一种差温镁合金轮毂成型模具的制作方法

1.本发明涉及汽车镁合金轮毂成型领域，特别是一种产生差温的镁合金轮毂成型模具。


背景技术：

2.发展新能源汽车，非常关键的技术就是实现汽车轻量化。新能源汽车的减重，可以提升续航能力以及节能环保。镁合金作为目前世界上可应用的最轻金属材料，其比强度和比刚度高，导热、导电和电磁屏蔽性能优越，具有非常广泛的应用场景。将镁合金代替原有的铝合金应用到新能源汽车轮毂上，在保证各方面性能的基础上可有效的减轻重量，对实现汽车轻量化具有十分重要的帮助。然而镁合金具有密排六方晶体结构，常温下塑性变形能力差，随着温度上升，其塑性变形能力增强。但是镁合金在温度过高，保温过长下将会导致晶粒粗大，在后续的一系列热处理过程中难以消除。镁合金强度在随着温度升高过程中也会降低。为了弥补以上热成型缺陷，本发明将提供一种温度可控的镁合金轮毂成型模具，此模具可以实现快速升温和快速降温，且温度均匀，可以有效的控制镁合金的成型能力，降低镁合金加热后的缺陷。普通的模具加热系统采用的是加热棒，在加热的过程中加热速度慢，而且加热棒温度不均匀，容易造成成型不均的缺陷。


