓氬氣、氮氣，但不如壓縮空氣方便、穩(wěn)定。所述冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)包括水、風、氣，所述冷卻系統(tǒng)的設(shè)置為上輪 緣及輪輞位置設(shè)置有水氣環(huán)形冷卻管；輪輞與輪輻熱節(jié)位置設(shè)置有噴水環(huán)形冷 卻管；輪盤和冒口位置設(shè)置有分水錐。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點及效果(1) 在壓力下結(jié)晶凝固，金屬液增加了對氣體的溶解度，也抑制了氣體 的析出，鑄件組織致密，縮松和針孔少，加工后的光潔度好，尺寸精度高；(2) 有利于熱傳導(dǎo)(金屬型溫度25(TC 35(rC)使金屬產(chǎn)生細晶粒的結(jié) 構(gòu)；合金的機械性能得到改善，和一般金屬型鑄件比較，機械性能提高20 30%，有些合金能接近鍛件的標準，可以減輕車輪重量，節(jié)約金屬；(3) 無論是氬氣、空氣在加壓時，都不會進入鑄件中，加壓的方法簡單 有效，范圍較寬，根據(jù)車輪的要求，加壓范圍可為1 20kg/cm2，模具的結(jié)構(gòu) 要相對的加強；(4) 和低壓鑄造比，它的工藝敏感度差。低壓鑄造的加壓規(guī)范非常敏感 的影響著鑄件質(zhì)量，本實用新型的加壓規(guī)范，幾乎是固定不變，誰都能操作。 不用專用的保溫爐，生產(chǎn)用設(shè)備可以采用高水平的機械化自動化，所用擠鑄機 新穎，實用，和金屬型澆鑄機相似，但結(jié)構(gòu)要加強。(5) 設(shè)備工藝簡單實用，投資少成本低，工藝準備和工藝過程和金屬型 工藝相同，只是多一個封堵加壓工序，整個工藝過程簡單，容易操作。


圖1是本實用新型鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的氣體加壓系統(tǒng)線路示 意圖；圖3是本實用新型鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實用新型鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的工藝流程框圖； 圖5是本實用新型鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置的加壓曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例子及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用 新型的實施方式不限于此。 實施例一如圖1所示，本鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，包括機座1、頂模油缸2、 側(cè)模油缸3、封堵油缸4,四個所述側(cè)模油缸3水平對稱設(shè)置在機座1上，各
個側(cè)模油缸3分別與側(cè)模5連接，四個側(cè)模5之間的機座1上相應(yīng)設(shè)有下模 6，側(cè)模5、下模6的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模7;所述封堵油缸4、頂模油缸2 分別設(shè)置在機座1的上、下方，所述頂模油缸2與上模7的上模板7-1連接， 且封堵油缸4位于上模板7-1的上方，封堵油缸4與上模板7-1之間還設(shè)置 有接件托盤8、機械手21;所述上模7設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加 壓系統(tǒng)；所述側(cè)模5、上模7、下模6分別連接有冷卻系統(tǒng)。 如圖1所示，本裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下(1) 輪廓尺寸-長X寬X高-2341X 1176X4815咖 四立柱間距-1431X586咖 側(cè)缸行程Max-780ran， Min=480ram 上模板主缸行程llOOmm(2) 各油缸的主要參數(shù)-1、 封堵油缸推力125600 N側(cè)模油缸推力321700N 頂模油缸推力341946N 缸在下部受拉力350600N2、 頂模開合高度 上下模板間距H-1680咖 頂模油缸行程1100 mm3、 側(cè)模油缸行程-側(cè)模背板至中心最小尺寸最大尺寸所述氣體加壓系統(tǒng)線路如圖2所示， 12、 13、 14，時間繼電器15、 16， 二位三通高壓球閥17、 18，加壓室19等 相連接組成；所述加壓室19為1000cm3，加壓壓力為0 20kg/cm2，所述氣體 加壓系統(tǒng)的氣源為一般的壓縮空氣。所述冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)包括水、風、氣，如圖3所示，所述冷卻系統(tǒng)的 的設(shè)置為上輪緣及輪輞位置設(shè)置有水氣環(huán)形冷卻管20、 21;輪輞、輪輻熱 節(jié)位置設(shè)置有噴水環(huán)形冷卻管22、 23;輪盤和冒口位置設(shè)置有分水錐24。13 15" 320 28" 425由三聯(lián)件9，減壓j4、 5，電磁閥如圖4所示，本鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置按以下步驟進行鋁合金車 輪氣體壓力鑄造(1) 準備工作，包括1、 準備鋁液，在保溫爐中的鋁液經(jīng)過除氣，除渣，靜止，溫度保持在700 7HTC，測氫度在2.6以上；記上爐號、化學(xué)成份、變質(zhì)程度，并準備六氯乙烷(爐料總量的0.3%);2、 澆包和澆口杯噴好涂料，并在保溫爐中保溫250 30(TC;3、 設(shè)定氣體加壓系統(tǒng)的加壓程序，以及頂模油缸2、封堵油缸4、側(cè)模油 缸5的運行速度及額定推力；如圖2所示，①手動轉(zhuǎn)動二位三通高壓球閥17，接通5kg/cm2氣源，切斷 20kg/cm2通路。