提升车轮的整体强度的铝合金轮毂热旋工艺的制作方法

文档序号:11227111

本发明涉及普通铝合金轮毂,具体涉及提升车轮的整体强度的铝合金轮毂热旋工艺。



背景技术:

随着汽车行业的迅猛发展,现代汽车节能降耗要求的不断高涨,安全和环保法规日趋严格,汽车轻量化的要求更为迫切。由于铝合金车轮的广泛使用,其美观、大气、多变的外形设计也为汽车增色不少。目前,中国汽车市场上,轿车铝合金车轮使用率至少已达到轿车市场总量的70份以上。而据有关方面统计,2003年这一比例为50份左右。铝合金质量轻、强度高、成形性好、价格适中、回收率高,对降低汽车自重、减少油耗、减轻环境污染与改善操作性能等有着重大意义,已成为汽车工业的首选材料。轻合金轮毂在汽车轻量化进程中扮演了越来越重要的角色,特别是铝合金轮毂以其美观、质轻、节能、散热快、耐腐蚀、加工性好等特点,正逐步取代钢质轮毂而成为最佳选择。目前铝合金轮毂的成形方法主要有铸造法、锻造法和旋压法等,本文对铝合金轮毂各种成形工艺的研究和应用情况进行综述,从拷虑轮毂质量和制造成本等问题的角度,着重探讨了各种铝合金轮成形工艺;

锻造是铝轮毂应用较早的成形工艺之一。锻造铝轮毂具有强度高、抗蚀性好、尺寸精确、加工量小等优点,一般情况其重量仅相当于同尺寸钢轮的1/2或更低。锻造铝轮毂的晶粒流向与受力的方向一致,其强度、韧性与疲劳强度均显著优于铸造铝轮毂。同时,性能具有很好地再现性,几乎每个轮毂具有同样的力学性能。锻造铝轮毂的典型伸长率为12份—17份,因而能很好的吸收道路的震动和应力。通常铸造轮毂具有相当强的承受压缩力的能力,但承受冲击、剪切与拉伸载荷的能力则远不如锻造铝轮毂。锻造轮毂具有更高的强度重量比。另外,锻造铝轮毂表面无气孔,因而具有很好的表面处理能力,不但能保证涂层均匀一致,结合牢靠,而且色彩也好。锻造铝轮毂的最大缺点是生产工序多,生产成本比铸造的高得多。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术提供适用于提升车轮的整体强度的铝合金轮毂热旋工艺。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

提升车轮的整体强度的铝合金轮毂热旋工艺,其特征在于:该工艺主要流程为,熔化-铸造预成型-均匀化处理-加温旋压-预热处理-喷丸-旋压-热处理-喷丸-机加-涂装;具体为:

熔化:根据要求准备铝合金,使用电熔炉进行熔化;

铸造预成型:利用压力铸造使液态金属在高压作用下以极高的速度充填型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件;

均匀化处理:每一个加工过的轮毂都要在去毛刺机上经过打磨后,再由工人进行精心的打磨抛光,将工件的铸造表面打磨抛光的光滑平整;

加温旋压:高温,将工件加热,进线旋压,旋压之前,工件被加热,加热过程中,每隔3分钟,对工件表面喷洒一层强化液;

所述的强化液通过以下组分制备而成:钾盐1-10份,氧化铝粉20-90份,水解液1-30份,98%-90%浓硫酸10-30份,95%乙醇130-150份,降粘剂5-25份,金属离子螯合剂5-25份,过硫酸铵2-3份,偶联剂溶液15-18份;

强化液的制备方法包括:95%乙醇和水按体积比为1:4-1:8配成醇水溶液中加入降粘剂,将配好的偶联剂溶液置于200W-300W超声波中,搅拌下加热水解30min-1.5h制成80℃-90℃透明酸化水解溶液;

将水解液、金属离子螯合剂、氧化铝粉和98%-90%浓硫酸三种等温原料经高压泵同时泵入撞击流反应器内,再由反应器出口处的搅拌装置进行二次混匀,过滤,得到一次粒径白炭黑的混合液,控制pH值3-6,温度80℃-90℃;

80℃-90℃透明酸化水解溶液并加入钾盐中搅拌0.5-1h形成第一混合盐,再将一次粒径白炭黑的混合液加入第一混合盐中搅拌0.5-1h,静置1-2h,加入过硫酸铵即得强化液;

