一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝及其裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及鋁合金輪轂制造技術領域，更具體的說是涉及一種提升鋁合金輪轂力學性能的超聲波振動鑄造工藝及其裝置。
【背景技術】
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[0002]目前，國內鋁合金輪轂的制造方法有鍛造、擠壓鑄造、低壓鑄造和重力鑄造等。根據鋁合金輪轂的實際生產特性、滿足大批量高效生產的同時考慮到生產成本的問題，目前行業中多采取重力鑄造的方法。重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下澆入金屬型腔獲得鑄件的工藝方法。鋁合金輪轂在重力制造過程中會伴隨有氧化夾渣、氣孔氣泡、縮松疏松、裂紋等，嚴重影響鋁合金輪轂的性能，存在一定的缺陷。為了防止這些缺陷的產生，提高鋁合金的力學性能，加入變質劑是一種行措施，目前常用的工藝方法為加入鋁鍶中間合金變質劑來細化組織，提升性能。
[0003]雖然加入變質劑能夠在一定程度上防止氧化夾渣、氣孔氣泡、縮松疏松、裂紋等的產生，細化組織，提升輪轂性能，但是其效果并不明顯，鋁合金輪轂的力學性能亟待進一步的提升。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的就是針對現有技術之不足，而提供一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝及其裝置，利用超聲換能器將電能轉變為聲能，通過高能超聲，在鋁合金熔液中形成氣泡，將已結晶長大的晶粒打碎，使晶粒得到細化，能夠有效改善鑄件組織結構、改善脆性相、改善晶粒形態和分布狀況，從而提升鋁合金輪轂的力學性能。
[0005]本發明的技術解決措施如下:一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，包括如下步驟:
[0006]S1:利用機械手將鋁合金熔液倒入鑄造模具中進行澆鑄；
[0007]S2:在輪轂澆鑄完成后的5s內將超聲換能器的超聲變幅桿插入所述鑄造模具的澆口內，利用高能超聲在鋁合金熔液中形成氣泡，引發空化現象；
[0008]S3:所述超聲變幅桿在工作5-lOs后抽離所述鑄造模具，并用鋁合金熔液對所述鑄造模具進行補澆；
[0009]S4:對所述鑄造模具內的輪轂鑄件進行冷卻凝固。
[0010]作為上述技術方案的優選，所述步驟SI中，所述鋁合金熔液以先慢后快再慢的方式倒入所述鑄造模具內。
[0011]作為上述技術方案的優選，在執行所述步驟SI前需對所述鑄造模具進行預熱，并于所述鑄造模具內表面噴涂一層脫模劑。
[0012]作為上述技術方案的優選，所述步驟S2中，所述變幅桿的超聲聲強值為2.5-3.5W/
Cm20
[0013]作為上述技術方案的優選，所述步驟S2中，當所述超聲變幅桿插入所述鑄造模具后，所述超聲變幅桿的自由端距所述鑄造模具底部的間距a預留為10-20mm。
[0014]作為上述技術方案的優選，所述步驟S4中的冷卻方式為空冷，冷卻時間為90s。
[0015]—種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造裝置，包括:一安裝有鑄造模具的工作臺、固定設置在所述工作臺上方的支架、位于所述鑄造模具正上方的超聲換能器、安裝在所述支架上用于帶動所述超聲換能器在豎直方向往復直線運動的驅動裝置，其中，所述鑄造模具的中心設置有一澆口，所述超聲換能器的下部設置有一與所述澆口相對的超聲變幅桿。
[0016]作為上述技術方案的優選，所述驅動裝置選用為氣缸或液壓油缸。
[0017]本發明的有益效果在于:I)通過超聲變幅桿將高能超聲傳送至凝固過程中的鋁合金溶液，通過高能超聲，在鋁合金溶液中形成氣泡，引發空化現象，從而在鋁合金溶液中形成瞬時的局部高溫和高壓，將已結晶長大的晶粒打碎，使晶粒得到細化，增加形成晶核的幾率，使得輪轂鑄件的力學性能得到顯著的提升；
