铝车轮水冷低压铸造模具及工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝车轮低压铸造水冷模具，中心活块8设置用于冷却轮心的水冷通道9， 顶模 5 上部设置用于冷却内轮缘的水冷通道7，下边模2设置用于冷却车轮热节的水冷通道3。所述的铸造工艺方法主要包括先慢后快的充型工艺和先水后风的水冷工艺。本发明提高了铝合金车轮铸件的材料性能质量，特别是采用了先慢后快的充型工艺和先水后风的冷却工艺，铸件材料性能质量稳定一致性大大改善；水冷却强度高加速了铸件凝固速度，从而提高了铸造生产效率；冷却水在相对密闭的水冷通道内流动，消除了风冷工艺因压缩空气产生的噪音污染，改善了铸造工况条件。
【专利说明】
铝车轮水冷低压铸造模具及工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝合金铸造领域，具体讲是一种低压铸造模具及工艺。
【背景技术】
[0002]目前，国内外铝合金车轮低压铸造方法有风冷冷却工艺和水冷冷却工艺。由于技术传承和工艺成熟程度等原因，国内大多采用低压铸造风冷冷却工艺方法。传统的铝车轮毛坯的低压铸造风冷冷却工艺方法是:模具背腔钻冷却风孔，压缩空气通过不锈钢冷却风管出吹至模具冷却风孔内，通过两者间的对流换热方式对模具相应位置降温，以此达到铝车轮顺序凝固的目的。但该法使用压缩空气风冷冷却效率低，铸件凝固速度慢，车轮材料性能质量普遍偏低，且压缩空气吹向模具风孔内造成较高的噪音和能耗浪费。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，铸造生产效率偏低，铸件材料性能质量不高，铸造工况噪音污染。
[0004]本发明的技术方案是，铝车轮水冷低压铸造模具，包括底模、下边模、上边模、顶模、中心活块、注式浇口套、过滤网、分流锥、排气塞，所述的底模上设置注式浇口套和用于冷却轮辐的水冷通道，中心活块、分流锥设置在顶模上，中心活块设置用于冷却轮心的水冷通道。顶模上部外沿设置排气塞和用于冷却内轮缘的水冷通道，边模分为上边模和下边模，下边模设置用于冷却车轮热节的水冷通道。
[0005]作为改进，下边模和上边模是组合式四开合边模，上边模选用铸钢35CrMo材料，下边模选用锻钢35CrMo材料，有利于加工弧形水道后的焊接密封，预防焊接应力开裂，影响模具使用寿命。
[0006]作为改进，用于冷却车轮热节处的水冷通道两侧设计进出水口，四个边模的水冷通道进出水口均为左进右出或右进左出的交错布置，最大程度减弱进出水口处模具温度的差异幅度，使得铸件凝固过程快速且均匀一致。
[0007]作为改进，顶模和中心活块均选用锻钢H13材料，两者螺栓连接，接触面中间避空。
[0008]作为改进，用于冷却轮心的水冷通道进出水口为单进单出。用于冷却内轮缘的水冷通道进出水口为双进双出。用于冷却车轮热节处的水冷通道进出水口为单进单出。
[0009]作为改进，用于冷却车轮热节的水冷通道截面布置为矩形，圆角倒钝1mm,截面面积不小于80mm2，可以为100mm2。有利于减少模具在长期使用过程中水沟堆积，避免影响工艺稳定性。
[0010]作为改进，用于冷却内轮缘的水冷通道用于冷却车轮内轮缘，特别是针对水冷通道布置的截园半径大于200mm时，其进出水口为双进双出，交错布置，中间设有间断隔开，利于保障水冷通道对模具温度均匀一致。
[0011]所述的冷却水为去离子水，冷却水温度为15°C -35°C，水压为0.3MPa-0.6MPa。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优点:改变现有低压铸造模具冷却强度弱的风冷冷却方式，在遵循自上而下、由外而内的顺序凝固前提下，在铸件远端(内轮缘)、热节、厚大部位(轮心)位置设置水冷通道，从而加速铸件凝固速度，提高铸件材料力学性能，利于实现铸造效率的提升。加之，冷却水均在闭环的水冷通道内流动，铸造工况没有压缩空气吹出的噪音，劳动工况大为改善。
[0013]发明还提供了一种铝车轮水冷模具低压铸造工艺，该工艺基于上述低压铸造模具，通过所述的水冷通道和相关冷却工艺参数的调整，加快铸件凝固速度，该工艺包括以下步骤。
[0014](I)通过设置在底模中心的浇口套往型腔内浇注铝液，并通过中心分流锥分流铝液向型腔内四周平稳扩展，充型过程中随着铝液在模具型腔内不断上升，型腔内的气体经位于顶模的排气塞排出模具。
[0015](2)铝液充型过程中，铝液流经轮辋时的速度要小于流经轮辐时的速度，即充型速度先慢后快，满足充型末端有足够铝液温度的补缩动力。