预热处理:将半成品房子在固溶炉中,在温度在525℃-535℃条件下,持续时间6.5小时的固溶处理;从固溶炉出来20s内,在70℃的混合溶液里淬火;在温度为155℃-170℃,持续时间5小时的人工时效;

所述混合溶液通过以下组分制备而成:盐酸15-25份,季戊四醇30-35份,石蜡15份-20份份,苯乙烯15-25份,E-51环氧树脂20-25份,乙醇胺25-30份,滑石粉10-20份,氧化聚乙烯蜡14-18份,表面活性剂12-17份,水2000-2060份,皮料10-12份,碳酸钙3-6份,尿素1-3份,40%硝酸水溶液15-17份;

混合溶液的制备方法包括:

将石蜡放入水池中,加30%水与盐酸浸泡,浸泡1-2天得到混合物一;

将季戊四醇与E-51环氧树脂和20%混合,搅打3小时,得到混合物二;

将皮料投入搅拌后的混合物一语混合物二中,加热,加热温度为100℃,加热10-12小时;在加热皮料的2-3小时后将碳酸钙、尿素混合,投入到表面活性剂中加热10-12小时;此后每隔6小时取胶一次,分三次取胶,三次取胶量比重为3:2:1;

将第一次取的胶与苯乙烯混合,加入5%的水搅打,第二次取的胶与乙醇胺混合,加入10%的水搅打,第三次取的胶与滑石粉混合,加入5%的水搅打;

取三次搅打产生的泡沫,泡沫静置成液体后,与氧化聚乙烯蜡放入高温槽静置融化15min-45min后,开启超声波-搅拌装置,同时注入40%硝酸水溶液和30%的水稀释,80℃-90℃二次熟化1h-3h,超声功率100W-300W,搅拌速度60-150rpm,即可;

喷丸:使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果;

旋压:在高压作用下,工件再次融化,以极高的速度充填型腔,并在压力作用下凝固;

热处理:将半成品房子在固溶炉中,在温度在525℃-535℃条件下,持续时间6.5小时的固溶处理;从固溶炉出来20s内,在70℃的水溶液里淬火;在温度为155℃-170℃,持续时间5小时的人工时效;

喷丸:使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果;

机加:由于形状复杂,分4道工序加工,车加工面-钻装饰孔-车加工另面-钻气门芯孔;处理完成后,进行抛光打磨;

涂装:进行预处理,包括9道工序,分别为2道除油,1道冲洗,1道脱脂,1道冲洗、镀铬,2道去离子水冲洗;冲洗后在120℃温度下,15分钟烘干;再进行人工喷涂,喷底粉-喷水性漆-喷透明粉,每喷一层涂层都要进行一次加热固化处理,固化处理温度为230℃-240℃,时间为20-24分钟。

所述的强化液通过以下组分制备而成:钾盐1份,氧化铝粉20份,水解液1份,98%-90%浓硫酸10份,95%乙醇130份,降粘剂5份,金属离子螯合剂5份,过硫酸铵2份,偶联剂溶液15份。

所述的强化液通过以下组分制备而成:钾盐10份,氧化铝粉90份,水解液30份,98%-90%浓硫酸30份,95%乙醇150份,降粘剂25份,金属离子螯合剂25份,过硫酸铵3份,偶联剂溶液18份。

混合溶液通过以下组分制备而成:盐酸15份,季戊四醇30份,石蜡15份,苯乙烯15份,E-51环氧树脂20份,乙醇胺25份,滑石粉10份,氧化聚乙烯蜡14份,表面活性剂12份,水2000份,皮料10份,碳酸钙3份,尿素1份,40%硝酸水溶液15份。

所述的混合溶液通过以下组分制备而成:盐酸25份,季戊四醇35份,石蜡20份份,苯乙烯25份,E-51环氧树脂25份,乙醇胺30份,滑石粉20份,氧化聚乙烯蜡18份,表面活性剂17份,水2060份,皮料12份,碳酸钙6份,尿素3份,40%硝酸水溶液17份。

所述的偶联剂溶液具体为:偶联剂68-70%,滑石粉5-12%,石灰石粉1-5%,碳酸钙2-3%,其余为水。

所述的偶联剂溶液具体为:偶联剂68%,滑石粉5%,石灰石粉1%,碳酸钙2%,水24%。

所述的偶联剂溶液具体为:偶联剂70%,滑石粉12%,石灰石粉5%,碳酸钙3%,水10%。

所述的偶联剂溶液制备方法包括:在充满氮气反应釜中加入滑石粉和一半的水,升温至50~60℃,同时搅拌至完全溶解,并保温1~2h;在另外充满二氧化碳的容器中加入石灰石粉和一半的水,升温至40~50℃,搅拌至完全溶解;再将两者混合,加热90-110℃,过滤得到液体,将碳酸钙加入,继续加热,至碳酸钙完全溶解,最后将偶联剂常温下加入搅拌即可。

