[發明專利]一種鋁合金車輪金屬型低壓鑄造成型用結晶保壓增壓方法

有效

• 申請號: 201610131475.3
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105689688B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張花蕊;張虎
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B22D18/04
• 分類號: B22D18/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發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間在結晶保壓階段繼續增壓的、制備鋁合金車輪的、金屬型低壓鑄造成型用結晶保壓增壓方法。

背景技術

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。

發明內容

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，提出一種在結晶保壓階段根據凝固順序持續增壓的、制備鋁合金車輪的、金屬型低壓鑄造成型用結晶保壓增壓方法，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。

本發明的一種金屬型低壓鑄造成型用結晶保壓增壓方法，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：是將所述的結晶保壓階段更改為結晶保壓增壓階段；

所述結晶保壓增壓階段的步驟為：

(A)以5～20kPa/s的速度增大結晶保壓壓力，直到結晶保壓壓力到100～200kPa，然后保壓到內輪緣、外輪緣凝固結束；若內輪緣、外輪緣凝固結束時，仍未到達100～200kPa壓力，則在內輪緣、外輪緣凝固結束后執行步驟C；

(B)內輪緣、外輪緣在充型完成后8～40s凝固結束；

(C)以10～20kPa/s的速度增大結晶保壓壓力，直到結晶保壓壓力到210～300kPa，然后保壓到輪輞凝固結束；若輪輞凝固結束時，仍未到達210～300kPa，則在輪輞凝固結束后執行步驟E；

(D)輪輞在充型完成后12～130s凝固結束；

(E)以20～40kPa/s的速度增大結晶保壓壓力，直到結晶保壓壓力到310～1000kPa，然后進入保壓階段；

(F)輪輻輪輞過渡部位在充型完成后30～260s凝固結束；

(G)輪心部位在充型完成后90～500s凝固結束，繼續保壓10～60s后卸壓。

本發明的另一種金屬型低壓鑄造成型用結晶保壓增壓方法，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：是將所述的結晶保壓階段更改為結晶保壓增壓階段；

所述結晶保壓增壓階段的步驟為：