[0016](3)充型完成，通过中心浇口处加压。依次开启顶模水冷、边模水冷、中心活块水冷和底模水冷，在顺序凝固前提下加速铸件凝固。
[0017](4)依次关闭水冷后，需再向水冷通道内短时通入压缩空气，便于清除通道内残留的冷却水，即先水后风的水冷工艺方法。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下优点:采用本发明方法，突破单一的铝液慢速充型的传统思维，需针对轮辋厚度薄和水冷模具温度低的特点，适当提高轮辋充型速度，弥补铸件凝固过程中补缩动力不足，形成先慢后快的充型工艺；再者，本发明创造了先水后风的水冷工艺方法，在完成水冷强制冷却后，水冷通道内短时通入压缩空气，清除通道内残留的冷却水，利于下一铸造循环周期开始前模具温度稳定回温，以期达到补缩动力充足，铸件质量一致性稳定。最后，本发明所有的水冷通道均采用了闭环结构，即冷却水在相对密闭的水冷通道内流动，与风冷模具的铸造工艺相比，消除了压缩空气吹出产生的噪音污染，从而改善了铸造工况条件。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的铝车轮低压铸造水冷模具的结构示意图。
[0021]图2为本发明的铝车轮水冷低压铸造模具的下边模水冷通道结构示意图。
[0022]图3为本发明的铝车轮水冷低压铸造模具的中心活块水冷通道结构示意图。
[0023]图4为本发明的铝车轮水冷低压铸造模具的底模水冷通道结构示意图。
[0024]图5为本发明的铝车轮水冷低压铸造模具的顶模水冷通道结构示意图。
[0025]图中:1_底模、2-下边模、3-水冷通道、4-上边模、5-顶模、6_排气塞、7_水冷通道、8-中心活块、9-水冷通道、10-分流锥、11-过滤网、12-注式浇口套、13-水冷通道。
[0026]
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0028]本发明的技术方案是，铝车轮低压铸造水冷模具，包括底模1、下边模2、上边模4、顶模5、中心活块8、注式浇口套12、过滤网11、分流锥10、排气塞6，所述的底模I上设置注式浇口套12和用于冷却轮辐的水冷通道13，中心活块8、分流锥10设置在顶模5上，中心活块8设置用于冷却轮心的水冷通道9，所述的顶模5上部外沿设置排气塞6和用于冷却内轮缘的水冷通道7，所述的边模分为上边模4和下边模2，所述的下边模2设置用于冷却车轮热节的水冷通道3。
[0029]作为改进，下边模2和上边模4是组合式四开合边模，上边模4选用铸钢35CrMo材料，下边模2选用锻钢35CrMo材料，有利于加工弧形水道后的焊接密封，预防焊接应力开裂，影响模具使用寿命。
[0030]作为改进，用于冷却车轮热节处的水冷通道3两侧设计进出水口，四个边模的水冷通道进出水口均为左进右出或右进左出的交错布置，最大程度减弱进出水口处模具温度的差异幅度，使得铸件凝固过程快速且均匀一致。
[0031]作为改进，所述的顶模5和中心活块8均选用锻钢H13材料，两者螺栓连接，接触面中间避空。
[0032]水冷通道9进出水口为单进单出。水冷通道7进出水口为双进双出。水冷通道3进出水口为单进单出。
[0033]作为改进,水冷通道3截面布置为矩形，圆角倒钝Imm,截面面积不小于80mm2,可以为100mm2。有利于减少模具在长期使用过程中水沟堆积，避免影响工艺稳定性。
[0034]作为改进，水冷通道7用于冷却车轮内轮缘，特别是针对水冷通道布置的节园半径大于200_时，其进出水口为双进双出，交错布置，中间设有间断隔开，利于保障水冷通道对模具温度均匀一致。
[0035]所述的冷却水为去离子水，冷却水温度为15°C -35°C，水压为0.3MPa_0.6MPa。
[0036]与现有技术相比，本发明具有以下优点:改变现有低压铸造模具冷却强度弱的风冷冷却方式，在遵循自上而下、由外而内的顺序凝固前提下，在铸件远端(内轮缘)、热节、厚大部位(轮心)位置设置水冷通道，从而加速铸件凝固速度，提高铸件材料力学性能，利于实现铸造效率的提升。加之，冷却水均在闭环的水冷通道内流动，铸造工况没有压缩空气吹出的噪音，劳动工况大为改善。
[0037]
发明还提供了一种铝车轮水冷模具低压铸造工艺，该工艺基于上述低压铸造模具，通过所述的水冷通道和相关冷却工艺参数的调整，加快铸件凝固速度，该工艺包括以下步骤。