有益效果:采用低压铸造获得形状和性能合理且能满足外观需求的轮毂铸坯,紧接着对此铸坯的轮辋部分进一步施加热旋压成形;该工艺将低压铸造、旋压成形紧密结合于同一热加工过程中,不仅综合了低压铸造和旋压成形各自的优势,而且可以获得1+1>2的效果;

事实证明,热旋压塑性变形可以弥合微细的疏松缺陷,从而提高了轮毂的力学性能,铸旋新工艺大幅提高了车轮的整体强度和耐腐蚀性,而机械加工余量大幅减少,车轮使用寿命和安全性显著提高,有利于车辆减重节油,车轮生产成本下降,该设计分析为旋压设备的制造及改进趋势指出了方向,通过对简化的铝合金轮毂热旋压工艺进行初步研究,分析了其成形性和缺陷并进行了相应的数值模拟,为工艺优化提供了方法和依据。

具体实施方式:

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。

实施例1:提升车轮的整体强度的铝合金轮毂热旋工艺,该工艺主要流程为,熔化-铸造预成型-均匀化处理-加温旋压-预热处理-喷丸-旋压-热处理-喷丸-机加-涂装;具体为:

熔化:根据要求准备铝合金,使用电熔炉进行熔化;

铸造预成型:利用压力铸造使液态金属在高压作用下以极高的速度充填型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件;

均匀化处理:每一个加工过的轮毂都要在去毛刺机上经过打磨后,再由工人进行精心的打磨抛光,将工件的铸造表面打磨抛光的光滑平整;

加温旋压:高温,将工件加热,进线旋压,旋压之前,工件被加热,加热过程中,每隔3分钟,对工件表面喷洒一层强化液;

其中强化液通过以下组分制备而成:钾盐1份,氧化铝粉20份,水解液1份,98%-90%浓硫酸10份,95%乙醇130份,降粘剂5份,金属离子螯合剂5份,过硫酸铵2份,偶联剂溶液15份;

强化液的制备方法包括:95%乙醇和水按体积比为1:4-1:8配成醇水溶液中加入降粘剂,将配好的偶联剂溶液置于200W-300W超声波中,搅拌下加热水解30min-1.5h制成80℃-90℃透明酸化水解溶液;

将水解液、金属离子螯合剂、氧化铝粉和98%-90%浓硫酸三种等温原料经高压泵同时泵入撞击流反应器内,再由反应器出口处的搅拌装置进行二次混匀,过滤,得到一次粒径白炭黑的混合液,控制pH值3-6,温度80℃-90℃;

80℃-90℃透明酸化水解溶液并加入钾盐中搅拌0.5-1h形成第一混合盐,再将一次粒径白炭黑的混合液加入第一混合盐中搅拌0.5-1h,静置1-2h,加入过硫酸铵即得强化液;

预热处理:将半成品房子在固溶炉中,在温度在525℃-535℃条件下,持续时间6.5小时的固溶处理;从固溶炉出来20s内,在70℃的混合溶液里淬火;在温度为155℃-170℃,持续时间5小时的人工时效;

混合溶液通过以下组分制备而成:盐酸15份,季戊四醇30份,石蜡15份,苯乙烯15份,E-51环氧树脂20份,乙醇胺25份,滑石粉10份,氧化聚乙烯蜡14份,表面活性剂12份,水2000份,皮料10份,碳酸钙3份,尿素1份,40%硝酸水溶液15份;

混合溶液的制备方法包括:

将石蜡放入水池中,加30%水与盐酸浸泡,浸泡1-2天得到混合物一;

将季戊四醇与E-51环氧树脂和20%混合,搅打3小时,得到混合物二;

将皮料投入搅拌后的混合物一语混合物二中,加热,加热温度为100℃,加热10-12小时;在加热皮料的2-3小时后将碳酸钙、尿素混合,投入到表面活性剂中加热10-12小时;此后每隔6小时取胶一次,分三次取胶,三次取胶量比重为3:2:1;

