[发明专利]一种铝车轮连铸连锻成形工艺

说明书

一种铝车轮连铸连锻成形工艺方法，结合了铝合金液低压充型平稳的优点，利用锁模环和加压模块挤压变形锻造的强化作用提高铝车轮材料力学性能质量接近锻造水平，其中，借助锁模环和锁模锥封闭模具型腔，将挤压锻造压力作用在封闭型腔内的铝合金表面，降低了设备合模吨位要求，设备成本远低于锻造设备，与铸造设备成本持平。

技术领域

本发明涉及一种铝车轮成形工艺。

背景技术

车轮是汽车行驶系统的重要安全零件，通常对其材料力学性能表现要求严格。另外，汽车行业的减重要求下车轮的材料更多地采用铝合金替代钢材。从铝车轮的主流制作工艺上，又分为铸造铝合金的低压铸造工艺和变形铝合金的锻造工艺。

低压铸造，通过干燥压缩空气将保温炉内的铝合金液压入模具型腔内，再保持一定压力条件下通过创造顺序凝固条件来将铝合金液转化为铸件，其特点是保压压力通常不超过一个标准大气压，而铸造铝车轮轮辐的屈服强度通常在200MPa左右，延伸率7%。

锻造，将变形铝合金棒料通过锻压、旋压等工艺的固态成形技术，其特点是压力机吨位较高，设备投入成本较大，但其锻造铝车轮的材料力学性能表现更优，锻造铝车轮轮辐的屈服强度通常在300MPa左右，延伸率10%。

发明内容

基于上述背景，本发明要解决的技术问题是，克服低压铸造成形保压压力低，提升铸件材料力学性能接近锻造水平，且保持低压铸造工艺的成本水平的方法。

本发明采用的技术方案是：一种铝车轮连铸连锻成形工艺，铝合金融液进入模具，直至充满型腔，在低压下保压一段时间；再落下边模锁模环、中心锁模锥，将铝合金液完全密封在模具型腔内，撤销保温炉内的低压气压压力，在顶、底模具相应轮辐两侧位置开启强制水冷，待顶、底模具温度介于铝合金液固共存状态下，落下顶部加压模块实施挤压变形强化，直至铝合金液完全结晶凝固，开模取件。

为了快速切换铸造和锻造工艺转化，提高产品材料组织性能，在铝合金液完全充满型腔时，通过安放在顶模的热电偶可以同时探测到温度有较大幅度的快速跃升，将此信号传递给设备工控机，并发布指令，边模锁模环落下挤压四个边模。

锁模环与四个边模以斜锥面配合，锥角界于10°至15°之间。

中心锁模锥与中心浇口以斜锥面配合，锥角界于0°至5°之间。

铝合金处于液固共存状态的顶、底模温度，界于570℃至610℃之间。

底模加压模块的落下速度可分为先低速加压，再高速加压。低速加压阶段的行进速度设置为0mm/s至0.2mm/s。高速加压阶段的行进速度设置为0.5mm/s至0.8mm/s。

按照本发明的连铸连锻成形工艺方法下制作的铝合金车轮，轮辋受惠于挤压形变强化，轮辐得益于加压模块锻造挤压下强化，所得铸件的强度和韧性整体上接近纯锻造工艺水平。本发明中使用了锁模环和锁模锥，将铝合金完全封堵在密闭型腔内，于此施加的加压模块锻造挤压力将完全作用于模具型腔内部，不涉及设备合模力等吨位限制，也就是在取得接近锻造工艺下材料力学性能的铝车轮铸件时，设备成本的投入与铸造工艺持平，远远低于锻造设备成本。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是本发明铝车轮连铸连锻成形工艺装置示意图。

图2是铝合金液充满型腔铸造阶段示意图。

图3是落下锁模环和锁模锥、开启模具水冷冷却阶段示意图。

图4是落下加压模块至铝合金结晶凝固过程完成阶段示意图。

具体实施方式