[發(fā)明專利]一種鋁合金車輪金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610131445.2
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN105583394B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張花蕊;張虎
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D18/04
• 分類號(hào): B22D18/04
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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，是一種按照順序凝固時(shí)間在結(jié)晶保壓階段繼續(xù)順序增壓的、制備鋁合金車輪的、金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的重力鑄造相比，低壓鑄造充型速度可控，金屬液流動(dòng)平穩(wěn)、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(xì)小致密組織和高的力學(xué)性能，也更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和潔凈化生產(chǎn)，所以，金屬型低壓鑄造廣泛用于生產(chǎn)鋁合金車輪、底盤零件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等汽車零部件生產(chǎn)領(lǐng)域和航空航天等軍工生產(chǎn)領(lǐng)域。

低壓鑄造工藝過程可由作用在金屬液表面的壓力－時(shí)間曲線來反映。典型的砂型低壓鑄造壓力－時(shí)間曲線包括升液、充型、結(jié)殼增壓、結(jié)殼保壓、結(jié)晶增壓、結(jié)晶保壓和卸壓七個(gè)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(jié)殼階段，因此，金屬型低壓鑄造工藝過程為：升液、充型、結(jié)晶增壓、結(jié)晶保壓和卸壓五個(gè)階段。

鋁合金車輪有助于汽車實(shí)現(xiàn)輕量化、降低油耗、減輕環(huán)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(chǎn)的鋁合金車輪。然而，隨著汽車輕量化要求日益增強(qiáng)，現(xiàn)有鋁合金車輪低壓鑄造生產(chǎn)技術(shù)的局限性開始顯現(xiàn)。如何進(jìn)一步提高車輪力學(xué)性能，已成為制約鋁合金車輪進(jìn)一步輕量化的瓶頸。

鋁合金車輪典型結(jié)構(gòu)如圖1，自中心向外，依次為輪心、輪輻、輪輞，輪輞的內(nèi)側(cè)、外側(cè)分別稱為內(nèi)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(chǎn)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，輪輞壁厚一般為10～13mm，輪輻輪輞過渡處存在較大的熱節(jié)，厚度約27～35mm。低壓鑄造生產(chǎn)中，必須依據(jù)車輪結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)充型和冷卻工藝，實(shí)現(xiàn)順序凝固，以提高補(bǔ)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(qū)別于普通鑄造的根本特征。結(jié)晶增壓壓力直接影響補(bǔ)縮效果。對于鋁合金車輪金屬型低壓鑄造，實(shí)際生產(chǎn)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(jié)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(jié)晶增壓壓力進(jìn)一步提高鑄件組織致密度和力學(xué)性能的可行性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有鋁合金車輪經(jīng)金屬型低壓鑄造方法難以實(shí)現(xiàn)高結(jié)晶增壓壓力的問題，結(jié)合鋁合金車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和順序凝固工藝要求，在保留現(xiàn)有低壓鑄造方法充型速度可控特點(diǎn)的前提下，提出一種在結(jié)晶保壓階段根據(jù)凝固順序持續(xù)增壓的、制備鋁合金車輪的、金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法，以進(jìn)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(xué)性能。

本發(fā)明是一種金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包括有升液階段、充型階段、結(jié)晶增壓階段、結(jié)晶保壓階段和卸壓階段；其特征在于：在所述的結(jié)晶保壓階段與所述的卸壓階段之間增加了結(jié)晶保壓后順序增壓階段；

(A)在充型完成后8～40s，待內(nèi)輪緣、外輪緣凝固結(jié)束后，增大結(jié)晶保壓壓力到100～200kPa，增壓速度為5～20kPa/s；

(B)在充型完成后12～130s，待輪輞凝固結(jié)束后，增大結(jié)晶保壓壓力到210～300kPa，增壓速度為10～20kPa/s；

(C)在充型完成后30～260s，待輪輻輪輞過渡部位凝固結(jié)束后，增大結(jié)晶保壓壓力到310～1000kPa，增壓速度為10～40kPa/s；

(D)在壓力310～1000kPa條件下，繼續(xù)保壓90～500s，直至輪心部位凝固結(jié)束，繼續(xù)保壓10～60s后卸壓。

本發(fā)明的另一種金屬型低壓鑄造成型用結(jié)晶保壓后順序增壓方法，所述金屬型低壓鑄造至少包括有升液階段、充型階段、結(jié)晶增壓階段、結(jié)晶保壓階段和卸壓階段；其特征在于：在所述的結(jié)晶保壓階段與所述的卸壓階段之間增加了結(jié)晶保壓后順序增壓階段；

(A)在充型完成后8～40s，待內(nèi)輪緣、外輪緣凝固結(jié)束后，增大結(jié)晶保壓壓力到100～200kPa，增壓速度為5～20kPa/s；

(B)在充型完成后12～130s，待輪輞凝固結(jié)束后，增大結(jié)晶保壓壓力到310～1000kPa，增壓速度為10～40kPa/s；

(C)在壓力310～1000kPa條件下，繼續(xù)保壓200～600s后卸壓。