[0018]2)采用先慢后快再慢的方式進行澆鑄能夠有效提高輪轂的澆鑄效果，保證了輪轂的澆鑄質量；
[0019]3)超聲變幅桿在抽離鑄造模具后用鋁合金熔液對進行補澆是為了防止輪轂在凝固過程中產生縮松疏松、裂紋等現象；
[0020]4)在鑄造模具內表面噴涂一層脫模劑，以便于輪轂鑄件成型后的卸取。
【附圖說明】
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[0021]以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中:
[0022]圖1為本發明超聲波振動鑄造裝置的結構示意圖；
[0023]圖中，10、工作臺；20、支架;30、鑄造模具;31、澆口；40、超聲換能器;41、超聲變幅桿;50、驅動裝置。
【具體實施方式】
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[0024]實施例:以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0025]見圖1所示，一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，包括如下步驟:S1:利用機械手將鋁合金熔液倒入鑄造模具30中進行澆鑄;S2:在輪轂澆鑄完成后的5s內將超聲換能器40的超聲變幅桿41插入所述鑄造模具30的澆口31內，利用高能超聲在鋁合金熔液中形成氣泡，引發空化現象;S3:所述超聲變幅桿41在工作5-lOs后抽離所述鑄造模具30，并用鋁合金熔液對所述鑄造模具30進行補澆;S4:對所述鑄造模具30內的輪轂鑄件進行冷卻凝固，冷卻方式為空冷，冷卻時間為90s。
[0026]在執行所述步驟SI前需對所述鑄造模具30進行預熱，并于所述鑄造模具30內表面噴涂一層脫模劑，以便于輪轂鑄件成型后的卸取。在所述步驟SI中，所述鋁合金熔液以先慢后快再慢的方式倒入所述鑄造模具30內，采用先慢后快再慢的方式進行澆鑄能夠有效提高輪轂的澆鑄效果，保證了輪轂的澆鑄質量。
[0027]在所述步驟S2中，所述超聲變幅桿41的超聲聲強值為2.5-3.5W/cm2，所述超聲變幅桿41的聲強值大小直接影響著空化的效果，若所述超聲變幅桿41的聲強值太小則達不到理想的空化效果，若所述超聲變幅桿41的聲強值太大則易將鋁合金熔液中的氧化皮打破，造成氧化夾渣。所述步驟S2中，當所述超聲變幅桿41插入所述鑄造模具30后，所述超聲變幅桿41的自由端距所述鑄造模具30底部的間距a預留為10-20mm，間距a能夠避免所述超聲變幅桿41與所述鑄造模具30底部分流錐的觸碰，確保所述超聲變幅桿41正常工作。
[0028]具體作業過程，當鋁合金熔液按照慢快慢的方式澆鑄完成后，將所述超聲變幅桿41通過所述澆口 31直接插入所述鑄造模具30的鋁合金熔液中，利用所述超聲換能器40將電能轉變為聲能，并通過所述超聲變幅桿41將能量直接傳遞給鋁合金熔液進行超聲振動處理，通過高能超聲，能夠在鋁合金熔液中形成氣泡，并引發空化現象，在鋁合金熔液中形成瞬時的局部高溫和高壓，將已結晶長大的晶粒打碎，使晶粒得到細化，來改善輪轂鑄件組織結構、改善脆性相、改善晶粒形態和分布狀況。同時，由超聲波產生的空化泡在增加過程中，會隨著內部熔液的蒸發而降低空化泡的溫度，導致空化泡表面金屬熔液溫度降低，在其附近就有可能形成晶核，從而能夠顯著的提升輪轂鑄件的力學性能。
[0029]見圖1所示，一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造裝置，包括:一安裝有鑄造模具30的工作臺10、固定設置在所述工作臺10上方的支架20、位于所述鑄造模具30正上方的超聲換能器40、安裝在所述支架20上用于帶動所述超聲換能器40在豎直方向往復直線運動的驅動裝置50，其中，所述鑄造模具30的中心設置有一澆口 31，所述超聲換能器40的下部設置有一與所述澆口 31相對的超聲變幅桿41。所述驅動裝置50選用為氣缸或液壓油缸。