将第一次取的胶与苯乙烯混合,加入5%的水搅打,第二次取的胶与乙醇胺混合,加入10%的水搅打,第三次取的胶与滑石粉混合,加入5%的水搅打;

取三次搅打产生的泡沫,泡沫静置成液体后,与氧化聚乙烯蜡放入高温槽静置融化15min-45min后,开启超声波-搅拌装置,同时注入40%硝酸水溶液和30%的水稀释,80℃-90℃二次熟化1h-3h,超声功率100W-300W,搅拌速度60-150rpm,即可;

喷丸:使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果;

旋压:在高压作用下,工件再次融化,以极高的速度充填型腔,并在压力作用下凝固;

热处理:将半成品房子在固溶炉中,在温度在525℃-535℃条件下,持续时间6.5小时的固溶处理;从固溶炉出来20s内,在70℃的水溶液里淬火;在温度为155℃-170℃,持续时间5小时的人工时效;

喷丸:使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果;

机加:由于形状复杂,分4道工序加工,车加工面-钻装饰孔-车加工另面-钻气门芯孔;处理完成后,进行抛光打磨;

涂装:进行预处理,包括9道工序,分别为2道除油,1道冲洗,1道脱脂,1道冲洗、镀铬,2道去离子水冲洗;冲洗后在120℃温度下,15分钟烘干;再进行人工喷涂,喷底粉-喷水性漆-喷透明粉,每喷一层涂层都要进行一次加热固化处理,固化处理温度为230℃-240℃,时间为20-24分钟。

其中偶联剂溶液具体为:偶联剂68%,滑石粉5%,石灰石粉1%,碳酸钙2%,水24%。

其中偶联剂溶液制备方法包括:在充满氮气反应釜中加入滑石粉和一半的水,升温至50~60℃,同时搅拌至完全溶解,并保温1~2h;在另外充满二氧化碳的容器中加入石灰石粉和一半的水,升温至40~50℃,搅拌至完全溶解;再将两者混合,加热90-110℃,过滤得到液体,将碳酸钙加入,继续加热,至碳酸钙完全溶解,最后将偶联剂常温下加入搅拌即可。

经过试验对比现有的轮毂制备工艺,所得轮毂对比:

重量可减轻30份—40份;在车速为90—120km/h时,油耗可碱少0.0138L/10Okm,撞击强度12Mpa,压力3Mpa;以奥迪轿车为例,铝轮毂重量减轻39.5份;在90—120km/h车速时,油耗可减少0.05L/10Okm。而在城市行驶时,可减少油耗0.04/10Okm,每十万公里节油40—50L,撞击强度12Mpa,压力3Mpa。

提高了轮毂的力学性能,铸旋新工艺大幅提高了车轮的整体强度和耐腐蚀性,而机械加工余量大幅减少,车轮使用寿命和安全性显著提高,有利于车辆减重节油,车轮生产成本下降。

实施例2:提升车轮的整体强度的铝合金轮毂热旋工艺,该工艺主要流程为,熔化-铸造预成型-均匀化处理-加温旋压-预热处理-喷丸-旋压-热处理-喷丸-机加-涂装;具体为:

熔化:根据要求准备铝合金,使用电熔炉进行熔化;

铸造预成型:利用压力铸造使液态金属在高压作用下以极高的速度充填型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件;

均匀化处理:每一个加工过的轮毂都要在去毛刺机上经过打磨后,再由工人进行精心的打磨抛光,将工件的铸造表面打磨抛光的光滑平整;

加温旋压:高温,将工件加热,进线旋压,旋压之前,工件被加热,加热过程中,每隔3分钟,对工件表面喷洒一层强化液;

其中强化液通过以下组分制备而成:钾盐10份,氧化铝粉90份,水解液30份,98%-90%浓硫酸30份,95%乙醇150份,降粘剂25份,金属离子螯合剂25份,过硫酸铵3份,偶联剂溶液18份;

强化液的制备方法包括:95%乙醇和水按体积比为1:4-1:8配成醇水溶液中加入降粘剂,将配好的偶联剂溶液置于200W-300W超声波中,搅拌下加热水解30min-1.5h制成80℃-90℃透明酸化水解溶液;

将水解液、金属离子螯合剂、氧化铝粉和98%-90%浓硫酸三种等温原料经高压泵同时泵入撞击流反应器内,再由反应器出口处的搅拌装置进行二次混匀,过滤,得到一次粒径白炭黑的混合液,控制pH值3-6,温度80℃-90℃;