② 將三聯(lián)件9的減壓閥調(diào)壓到5kg/cm2。減壓閥10的壓力調(diào)到0. 5kg/cm2， 減壓閥ll的壓力調(diào)到2kg/cm2。③ 調(diào)好時間繼電器15為2秒，調(diào)好時間繼電器16為3秒。4、 準備模具，其中，涂料是水劑膠體石墨或水劑白涂料，可采用型號為 T800，冒口噴保溫涂料34#厚度0. 1 0. 2mm，澆注前冒口溫度要保持380 400 °C;5、 將噴好涂料的模具組裝，進爐加熱，至380 400'C保溫4 6小時出 爐，上機組裝好模具；(2) 開機合型；步驟包括1、 用壓縮空氣將上、下模7、 6及側(cè)模5、冒口吹干凈；2、 先合側(cè)模5，后合上模7，合型時所述各個側(cè)模5之間的縫隙為0 0.5mm，檢査冒口法蘭是否干凈；3、 檢査進氣口是否被堵塞。(3) 澆注成型，包括1、 將澆口杯放入模具的冒口中(澆口杯中帶過濾網(wǎng))，通過機械手21用 澆包倒入定量的鋁液，待鋁液從澆口杯中流完，取出澆口杯；2、 起動封堵油缸4快速下行(先快行3秒后慢行2秒)，對冒口進行封堵; 5 8秒后，啟動氣體加壓系統(tǒng)加壓、保壓；如圖2所示，加壓程序為-
動作開始按下一個電開關(guān)，打開電磁閥12，同時要打開時間繼電器15、16。① 讓0. 5kg/cm2壓力的氣體通過二位三通高壓球閥17進入加壓室19。② 2秒以后時間繼電器15打開電磁閥13，通入2kg/cm2氣體。3秒后時間 繼電器10打開電磁閥14,讓5kg/cm2壓力的氣體進入加壓室19。以上是加壓的最基本過程，加壓方式要根據(jù)鑄件的特點來設(shè)置。 如圖5所示，加壓壓力梯級曲線為0 2 5 20kg/cm2,全部加壓時間為0 9秒；結(jié)晶壓力為20kg/cm2，保壓壓力為20kg/cm2， 20kg/ci^壓力下保壓時間為3 4秒。加壓規(guī)范可有多種形式。3、 對上、下模7、 6按順序凝固的原則進行冷卻先通過吹風或加水霧冷 卻上模芯輪緣部份，15秒以后下模芯開始噴水冷卻，噴水20秒以后停止噴水; 所述車輪冷卻是采用水槽冷卻；所述車輪冷卻的補縮方向是從中間澆冒口通過 輪輻向上下輪輞補縮。4、 停止冷卻同時，氣體加壓系統(tǒng)停止加壓并復(fù)原，準備下一個澆注循環(huán)；5、 已經(jīng)形成車輪的鑄件在鑄型中繼續(xù)冷卻30秒 1分鐘；(4) 開型；對開側(cè)模5，然后起動上模7，到允許高度以后，轉(zhuǎn)動接件托 盤8，到位以后，上模板7-l帶著上模芯繼續(xù)上升，將車輪頂出，轉(zhuǎn)出接件托 盤8，將車輪取出冷卻；(5) 清理車輪飛邊，并做車輪質(zhì)量評審，包括表面質(zhì)量、鑄型精度、加 壓情況，并據(jù)此調(diào)整下一輪操作的工藝參數(shù)。(6) X光檢査車輪是否有縮松、氣孔、夾渣等缺陷。如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1、鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，其特征在于包括機座、頂模油缸、側(cè)模油缸、封堵油缸，四個所述側(cè)模油缸水平對稱設(shè)置在機座上，各個側(cè)模油缸分別與側(cè)模連接，四個側(cè)模之間的機座上相應(yīng)設(shè)有下模，側(cè)模、下模的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模；所述封堵油缸、頂模油缸分別設(shè)置在機座的上、下方，所述頂模油缸與上模的上模板連接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸與上模板之間還設(shè)置有接件托盤、機械手；所述上模設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；所述側(cè)模、上模、下模分別連接有冷卻系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，其特征在于所述 加壓室加壓壓力為0 20kg/cm2，所述氣體加壓系統(tǒng)的氣源為壓縮空氣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述鋁合金車輪氣體壓力鑄造裝置，其特征在于所述 冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)包括水、風、氣，所述冷卻系統(tǒng)的設(shè)置為上輪緣及輪輞 位置設(shè)置有水氣環(huán)形冷卻管；輪輞、輪輻熱節(jié)位置設(shè)置有噴水環(huán)形冷卻管；輪 盤和冒口位置設(shè)置有分水錐。
專利摘要本實用新型提供鋁合金車輪氣體壓力鑄造(AWGP)裝置，包括機座、頂模油缸、側(cè)模油缸、封堵油缸，四個側(cè)模油缸水平對稱設(shè)置在機座上，各個側(cè)模油缸分別與側(cè)模連接，四個側(cè)模之間的機座上相應(yīng)設(shè)有下模，側(cè)模、下模的上側(cè)相應(yīng)設(shè)置有上模；封堵油缸、頂模油缸分別設(shè)置在機座的上、下方，頂模油缸與上模的上模板連接，且封堵油缸位于上模板的上方，封堵油缸與上模板之間還設(shè)置有接件托盤；上模設(shè)置有加壓室，加壓室外接有氣體加壓系統(tǒng)；側(cè)模、上模、下模分別與冷卻系統(tǒng)連接。本實用新型生產(chǎn)的汽車鋁合金車輪鑄件致密度、尺寸精度、光潔度高，機械性能好，設(shè)備工藝簡單實用，投資少成本低，具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用價值和市場推廣前景。
文檔編號B22D18/00GK201042733SQ20072004983
公開日2008年4月2日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者劉熾亮, 張新穎 申請人:華泰鋁輪轂(泰安)有限公司