汽车铝合金轮毂低温铸造工艺的制作方法

本发明涉及一种低压铸造工艺，特别涉及一种汽车铝合金轮毂的低压铸造工艺。

背景技术：

铝合金轮毂铸造工艺一般包括：加料、融化、精炼、取样、出炉、细化除气变质、取样、转注、参数调整、压铸、检验等工艺。而转注后的参数调整在整个铸造过程中非常重要，一般业内将转注的保温炉内液态铝合金温度控制在690℃-710℃范围内，整个流程包括升液、充型、增压、保压、自然冷却等及工艺参数的调整和控制。“升液”是指液态铝合金在气压的作用下从液面进入升液管上升到浇口的过程；“充型”：是指在保温炉内保持一定的压力的情况下使液态铝合金以平稳的流速通过浇口部位进入到模具型腔内并完成充型的整个过程；“增压”是指当液态铝合金充满型腔后，再继续增加到一定的压力，主要是使铸件在一定压力的条件下进行结晶和凝固的同时还可以进行有效的补缩。“保压”是指保温炉内压力增加至铸件结晶时的压力，需要继续保持这样的压力直到铸件凝固、结晶到一定程度后方可卸压。“自然冷却”是保压结束、升液管的液态铝合金回落到保温炉后，铸件在模具闭合状态下自然冷却至可以脱模的时间。目前业内通常的铸造低压装置如图1所示，图中11为保温炉，12为连接法兰，13为升液管固定套，14为低压机台底板，15为保温杯，16为浇口套，17为模具，18为升液管，升液管底端延伸至保温炉内并位于液态铝合金液面下，保温炉上端向上延伸伸出保温炉并延伸至模具的保温杯，保温炉顶面上连接有连接法兰，升液管在连接法兰与模具下模之间的外壁套有升液管固定套，这种结构存在以下缺陷：由于保温炉与模具连接的法兰及升液管固定套的长度较长，且法兰外壁的保温材料厚度不够导致液态铝合金温度散失过多，保温炉内的液态铝合金经过升液管进入到模具型腔后热量散失较大，保温炉内液态铝合金温度需提高至690℃-710℃范围内，生产成本及能耗都较高、生产效率低。行业里的实践证明，在保证铸件能够成型及保证致密度的前提下，液态铝合金温度越低越好，因此有必要发明一种能在低温条件下确保铸件质量合格的铸造工艺。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种汽车铝合金轮毂的低压铸造工艺，该工艺具有成本低、能耗低、高效率、生产周期更短的汽车铝合金轮毂低温铸造工艺。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种汽车铝合金轮毂低温铸造工艺，将检测合格后的液态铝合金转注入保温炉后，再进行升液、充型、增压、保压、自然冷却，保温炉内液态铝合金的体积不得低于保温炉容积的三分之一，每一次将液态铝合金转注入保温炉的时间为30-60秒，保温炉内的液态铝合金温度控制在660℃-675℃范围内，升液的压力为150-250 mbar，每一次压铸一个轮毂的升液的时间为5-11秒，保压压力为680-730mbar，保压时间为100－140s。

本发明的进一步技术方案是：保温炉上的低压模具冷却系统中设有多条冷却风管，冷却风管包括分流锥风管、上模小环风管、上模中环风管Ⅱ、上模中环风管Ⅰ、上模大环风管、下模小环风管、下模中环风管Ⅱ、下模中环风管Ⅰ、下模大环风管、侧模风管，分流锥风管设置在上模的中心位置，上模小环风管、上模中环风管Ⅱ、上模中环风管Ⅰ、上模大环风管、分别设置在上模中并由内向外依次排列，下模小环风管、下模中环风管Ⅱ、下模中环风管Ⅰ、下模大环风管分别设置在下模中并由内向外依次排列，侧模风管设置在上模和下模之间的侧模的下半部分。

