汽車鋁合金輪轂低溫鑄造工藝的制作方法

本發明涉及一種低壓鑄造工藝，特別涉及一種汽車鋁合金輪轂的低壓鑄造工藝。

背景技術：

鋁合金輪轂鑄造工藝一般包括：加料、融化、精煉、取樣、出爐、細化除氣變質、取樣、轉注、參數調整、壓鑄、檢驗等工藝。而轉注后的參數調整在整個鑄造過程中非常重要，一般業內將轉注的保溫爐內液態鋁合金溫度控制在690℃-710℃范圍內，整個流程包括升液、充型、增壓、保壓、自然冷卻等及工藝參數的調整和控制。“升液”是指液態鋁合金在氣壓的作用下從液面進入升液管上升到澆口的過程；“充型”：是指在保溫爐內保持一定的壓力的情況下使液態鋁合金以平穩的流速通過澆口部位進入到模具型腔內并完成充型的整個過程；“增壓”是指當液態鋁合金充滿型腔后，再繼續增加到一定的壓力，主要是使鑄件在一定壓力的條件下進行結晶和凝固的同時還可以進行有效的補縮。“保壓”是指保溫爐內壓力增加至鑄件結晶時的壓力，需要繼續保持這樣的壓力直到鑄件凝固、結晶到一定程度后方可卸壓。“自然冷卻”是保壓結束、升液管的液態鋁合金回落到保溫爐后，鑄件在模具閉合狀態下自然冷卻至可以脫模的時間。目前業內通常的鑄造低壓裝置如圖1所示，圖中11為保溫爐，12為連接法蘭，13為升液管固定套，14為低壓機臺底板，15為保溫杯，16為澆口套，17為模具，18為升液管，升液管底端延伸至保溫爐內并位于液態鋁合金液面下，保溫爐上端向上延伸伸出保溫爐并延伸至模具的保溫杯，保溫爐頂面上連接有連接法蘭，升液管在連接法蘭與模具下模之間的外壁套有升液管固定套，這種結構存在以下缺陷：由于保溫爐與模具連接的法蘭及升液管固定套的長度較長，且法蘭外壁的保溫材料厚度不夠導致液態鋁合金溫度散失過多，保溫爐內的液態鋁合金經過升液管進入到模具型腔后熱量散失較大，保溫爐內液態鋁合金溫度需提高至690℃-710℃范圍內，生產成本及能耗都較高、生產效率低。行業里的實踐證明，在保證鑄件能夠成型及保證致密度的前提下，液態鋁合金溫度越低越好，因此有必要發明一種能在低溫條件下確保鑄件質量合格的鑄造工藝。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種汽車鋁合金輪轂的低壓鑄造工藝，該工藝具有成本低、能耗低、高效率、生產周期更短的汽車鋁合金輪轂低溫鑄造工藝。

本發明為實現上述目的采用的技術方案是：一種汽車鋁合金輪轂低溫鑄造工藝，將檢測合格后的液態鋁合金轉注入保溫爐后，再進行升液、充型、增壓、保壓、自然冷卻，保溫爐內液態鋁合金的體積不得低于保溫爐容積的三分之一，每一次將液態鋁合金轉注入保溫爐的時間為30-60秒，保溫爐內的液態鋁合金溫度控制在660℃-675℃范圍內，升液的壓力為150-250 mbar，每一次壓鑄一個輪轂的升液的時間為5-11秒，保壓壓力為680-730mbar，保壓時間為100－140s。

本發明的進一步技術方案是：保溫爐上的低壓模具冷卻系統中設有多條冷卻風管，冷卻風管包括分流錐風管、上模小環風管、上模中環風管Ⅱ、上模中環風管Ⅰ、上模大環風管、下模小環風管、下模中環風管Ⅱ、下模中環風管Ⅰ、下模大環風管、側模風管，分流錐風管設置在上模的中心位置，上模小環風管、上模中環風管Ⅱ、上模中環風管Ⅰ、上模大環風管、分別設置在上模中并由內向外依次排列，下模小環風管、下模中環風管Ⅱ、下模中環風管Ⅰ、下模大環風管分別設置在下模中并由內向外依次排列，側模風管設置在上模和下模之間的側模的下半部分。