[0030]使用過程中，利用所述驅動裝置50帶動所述超聲換能器40下壓，使得所述超聲變幅桿41插入所述鑄造模具30的澆口 31內，利用所述超聲變幅桿41在鋁合金輪轂鑄件凝固過程中導入超聲場，施加振動來改善輪轂鑄件的組織結構、改善脆性相、改善晶粒形態和分布狀況、細化晶粒，從而提升鋁合金輪轂的力學性能。
[0031]所述實施例用以例示性說明本發明，而非用于限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及范疇下，對所述實施例進行修改，因此本發明的權利保護范圍，應如本發明的權利要求所列。
【主權項】
1.一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其特征在于，包括如下步驟: S1:利用機械手將鋁合金熔液倒入鑄造模具(30)中進行澆鑄； S2:在輪轂澆鑄完成后的5s內將超聲換能器(40)的超聲變幅桿(41)插入所述鑄造模具(30)的澆口(31)內，利用高能超聲在鋁合金熔液中形成氣泡，引發空化現象； S3:所述超聲變幅桿(41)在工作5-lOs后抽離所述鑄造模具(30)，并用鋁合金熔液對所述鑄造模具(30)進行補澆； S4:對所述鑄造模具(30)內的輪轂鑄件進行冷卻凝固。2.根據權利要求1所述的鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其特征在于:所述步驟SI中，所述鋁合金熔液以先慢后快再慢的方式倒入所述鑄造模具(30)內。3.根據權利要求1所述的鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其特征在于:在執行所述步驟SI前需對所述鑄造模具(30)進行預熱，并于所述鑄造模具(30)內表面噴涂一層脫模劑。4.根據權利要求1所述的鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其特征在于:所述步驟S2中，所述超聲變幅桿(41)的超聲聲強值為2.5-3.5ff/cm2。5.根據權利要求1所述的鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其特征在于:所述步驟S2中，當所述超聲變幅桿(41)插入所述鑄造模具(30)后，所述超聲變幅桿(41)的自由端距所述鑄造模具(30)底部的間距a預留為10-20mm。6.根據權利要求1所述的鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其特征在于:所述步驟S4中的冷卻方式為空冷，冷卻時間為90s。7.一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造裝置，其特征在于，包括:一安裝有鑄造模具(30)的工作臺(10)、固定設置在所述工作臺(10)上方的支架(20)、位于所述鑄造模具(30)正上方的超聲換能器(40)、安裝在所述支架(20)上用于帶動所述超聲換能器(40)在豎直方向往復直線運動的驅動裝置(50)，其中，所述鑄造模具(30)的中心設置有一澆口(31)，所述超聲換能器(40)的下部設置有一與所述澆口(31)相對的超聲變幅桿(41)。8.根據權利要求7所述的鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造裝置，其特征在于:所述驅動裝置(50)選用為氣缸或液壓油缸。
【專利摘要】本發明公開了一種鋁合金輪轂的超聲波振動鑄造工藝，其利用超聲換能器將電能轉變為聲能，通過高能超聲，在鋁合金熔液中形成氣泡，將已結晶長大的晶粒打碎，使晶粒得到細化，有效的改善了鑄件組織結構、改善了脆性相、改善了晶粒形態和分布狀況，從而提升了鋁合金輪轂的力學性能。
【IPC分類】B22D27/20, B22D27/08
【公開號】CN105710350
【申請號】CN201610222283
【發明人】呂允剛, 劉建平, 俞鑫彬, 安博, 楊洪輝
【申請人】浙江萬豐摩輪有限公司