一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)成形可視化技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半固態(tài)成形技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)成形可視化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車鋁合金車輪半固態(tài)成形是一個復(fù)雜多參數(shù)控制的過程，漿料溫度、漿料中顆粒比率、模具型腔的結(jié)構(gòu)、充型過程模具型腔的溫度梯度的分布、漿料充型速率等因素都將影響鑄件的質(zhì)量。半固態(tài)成形過程是在封閉不透明的金屬型腔內(nèi)進(jìn)行的，漿料的流動狀態(tài)、金屬型腔溫度場對半固態(tài)漿料充型過程的影響、模具型腔冷卻梯度對凝固過程的影響都不可見的，導(dǎo)致半固態(tài)成形鑄件出現(xiàn)不可預(yù)知部位的欠鑄、冷隔、疏松、縮孔等宏觀缺陷。半固態(tài)鋁車輪設(shè)計人員與制造人員非常想觀察到它的實際充型和凝固過程，以便更好地設(shè)計澆注系統(tǒng)，控制漿料的狀態(tài)，消除半固態(tài)鑄件缺陷。
[0003]目前，在鑄造開發(fā)過程已有PROCAST與FL0W-3D等鑄造過程模擬軟件，對產(chǎn)品模具開發(fā)以及鑄造工藝開發(fā)雖有幫助，但是該模擬軟件在在模擬過程與實際生產(chǎn)過程差異較大，在應(yīng)用過程中往往需要多次模具結(jié)構(gòu)與鑄造工藝的修改；另外，國內(nèi)也有研制了一些水模擬實驗臺，應(yīng)用于重力鑄造、低壓鑄造等工藝模擬，并且充型液態(tài)介質(zhì)用氯化銨水溶液、聚丙烯酰胺水溶液、丁二腈水溶液等透明溶液模擬鑄件充型過程，該方式雖能夠直觀形象地觀察鑄件的充型過程，但是模擬介質(zhì)流動性與金屬液差異非常大，并不能夠客觀再現(xiàn)金屬液的粘度、流動性以及在金屬型腔內(nèi)的填充過程的真實狀態(tài)。再者，由于水、氯化銨水溶液、聚丙烯酰胺水溶液以及丁二腈水溶液等透明溶液不能夠模擬鑄件的凝固結(jié)晶過程，該方法對半固態(tài)鑄造的前期開發(fā)雖有幫助，但并不能夠真正再現(xiàn)金屬半固態(tài)漿料在模具型腔內(nèi)的充型過程及凝固結(jié)晶過程。因此如何在半固態(tài)產(chǎn)品先期開發(fā)過程能夠客觀的模擬半固態(tài)漿料在模具型腔內(nèi)充型及凝固的過程，真正為半固態(tài)成形提供針對性的參考是半固態(tài)成形工作人員夢寐以求的事情。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是根據(jù)汽車鋁合金車輪半固態(tài)成形的特點研宄一種充型及凝固過程的可視化裝置，實現(xiàn)在制造前有針對性的模擬，具體地說是一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)成形可視化技術(shù)。
[0005]實現(xiàn)以上方法的技術(shù)方案是，一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)成形可視化技術(shù)，該技術(shù)研制了一套可客觀再現(xiàn)汽車鋁合金車輪半固態(tài)充型及凝固過程的裝置，該裝置由模擬漿料制備裝置、定量坩禍、半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置、視頻記錄儀組成。模擬漿料制備裝置由控制柜一、電源導(dǎo)線、絲杠、驅(qū)動馬達(dá)一、驅(qū)動馬達(dá)二、粘度測量儀、熱電偶、攪拌轉(zhuǎn)子、加熱器、漿料熔化箱、水箱組成。控制柜一通過電源導(dǎo)線與驅(qū)動馬達(dá)一、驅(qū)動馬達(dá)二、熱電偶、加熱器、粘度測量儀相連接并控制其工作；驅(qū)動馬達(dá)一裝配在絲杠上，用以控制攪拌轉(zhuǎn)子的上下移動；驅(qū)動馬達(dá)二通過皮帶控制攪拌轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動；攪拌轉(zhuǎn)子目的是對模擬漿料進(jìn)行攪拌使其成分均勻分布；驅(qū)動馬達(dá)一與驅(qū)動馬達(dá)二通過角鋼裝配在一起；粘度儀安裝在漿料熔化箱的左側(cè)壁上端部，可對所配置的漿料進(jìn)行粘度測量；漿料熔化箱安裝在水箱的中間區(qū)域，其目的是保持漿料熔化箱內(nèi)的漿料在穩(wěn)定的溫度區(qū)間；在水箱的側(cè)壁中間安裝熱電偶，可實時測量水箱內(nèi)水的溫度，在水箱的底部安裝水加熱器，可依據(jù)漿料要求對水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱；通過該裝置可配置該技術(shù)方案所需要的模擬半固態(tài)漿料。