本發明的進一步技術方案是：分流錐風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后70－130s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為10－70s；上模小環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后0－60s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為100－160s；上模中環風管Ⅱ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后10－70s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為90－150s；上模中環風管Ⅰ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后50－110s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為30－90s；上模大環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后50－110s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為50－110s；下模小環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為70－130s；下模中環風管Ⅱ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為50－110s；下模中環風管Ⅰ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為20－80s；下模大環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為60－120s；側模風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后0－20s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為150－210s。

本發明的進一步技術方案是：保溫爐頂壁的連接法蘭與模具的保溫杯之間設置有升液管保溫裝置，升液管保溫裝置包括與連接法蘭、升液管固定套及設置在升液管固定套內側與升液管外壁之間由鑄鐵制作形成的升液管連接頭。

本發明的進一步技術方案是：所述升液管固定套的內側的通孔上段大下段小，上段直徑較大的通孔與下段直徑較小的通孔通過錐面連接，升液管連接頭包括與升液管固定套上段外徑相同的頭部及連接在頭部底端與升液管固定套錐面配合的椎體。

本發明汽車鋁合金輪轂低溫鑄造方法具有如下有益效果：

1、采用本發明工藝后，保溫爐內的液態鋁合金溫度較業內一般工藝控制的液態鋁合金溫度要低20至30度，液態鋁合金溫度越低，有利于縮短鑄造凝固和冷卻的時間，既鑄件生產的單個循環周期越短，從而提高了生產效率，同時液態鋁合金溫度低也有利于延長了模具的使用壽命，進而降低生產成本；

2、液態鋁合金溫度低有利于充型平穩和縮短鑄件的成形時間；

3、液態鋁合金溫度低會更容易形成方向性凝固，減少內部缺陷及雜質、氣體的卷入；

4、液態鋁合金溫度低能有效減少了液態鋁合金里面合金元素的燒損，保證了鑄件質量；

5、液態鋁合金溫度低，有效的提高了液態鋁合金的使用率和減少輔材的使用量；

下面結合附圖和實施例對本發明汽車鋁合金輪轂低溫鑄造方法作進一步的說明。

附圖說明

圖1是業內現有技術汽車鋁合金輪轂鑄造裝置的結構示意圖；

圖2是本發明汽車鋁合金輪轂低溫鑄造工藝所用鑄造裝置的結構示意圖；

圖2中標號說明： 1-分流錐風管,2-上模小環風管,3-上模中環風管Ⅱ, 4-上模中環風管Ⅰ，5-上模大環風管,6-下模小環風管,7-下模中環風管Ⅱ,8-下模中環風管Ⅰ,9-下模大環風管,10-側模風管, 15-保溫杯，21-保溫爐,22-連接法蘭,23-低壓機臺底板,24-側模,25-上模,26-澆口,27-下模,28-升液管連接頭,29-升液管固定套,30-錐形墊片，31-升液管。

具體實施方式

本發明汽車鋁合金輪轂低溫鑄造工藝，其中將液態鋁合金轉注入保溫爐后，再進行升液、充型、增壓、保壓、自然冷卻，保溫爐內的液態鋁合金液面不得低于保溫爐容積的三分之一，這樣可避免保溫爐內液態鋁合金液面過低而將漂浮在液態鋁合金上面的部分渣混入升液管，導致液態鋁合金質量降低及廢品的增加。每一次將液態鋁合金轉注入保溫爐的時間為30-60秒，正常加液態鋁合金的時間通常是在40秒以內，嚴格控制轉注時間，主要是為了防止因加液態鋁合金時間過長導致保溫爐內液態鋁合金溫度散失過多及減少空氣與液態鋁合金液面的合金元素起反應而散失，導致能耗及廢品的增加。當然只要將液態鋁合金轉注入保溫爐的時間控制在30-60秒范圍內，均能滿足工藝要求。