技术实现要素：

3.根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种差温镁合金轮毂成型模具，在成型过程中温度的可控性较好，在镁合金轮毂成型的过程中既能迅速的升温和保温来增强镁合金的塑性成型能力，又能迅速的冷却，防止镁合金晶粒变大和强度降低。
4.本发明所述的差温镁合金轮毂成型模具，包括上模、侧模、凸模和下模，凸模固定于上模下方，侧模固定于下模上并环绕凸模一周，合模后侧模、凸模和下模共同形成轮毂锻造腔；所述的凸模为薄壁结构且内部空心，与上模之间形成冷却空腔，冷却空腔连接冷却水管。
5.在成型的过程中，轮毂铸件与凸模接触的部分变形程度小，此处材料需要承力，要求此区域的镁合金材料强度要高。通过冷却水对凸模进行快速降温，温度均匀，可以有效的防止此处镁合金的强度降低。
6.在镁合金轮毂成型的过程中，凹模(由侧模和下模构成)处发生的变形剧烈，要求此区域的镁合金材料塑性好，因此在形成轮毂锻造腔的下模以及侧模内壁设有加热线圈。传统的电加热棒加热存在温度不均匀，加热速度慢等缺点；本技术的加热结构加热速度快、温度可控性好。
7.本发明还包括可进行轴向移动的上顶杆中心脱模器，所述的上顶杆中心脱模器贯穿上模和凸模，其上端位于模具外，下端到达轮毂锻造腔，且下端头部的成型面轮廓与轮毂锻造腔的轮廓相适配。
8.其中，所述的上顶杆中心脱模器配有使其向上轴向移动的复位机构，且上顶杆中心脱模器还带有限制其向上轴向移动的限位结构。
9.进一步地，在凸模的根部套设有辅助卸料环，辅助卸料环可沿凸模滑动，合模后辅助卸料环由侧模进行支撑。辅助卸料环配合上顶杆中心脱模器同时打料(将成型后的轮毂取下)，可以有效的解决高尺寸轮辋脱模问题，保证镁合金轮毂尺寸稳定性。
10.本发明还包括可进行轴向移动的下顶杆中心脱模器，所述的下顶杆中心脱模器贯穿下模，其上端到达轮毂锻造腔，且上端头部的成型面轮廓与轮毂锻造腔的轮廓相适配；下端位于下模凹槽内。
11.其中，所述的下顶杆中心脱模器利用其自重向下轴向移动复位，且带有限制其向下轴向移动的限位结构。
12.本发明所述的冷却水管包括进水管和出水管，进水管的出口位于冷却空腔的顶部，出水管的入口位于冷却空腔的底部，可避免冷却空腔内产生积水。
13.加热线圈的固定方式为：所述下模的上表面开有沟槽，加热线圈位于所述的沟槽内，沟槽利用导热绝缘材料填平，其上方铺设导热板，导热板形状与轮毂锻造腔相适配。
14.所述侧模的内壁开有沟槽，加热线圈位于所述的沟槽内，沟槽利用导热绝缘材料填平，其内壁铺设导热板，导热板形状与轮毂锻造腔相适配。
15.本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
16.本发明所述的差温镁合金轮毂成型模具，温度可控，可以实现快速升温和快速降温，且温度均匀，可以有效的控制镁合金的成型能力，降低镁合金加热后的缺陷。通过合理的结构设计，采用闭式挤压无飞边结构，相比与开式挤压有飞边结构，此结构可以更好的让材料充满型腔，在成型过程中能够使坯料更好的定位。脱模器配合辅助卸料环同时打料，可以有效的解决高尺寸轮毂脱模问题，保证镁合金轮毂尺寸稳定性。
附图说明
17.图1是本发明的整体结构示意图；
18.图2是下模加热线圈分布的侧向剖视图；
19.图3是下模加热线圈分布的俯视图；
20.图4是侧模加热线圈分布的侧向剖视图；
21.图5是侧模加热线圈分布的侧视图。
22.图中：1、上底板；2、压板；3、短内六角螺栓；4、上模座；5、侧模框；6、定位销； 7、下模座；8、下底板；9、长内六角螺栓；10、下顶杆中心脱模器；11、上顶杆中心脱模器；12、凸模；13、冷却水管；14、辅助卸料环；15、复位弹簧；16、按压座；17、轮毂锻造腔；
23.5-1、侧模加热线圈；7-1、下模加热线圈。
具体实施方式
24.下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
25.如图1～5所示，本发明所述的差温镁合金轮毂成型模具，主要由成型结构、加热结
构、冷却结构三大部分构成。
26.其包括上模、侧模、凸模12和下模，上模由上底板1与上模座4连接构成，上底板1 与上模座4的连接依靠定位销6进行定位，然后由压板2配合短内六角螺栓3进行压紧。
27.凸模12固定于上模座4下方，上模座4与凸模12由定位销6进行定位，然后用长内六角螺栓9将两部分连接。
28.下模由下模座7和下底板8构成，下模座7和下底板8根据它们之间的定位销进行定位，然后由压板2配合短内六角螺栓3进行压紧。
29.侧模固定于下模座7上并环绕凸模12一周，侧模由左右两个侧模框5构成，利用长内六角螺栓9将侧模框5与下模座7连接。合模时侧模框5通过与上模座4之间的定位销6 进行定位。
30.合模后侧模框5、凸模12和下模座7共同形成轮毂锻造腔17；所述的凸模12为薄壁结构且内部空心，与上模座4之间形成冷却空腔，冷却空腔连接冷却水管13。冷却水管13 包括进水管和出水管，进水管和出水管分别接冷却水循环泵，保证进水速度和出水速度一样。在成型的过程中，轮毂铸件与凸模12接触的部分变形程度小，此处材料需要承力，要求此区域的镁合金材料强度要高。通过冷却水对凸模进行快速降温，温度均匀，可以有效的防止此处镁合金的强度降低。
31.其中，冷却水管13由凸模12顶部插入，冷却水管13的进水管插入长度要尽量短，出水管插入位置尽量靠近凸模12底部，这样可避免凸模12中心产生积水。
32.形成轮毂锻造腔17的下模以及侧模内壁设有加热线圈。具体的，下模的上表面开有沟槽，下模加热线圈7-1位于所述的沟槽内，沟槽利用导热绝缘材料填平，其上方铺设导热板，导热板表面形状与轮毂锻造腔17相适配；侧模的内壁开有沟槽，侧模加热线圈5-1位于所述的沟槽内，沟槽利用导热绝缘材料填平，其内壁铺设导热板，导热板表面形状与轮毂锻造腔17相适配。此种加热结构的优势：加热速度快、温度可控性好、维修方便、节约材料。传统的电加热棒加热存在温度不均匀，加热速度慢等缺点。
33.模具加热所需的总功率可按照下公式计算：
[0034][0035]
其中：
[0036]
p-电加热总功率
[0037]
g-模具受热部分的总质量
[0038]
c-模具材料的比热容，kj/(kg.℃)
[0039]
t
m-镁合金轮毂成型时所需要的温度
[0040]
t
0-室温
[0041]
μ-加热效率，在加热过程中，因为是采用的是闭式结构，所以热损失较少，加热效率选取0.4
[0042]
t-加热升温时间(h)
[0043]
模具可采用常规碳钢，碳钢的比热容c＝0.46kj/kg
·
℃。
[0044]
本实施例还包括可进行轴向移动的上顶杆中心脱模器11，所述的上顶杆中心脱模器11 贯穿上模和凸模12，其上端位于模具外，其上设有按压座16；下端到达轮毂锻造腔17，
且下端头部的成型面轮廓与轮毂锻造腔17的轮廓相适配，保证不影响镁合金轮毂成型结构。上顶杆中心脱模器11上部还装有使其向上轴向移动的复位弹簧15，脱模完成后可在复位弹簧15作用下自动回到原有位置。且上顶杆中心脱模器11头部为凸字形，与凸模相适配，复位到位后可限制其继续向上移动，不产生回压。
[0045]
在凸模12的根部套设有辅助卸料环14，合模后辅助卸料环14由侧模进行支撑。辅助卸料环配合上顶杆中心脱模器同时打料(将成型后的轮毂取下)，可以有效的解决高尺寸轮辋脱模问题，保证镁合金轮毂尺寸稳定性。
[0046]
本实施例还包括可进行轴向移动的下顶杆中心脱模器10，所述的下顶杆中心脱模器10 贯穿下模，其上端到达轮毂锻造腔17，且上端头部的成型面轮廓与轮毂锻造腔17的轮廓相适配；下端位于下模凹槽内。
[0047]
下顶杆中心脱模器10利用其自重向下轴向移动复位，且下顶杆中心脱模器10头部为凸字形，与下模座7相适配，复位到位后可限制其继续向下移动，不产生回压。
[0048]
本发明的内表面进行表面抛光处理，降低摩擦力，摩擦系数小于0.05。
[0049]
本发明采用闭式挤压无飞边结构，相比与开式挤压有飞边结构，此结构可以更好的让材料充满型腔，在成型过程中能够使坯料更好的定位。
[0050]
为了便于理解，下述给出本实施例的脱模过程：
[0051]
上模向上移动，同时按下按压座16，上顶杆中心脱模器11头部将成型好的轮毂顶下，此时，辅助卸料环14由于没有了支撑，其依靠自重或外界施加的其他力，进一步使成型好的轮毂从凸模12脱离，达到上模座先脱模的效果，特别适用高尺寸轮毂的脱模问题，保证镁合金轮毂尺寸稳定性。然后移掉两端的侧模框5，侧模框5移除以后，通过工具挤压下顶杆中心脱模器10，将轮毂从下模座7顶出，完成整体脱模。
[0052]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。