[0038](I)通过设置在底模中心的浇口套往型腔内浇注铝液，并通过中心分流锥分流铝液向型腔内四周平稳扩展，充型过程中随着铝液在模具型腔内不断上升，型腔内的气体经位于顶模的排气塞排出模具。
[0039](2)铝液充型过程中，铝液流经轮辋时的速度要小于流经轮辐时的速度，即充型速度先慢后快，满足充型末端有足够铝液温度的补缩动力。
[0040](3)充型完成，通过中心浇口处加压。依次开启顶模水冷、边模水冷、中心活块水冷和底模水冷，在顺序凝固前提下加速铸件凝固。
[0041](4)依次关闭水冷后，需再向水冷通道内短时通入压缩空气，便于清除通道内残留的冷却水，即先水后风的水冷工艺方法。
[0042]以上仅就本发明较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体步骤允许有变化，如:顶模水冷通道可以没有，或水冷工艺参数不开启，仅允许轮辋在充型过程形成的铸件自身温度梯度状况下完成顺序凝固；所述的中心活块水冷通道和底模水冷通道还可以拥有多个进出水口，可以根据车轮造型或尺寸大小而定，也可以实现本发明功能；所述的中心活块可以与顶模形成一体，以隔热槽的方式仅允许水冷通道冷却轮心。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.铝车轮低压铸造水冷模具，包括底模(1)、下边模(2)、上边模(4)、顶模(5)、中心活块(8)、注式浇口套(12)、过滤网(11)、分流锥(10)、排气塞(6)，水冷通道(13)，其特征在于:顶模(5)上部设置用于冷却内轮缘的水冷通道(7)，中心活块(8)设置用于冷却轮心的水冷通道(9 )，下边模(2 )设置用于冷却车轮热节处的水冷通道(3 )。
2.根据权利要求1所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:下边模(2)和上边模(4)是组合式四开合边模。
3.根据权利要求1、2任一所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:上边模(4)选用铸钢35CrMo材料。
4.根据权利要求3所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:下边模(2)选用锻钢35CrMo 材料。
5.根据权利要求1、2任一所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:水冷通道(3)两侧设计进出水口，四个边模的水冷通道进出水口均为左进右出或右进左出的交错布置。
6.根据权利要求5所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:水冷通道(3)截面布置为矩形，圆角倒钝1_，截面面积不小于80mm2。
7.根据权利要求6所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:水冷通道(3)截面面积 100mm2。
8.根据权利要求1所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:顶模(5)和中心活块(8)均选用锻钢H13材料，两者螺栓连接，接触面中间避空。
9.根据权利要求1所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:水冷通道(9)进出水口为单进单出。
10.根据权利要求1所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:水冷通道(7)进出水口为双进双出。
11.根据权利要求1所述的铝车轮低压铸造水冷模具，其特征在于:水冷通道(13)进出水口为单进单出。
12.—种铝车轮水冷低压铸造工艺，通过设置在底模中心的浇口套往型腔内浇注铝液，并通过中心分流锥分流铝液向型腔内四周平稳扩展，充型过程中随着铝液在模具型腔内不断上升，型腔内的气体经位于顶模的排气塞排出模具，充型完成，通过中心浇口处加压，其特征在于:铝液充型过程中，充型速度先慢后快；充型完成，依次开启顶模水冷、边模水冷、中心活块水冷和底模水冷；依次关闭水冷后，再向水冷通道内短时通入压缩空气。
【文档编号】B22D27/04GK104353813SQ201410463058
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】杜德喜, 王永宁, 朱志华, 李昌海 申请人:中信戴卡股份有限公司