采用本發明的工藝，保溫爐內液態鋁合金的溫度控制在660℃-675℃范圍內，升液的壓力為150-250 mbar，升液的時間為5-11秒。一般升液的壓力控制在200 mbar、升液的時間為6秒，保溫爐內液態鋁合金的溫度控制在665℃就能夠滿足工藝要求。當然只要將上述幾個參數控制在本發明限定的范圍內就能基本滿足工藝要求。保溫爐頂壁的連接法蘭與模具的保溫杯之間設置有升液管保溫裝置，請參考圖2所示，升液管保溫裝置包括與連接法蘭升液管固定套及設置在升液管固定套內側與升液管外壁之間由鑄鐵制作形成的升液管連接頭。升液管固定套的內側的通孔為上段大下段小，升液管固定套上段直徑較大的通孔與下段直徑較小的通孔通過錐面連接，升液管連接頭包括與升液管固定套上段外徑相同的頭部及連接在頭部底端與升液管固定套錐面配合的椎體，椎體與升液管固定套內孔的錐面之間設置有錐形墊片。保溫杯為陶瓷保溫杯，采用鑄鐵升液管連接頭具有很好的保溫效果，升液管連接頭底端采用椎體也增加了升液管的穩定性。通過減短了升液管的總長度，使液態鋁合金的升液階段在較短時間內完成，避免了液態鋁合金在升液階段液態鋁合金溫度因距離過長導致散失，同時還能保證在一定的壓力下保持較穩定的液態鋁合金流速完成整個鑄件的充型階段及減少內部缺陷和雜質、氣體的卷入液態鋁合金當中。同時由于升液管保溫裝置的上述結構使得在升液過程中液態鋁合金的溫度基本不變，保溫爐中的液態鋁合金經過升液管進入保溫杯后液態鋁合金的溫度基本沒有變化，因此不需要將保溫爐內的液態鋁合金溫度加熱到過高的溫度，這樣既減少能耗，又能保證產品質量，還能提高生產效率。

在保溫爐上的低壓模具的冷卻系統中設有多條冷卻風管，冷卻風管包括分流錐風管、上模小環風管、上模中環風管Ⅱ、上模中環風管Ⅰ、上模大環風管、下模小環風管、下模中環風管Ⅱ、下模中環風管Ⅰ、下模大環風管、側模風管，分流錐風管設置在上模的中心位置，上模小環風管、上模中環風管Ⅱ、上模中環風管Ⅰ、上模大環風管、分別設置在上模中并由內向外依次排列，下模小環風管、下模中環風管Ⅱ、下模中環風管Ⅰ、下模大環風管分別設置在下模中并由內向外依次排列，側模風管設置在上模和下模之間的側模下半部分。

升液完成后緊接著是充型、增壓、保壓，這些工藝流程與傳統工藝流程相似，在此不再做詳細介紹，在自然冷卻過程中設定開啟多條冷卻風管通風冷卻，分流錐風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后70－130s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為10－70s；上模小環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后0－60s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為100－160s；上模中環風管Ⅱ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后10－70s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為90－150s；上模中環風管Ⅰ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后50－110s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為30－90s；上模大環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后50－110s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為50－110s；下模小環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為70－130s；下模中環風管Ⅱ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為50－110s；下模中環風管Ⅰ開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為20－80s；下模大環風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后30－90s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為60－120s；側模風管開始通風冷卻的時間是從開始升液時刻起算后0－20s區間內任一時刻開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為150－210s。

以下表一是采用本發明上述工藝參數鑄造一個汽車輪轂，各風管的具體冷卻參數, 表一中“開始時間”是從開始升液時刻算起后的時間，“保持時間”是保持通風冷卻的總時間，如分流錐風管是從開始升液時刻算起后100秒開始通風冷卻，保持通風冷卻的時間為40秒。

表一：

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當然作為本發明的變換形式，本發明工藝中各風管的具體冷卻參數并不限于上述表一中的參數，只要在本發明的保護范圍內所作的變換均達到本發明的技術效果。

下面表二是采用本發明工藝參數，鑄造一個汽車輪轂，各風管的另一組具體冷卻參數,各參數的意義與表一相同在此不再詳細敘述。

表二：

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下面表三是采用本發明的工藝參數，鑄造一個汽車輪轂，各風管的又一組具體冷卻參數,各參數的意義與表一相同在此不再詳細敘述。

表三：

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各風管的具體冷卻參數，是根據輪轂的方向性凝固探索出來的對模具冷卻系統進行調節，也是低壓主要的一大突破，因此可采用低溫鑄造工藝，倘若各風管的具體冷卻參數不合理，就會導致對模具冷卻系統調節不當而造成鑄件的補縮通道過早凝結成型就會引起鑄件其他部位的補縮而造成鑄件缺陷-廢品增加。因此各風管的具體冷卻參數非常重要。

以上實施例僅為本發明的較佳實施例，本發明方法并不限于上述實施例列舉的形式，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。