80℃-90℃透明酸化水解溶液并加入钾盐中搅拌0.5-1h形成第一混合盐,再将一次粒径白炭黑的混合液加入第一混合盐中搅拌0.5-1h,静置1-2h,加入过硫酸铵即得强化液;

预热处理:将半成品房子在固溶炉中,在温度在525℃-535℃条件下,持续时间6.5小时的固溶处理;从固溶炉出来20s内,在70℃的混合溶液里淬火;在温度为155℃-170℃,持续时间5小时的人工时效;

其中混合溶液通过以下组分制备而成:盐酸25份,季戊四醇35份,石蜡20份份,苯乙烯25份,E-51环氧树脂25份,乙醇胺30份,滑石粉20份,氧化聚乙烯蜡18份,表面活性剂17份,水2060份,皮料12份,碳酸钙6份,尿素3份,40%硝酸水溶液17份;

混合溶液的制备方法包括:

将石蜡放入水池中,加30%水与盐酸浸泡,浸泡1-2天得到混合物一;

将季戊四醇与E-51环氧树脂和20%混合,搅打3小时,得到混合物二;

将皮料投入搅拌后的混合物一语混合物二中,加热,加热温度为100℃,加热10-12小时;在加热皮料的2-3小时后将碳酸钙、尿素混合,投入到表面活性剂中加热10-12小时;此后每隔6小时取胶一次,分三次取胶,三次取胶量比重为3:2:1;

将第一次取的胶与苯乙烯混合,加入5%的水搅打,第二次取的胶与乙醇胺混合,加入10%的水搅打,第三次取的胶与滑石粉混合,加入5%的水搅打;

取三次搅打产生的泡沫,泡沫静置成液体后,与氧化聚乙烯蜡放入高温槽静置融化15min-45min后,开启超声波-搅拌装置,同时注入40%硝酸水溶液和30%的水稀释,80℃-90℃二次熟化1h-3h,超声功率100W-300W,搅拌速度60-150rpm,即可;

喷丸:使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果;

旋压:在高压作用下,工件再次融化,以极高的速度充填型腔,并在压力作用下凝固;

热处理:将半成品房子在固溶炉中,在温度在525℃-535℃条件下,持续时间6.5小时的固溶处理;从固溶炉出来20s内,在70℃的水溶液里淬火;在温度为155℃-170℃,持续时间5小时的人工时效;

喷丸:使用高压风或压缩空气作动力,将其高速的吹出去冲击工件表面达到清理效果;

机加:由于形状复杂,分4道工序加工,车加工面-钻装饰孔-车加工另面-钻气门芯孔;处理完成后,进行抛光打磨;

涂装:进行预处理,包括9道工序,分别为2道除油,1道冲洗,1道脱脂,1道冲洗、镀铬,2道去离子水冲洗;冲洗后在120℃温度下,15分钟烘干;再进行人工喷涂,喷底粉-喷水性漆-喷透明粉,每喷一层涂层都要进行一次加热固化处理,固化处理温度为230℃-240℃,时间为20-24分钟。

其中偶联剂溶液具体为:偶联剂70%,滑石粉12%,石灰石粉5%,碳酸钙3%,水10%。

其中偶联剂溶液制备方法包括:在充满氮气反应釜中加入滑石粉和一半的水,升温至50~60℃,同时搅拌至完全溶解,并保温1~2h;在另外充满二氧化碳的容器中加入石灰石粉和一半的水,升温至40~50℃,搅拌至完全溶解;再将两者混合,加热90-110℃,过滤得到液体,将碳酸钙加入,继续加热,至碳酸钙完全溶解,最后将偶联剂常温下加入搅拌即可。

经过试验对比现有的轮毂制备工艺,所得轮毂对比:

重量可减轻30份—40份;在车速为90—120km/h时,油耗可碱少0.0138L/10Okm,撞击强度12Mpa,压力3Mpa;以奥迪轿车为例,铝轮毂重量减轻39.5份;在90—120km/h车速时,油耗可减少0.05L/10Okm。而在城市行驶时,可减少油耗0.04/10Okm,每十万公里节油40—50L,撞击强度12Mpa,压力3Mpa。

提高了轮毂的力学性能,铸旋新工艺大幅提高了车轮的整体强度和耐腐蚀性,而机械加工余量大幅减少,车轮使用寿命和安全性显著提高,有利于车辆减重节油,车轮生产成本下降。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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