本发明的进一步技术方案是：分流锥风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后70－130s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为10－70s；上模小环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后0－60s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为100－160s；上模中环风管Ⅱ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后10－70s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为90－150s；上模中环风管Ⅰ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后50－110s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为30－90s；上模大环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后50－110s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为50－110s；下模小环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为70－130s；下模中环风管Ⅱ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为50－110s；下模中环风管Ⅰ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为20－80s；下模大环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为60－120s；侧模风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后0－20s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为150－210s。

本发明的进一步技术方案是：保温炉顶壁的连接法兰与模具的保温杯之间设置有升液管保温装置，升液管保温装置包括与连接法兰、升液管固定套及设置在升液管固定套内侧与升液管外壁之间由铸铁制作形成的升液管连接头。

本发明的进一步技术方案是：所述升液管固定套的内侧的通孔上段大下段小，上段直径较大的通孔与下段直径较小的通孔通过锥面连接，升液管连接头包括与升液管固定套上段外径相同的头部及连接在头部底端与升液管固定套锥面配合的椎体。

本发明汽车铝合金轮毂低温铸造方法具有如下有益效果：

1、采用本发明工艺后，保温炉内的液态铝合金温度较业内一般工艺控制的液态铝合金温度要低20至30度，液态铝合金温度越低，有利于缩短铸造凝固和冷却的时间，既铸件生产的单个循环周期越短，从而提高了生产效率，同时液态铝合金温度低也有利于延长了模具的使用寿命，进而降低生产成本；

2、液态铝合金温度低有利于充型平稳和缩短铸件的成形时间；

3、液态铝合金温度低会更容易形成方向性凝固，减少内部缺陷及杂质、气体的卷入；

4、液态铝合金温度低能有效减少了液态铝合金里面合金元素的烧损，保证了铸件质量；

5、液态铝合金温度低，有效的提高了液态铝合金的使用率和减少辅材的使用量；

下面结合附图和实施例对本发明汽车铝合金轮毂低温铸造方法作进一步的说明。

附图说明

图1是业内现有技术汽车铝合金轮毂铸造装置的结构示意图；

图2是本发明汽车铝合金轮毂低温铸造工艺所用铸造装置的结构示意图；

图2中标号说明： 1-分流锥风管,2-上模小环风管,3-上模中环风管Ⅱ, 4-上模中环风管Ⅰ，5-上模大环风管,6-下模小环风管,7-下模中环风管Ⅱ,8-下模中环风管Ⅰ,9-下模大环风管,10-侧模风管, 15-保温杯，21-保温炉,22-连接法兰,23-低压机台底板,24-侧模,25-上模,26-浇口,27-下模,28-升液管连接头,29-升液管固定套,30-锥形垫片，31-升液管。

具体实施方式

本发明汽车铝合金轮毂低温铸造工艺，其中将液态铝合金转注入保温炉后，再进行升液、充型、增压、保压、自然冷却，保温炉内的液态铝合金液面不得低于保温炉容积的三分之一，这样可避免保温炉内液态铝合金液面过低而将漂浮在液态铝合金上面的部分渣混入升液管，导致液态铝合金质量降低及废品的增加。每一次将液态铝合金转注入保温炉的时间为30-60秒，正常加液态铝合金的时间通常是在40秒以内，严格控制转注时间，主要是为了防止因加液态铝合金时间过长导致保温炉内液态铝合金温度散失过多及减少空气与液态铝合金液面的合金元素起反应而散失，导致能耗及废品的增加。当然只要将液态铝合金转注入保温炉的时间控制在30-60秒范围内，均能满足工艺要求。