其中半固態(tài)漿料的原料為棕櫚蠟，其熔化溫度在80?92°C區(qū)間，其粘度與流動性接近鋁合金的半固態(tài)漿料，能夠仿真模擬半固態(tài)漿料的充型過程，該材料有一定的熔化與凝固溫度區(qū)間，能夠仿真模擬漿料充型后凝固過程；在熔化過程加入藍(lán)色、紅色或綠色色素進(jìn)行染色，其目的為便于漿料充型過程與漿料凝固過程呈現(xiàn)清晰的視覺效果；在熔化的棕櫚蠟內(nèi)按照一定比例加入密度稍大于棕櫚蠟的有機(jī)物顆粒充當(dāng)半固態(tài)漿料中的顆粒，顆粒尺寸在30?50 μ m，顆粒占棕櫚蠟容積的15?50%，其目的是模擬鋁合金的半固態(tài)漿料內(nèi)顆粒比例；制備合格的漿料使用定量坩禍轉(zhuǎn)移，定量坩禍采用石墨材質(zhì)，其保溫性能良好，在坩禍內(nèi)側(cè)面有溶積刻度線，可依據(jù)模擬型腔溶劑大小定量圉取所制備的半固態(tài)漿料。半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置由控制柜二、液壓輸送管、夾具板一、液壓油缸一、液壓油缸二、提升鋼板、連接導(dǎo)柱、漿料輸送鋼管、漿料入口、漿料擠壓活塞、液壓油缸三、夾具板二、左側(cè)模、邊摸、右側(cè)模、熱電偶、加熱棒組成；控制柜二通過液壓輸送管與電源導(dǎo)線、各液壓油缸、熱電偶、加熱器相連接；液壓油缸一有上下兩個，分別安裝在夾具板一上，液壓油缸一的另一端與提升鋼板相連接；連接導(dǎo)柱與提升鋼板、左側(cè)模相連接，通過液壓油缸一可控制左側(cè)模的左右開模與合模；液壓油缸二安裝在提升鋼板的中間部位，液壓油缸二的右端與漿料擠壓活塞相連接，可控制漿料在模具型腔內(nèi)的充型速度與對漿料的擠壓力的大小；漿料輸送鋼管與左側(cè)模中間的冒口相連接，在漿料輸送鋼管的上部有漿料入口，加工合格的半固態(tài)漿料通過漿料入口加入，在漿料擠壓活塞的作用下完成漿料在模具型腔內(nèi)的充型；右側(cè)模安裝在夾具板二上，液壓油缸三也安裝在夾具板二上，液壓油缸三分上下兩個，液壓油缸三與邊模相連接，可控制兩塊邊摸的開模與合模；在邊摸與右側(cè)模的不同位置分別裝配有熱電偶與加熱棒，目的是實驗過程控制模具溫度場的分布；左側(cè)模、邊摸、右側(cè)模造型與所開發(fā)的產(chǎn)品一致，尺寸比例為1:1，材質(zhì)為透光性良好的鋼化玻璃玻璃，該材質(zhì)不僅僅透光性良好，而且能耐200°C左右的溫差，韌性也較好，目的為在漿料充型過程以及凝固過程能夠清晰的在視頻記錄中呈現(xiàn)；視頻記錄儀安裝在夾具板三的中間區(qū)域，在試驗過程通過其中的高速攝像機(jī)記錄漿料在模具型腔內(nèi)的流動及凝固過程，并在鑄件設(shè)計開發(fā)過程通過視頻慢放進(jìn)行研宄分析，為模具開發(fā)以及半固態(tài)鑄造工藝開發(fā)提供客觀的技術(shù)參數(shù)。
[0006]具體的實施過程為:
[0007](I)將模擬漿料制備裝置、定量坩禍、半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置與視頻記錄儀安裝調(diào)試好。
[0008](2)選用棕櫚蠟為原料，密度稍大于棕櫚蠟的有機(jī)物顆粒充當(dāng)半固態(tài)漿料中的顆粒，先將一定數(shù)量棕櫚蠟加入漿料熔化箱，設(shè)置熔化溫度在80?85°C，在棕櫚蠟為糊狀時加入有機(jī)物顆粒，顆粒尺寸在30?50 μ m，顆粒占棕櫚蠟容積的15?50%，打開攪拌轉(zhuǎn)子使有機(jī)物顆粒均勻的分布在棕櫚蠟溶液中，使用粘度儀測量漿料的粘度，形成半固態(tài)漿料。
[0009](3)將半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置、邊摸與左右側(cè)模合攏，在控制柜上輸入各技術(shù)參數(shù)，調(diào)整好視頻記錄儀。
[0010](4)使用定量坩禍依據(jù)模具型腔溶積圉取一定量的半固態(tài)漿料加入半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置的入料口。
[0011](5)在控制柜上啟動按鈕，打開視頻記錄儀，記錄漿料。在模具型腔內(nèi)的流動及凝固過程。
[0012](6)在一定的周期內(nèi)等半固態(tài)漿料完全凝固后打開邊摸與左側(cè)模觀察模擬鑄件外觀。
[0013](7)讀取視頻數(shù)據(jù)，通過慢放分析漿料充型過程與凝固過程。
[0014](8)依據(jù)上述步驟分析調(diào)整工藝參數(shù)再次試驗，直至達(dá)到所設(shè)計的試驗要求。
[0015](9)依據(jù)試驗過程的參數(shù)分析為后續(xù)半固態(tài)模具開發(fā)與半固態(tài)鑄件工藝做技術(shù)性依據(jù)。
[0016]本發(fā)明棕櫚蠟與有機(jī)顆粒所配置的半固態(tài)漿料的粘度、流動性以及凝固狀態(tài)與鋁合金半固態(tài)漿料十分相似，各參數(shù)模擬客觀、可信度高。該試驗?zāi)＞叩牟馁|(zhì)為透光性良好的鋼化玻璃，試驗過程漿料在模具型腔內(nèi)的流變形態(tài)以及凝固狀態(tài)通過視頻記錄儀可清晰呈現(xiàn)。鋼化玻璃材質(zhì)容易得到，造價不高，容易加工制作試驗?zāi)＞撸蛊淠M數(shù)據(jù)更客觀、更逼真、更具有可靠性。該技術(shù)方案可為汽車鋁合金車輪的模具開發(fā)、工藝開發(fā)提供有價值指導(dǎo)，是實現(xiàn)汽車鋁合金車輪半固態(tài)制造先期開發(fā)良好的模擬技術(shù)方案。
【附圖說明】
[0017]圖1、為本發(fā)明的模擬漿料制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2、為本發(fā)明漿料定量舀取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3、為本發(fā)明半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中控制柜一(I)、電源導(dǎo)線2、絲杠3、驅(qū)動馬達(dá)一⑷、驅(qū)動馬達(dá)二(5)、粘度測量儀6、熱電偶7、攪拌轉(zhuǎn)子8、加熱器9、漿料熔化箱10、水箱11、定量坩禍12、控制柜二(13)、液壓輸送管14、夾具板一(15)、液壓油缸一(16)、液壓油缸二(17)、提升鋼板18、連接導(dǎo)柱19、漿料輸送鋼管20、漿料入口 21、漿料擠壓活塞22、液壓油缸三(23)、夾具板二(24)、左側(cè)模25、邊摸26、右側(cè)模27、熱電偶28、加熱棒29、視頻記錄儀30。
[0021]具體的實施方式
[0022]如圖1、2、3所示，一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)流變成形可視化技術(shù)，該技術(shù)研制了一套可客觀再現(xiàn)汽車鋁合金車輪半固態(tài)充型及凝固過程的裝置，該裝置由模擬漿料制備裝置、定量坩禍、半固態(tài)漿料充型與凝固模擬裝置、視頻記錄儀組成。其中模擬漿料制備裝置由控制柜一(I)、電源導(dǎo)線2、絲杠3、驅(qū)動馬達(dá)一(4)、驅(qū)動馬達(dá)二(5)、粘度測量儀6、熱電偶7、攪拌轉(zhuǎn)子8、加熱器9、漿料熔化箱10與水箱11組成；控制柜一(I)通過電源導(dǎo)線2與驅(qū)動馬達(dá)一(4)、驅(qū)動馬達(dá)二(5)、熱電偶7、加熱器9與粘度測量儀6相連接并控制其工作；驅(qū)動馬達(dá)一(4)裝配在絲杠3上用以控制攪拌轉(zhuǎn)子8的上下移動，驅(qū)動馬達(dá)一(4)、驅(qū)動馬達(dá)二(5)通過皮帶控制攪拌轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動，攪拌轉(zhuǎn)子8對模擬所用的漿料進(jìn)行攪拌并使其成分均勻分布；漿料熔化箱10安裝在水箱11的中間區(qū)域，目的是保持漿料熔化箱內(nèi)的漿料在恒定的溫度區(qū)間；在水箱11的側(cè)壁中間安裝熱電偶7，用以實時測量水箱11內(nèi)水的溫度，在水箱11的底部安裝水加熱器9，目的是依據(jù)漿料要求對水箱11內(nèi)的水進(jìn)行加熱；通過該裝置可配置該技術(shù)方案所需要的模擬半固態(tài)漿料，其特征在于:半固態(tài)漿料的原料為棕櫚蠟，其熔化