采用本发明的工艺，保温炉内液态铝合金的温度控制在660℃-675℃范围内，升液的压力为150-250 mbar，升液的时间为5-11秒。一般升液的压力控制在200 mbar、升液的时间为6秒，保温炉内液态铝合金的温度控制在665℃就能够满足工艺要求。当然只要将上述几个参数控制在本发明限定的范围内就能基本满足工艺要求。保温炉顶壁的连接法兰与模具的保温杯之间设置有升液管保温装置，请参考图2所示，升液管保温装置包括与连接法兰升液管固定套及设置在升液管固定套内侧与升液管外壁之间由铸铁制作形成的升液管连接头。升液管固定套的内侧的通孔为上段大下段小，升液管固定套上段直径较大的通孔与下段直径较小的通孔通过锥面连接，升液管连接头包括与升液管固定套上段外径相同的头部及连接在头部底端与升液管固定套锥面配合的椎体，椎体与升液管固定套内孔的锥面之间设置有锥形垫片。保温杯为陶瓷保温杯，采用铸铁升液管连接头具有很好的保温效果，升液管连接头底端采用椎体也增加了升液管的稳定性。通过减短了升液管的总长度，使液态铝合金的升液阶段在较短时间内完成，避免了液态铝合金在升液阶段液态铝合金温度因距离过长导致散失，同时还能保证在一定的压力下保持较稳定的液态铝合金流速完成整个铸件的充型阶段及减少内部缺陷和杂质、气体的卷入液态铝合金当中。同时由于升液管保温装置的上述结构使得在升液过程中液态铝合金的温度基本不变，保温炉中的液态铝合金经过升液管进入保温杯后液态铝合金的温度基本没有变化，因此不需要将保温炉内的液态铝合金温度加热到过高的温度，这样既减少能耗，又能保证产品质量，还能提高生产效率。

在保温炉上的低压模具的冷却系统中设有多条冷却风管，冷却风管包括分流锥风管、上模小环风管、上模中环风管Ⅱ、上模中环风管Ⅰ、上模大环风管、下模小环风管、下模中环风管Ⅱ、下模中环风管Ⅰ、下模大环风管、侧模风管，分流锥风管设置在上模的中心位置，上模小环风管、上模中环风管Ⅱ、上模中环风管Ⅰ、上模大环风管、分别设置在上模中并由内向外依次排列，下模小环风管、下模中环风管Ⅱ、下模中环风管Ⅰ、下模大环风管分别设置在下模中并由内向外依次排列，侧模风管设置在上模和下模之间的侧模下半部分。

升液完成后紧接着是充型、增压、保压，这些工艺流程与传统工艺流程相似，在此不再做详细介绍，在自然冷却过程中设定开启多条冷却风管通风冷却，分流锥风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后70－130s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为10－70s；上模小环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后0－60s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为100－160s；上模中环风管Ⅱ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后10－70s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为90－150s；上模中环风管Ⅰ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后50－110s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为30－90s；上模大环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后50－110s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为50－110s；下模小环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为70－130s；下模中环风管Ⅱ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为50－110s；下模中环风管Ⅰ开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为20－80s；下模大环风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后30－90s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为60－120s；侧模风管开始通风冷却的时间是从开始升液时刻起算后0－20s区间内任一时刻开始通风冷却，保持通风冷却的时间为150－210s。

以下表一是采用本发明上述工艺参数铸造一个汽车轮毂，各风管的具体冷却参数, 表一中“开始时间”是从开始升液时刻算起后的时间，“保持时间”是保持通风冷却的总时间，如分流锥风管是从开始升液时刻算起后100秒开始通风冷却，保持通风冷却的时间为40秒。

表一：

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当然作为本发明的变换形式，本发明工艺中各风管的具体冷却参数并不限于上述表一中的参数，只要在本发明的保护范围内所作的变换均达到本发明的技术效果。

下面表二是采用本发明工艺参数，铸造一个汽车轮毂，各风管的另一组具体冷却参数,各参数的意义与表一相同在此不再详细叙述。

表二：

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下面表三是采用本发明的工艺参数，铸造一个汽车轮毂，各风管的又一组具体冷却参数,各参数的意义与表一相同在此不再详细叙述。

表三：

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各风管的具体冷却参数，是根据轮毂的方向性凝固探索出来的对模具冷却系统进行调节，也是低压主要的一大突破，因此可采用低温铸造工艺，倘若各风管的具体冷却参数不合理，就会导致对模具冷却系统调节不当而造成铸件的补缩通道过早凝结成型就会引起铸件其他部位的补缩而造成铸件缺陷-废品增加。因此各风管的具体冷却参数非常重要。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明方法并不限于上述实施例列举的形式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。