本发明涉及轮毂铸造技术领域，尤其涉及一种轮毂铸造模具及其铸造方法。
背景技术：
轮毂是汽车的重要零部件，而轮毂毛坯的好坏对轮毂的品质有较大的影响；而，轮毂上耳是轮毂在使用过程中容易发生断裂，由此，轮毂上耳的品质往往决定着轮毂的品质。目前，重力铸造和低压铸造使用较为普遍，但存在以下缺陷：
1)重力铸造过程铝合金液体内部会产生气体，气体因受铸造轮毂用的金属液高粘度的束缚很难排出，大量气体滞留在铸件内部，形成气孔；另外，铸造轮毂用的金属液在无压状态下进行结晶凝固，补缩困难，热节点处容易产生晶粒粗大、晶相组织不均匀的情况；影响轮毂上耳处的品质。
2)低压铸造在较低压力下成型结晶凝固，一般适用生产的压力仅为0.9～1.2KGF/㎝2，而加大压力则存在升液管裂开、炉体易发生爆炸的安全隐患。在低压力的限制下，结晶凝固过程补缩不充分，而且，轮毂上耳下方的轮轮辋较薄先于轮毂上耳冷却凝固，轮毂上耳无法得到有效补缩。
技术实现要素：
因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能有效对轮毂上耳进行充分补缩，提高轮毂上耳的品质以及提高整个轮毂的品质的轮毂铸造模具。
另外，本发明的还提供一种能有效对轮毂上耳进行充分补缩，提高轮毂上耳的品质以及提高整个轮毂的品质的轮毂铸造方法。
本发明解决上述技术问题技术的技术方案如下：本发明提供的一种轮毂铸造模具，其用于安装至铸造机上用来铸造轮毂，包括：上模，所述上模通过连接部件与铸造机上机台板相连接，所述上模中央连接有上模芯；
边模，所述边模与铸造机的边模驱动装置相连；
底模，所述底模安装在铸造机工作台上侧；
铸造机的边模驱动装置驱动边模水平合模，铸造机的上模驱动装置驱动上模向下合模，所述上模、边模和底模合模后形成待铸造轮毂的铸造型腔；所述上模芯连接有储液斗，所述储液斗中形成有与铸造型腔连通的金属液储存室；还包括：
气体加压系统，所述气体加压系统通过通气管与所述储液斗相连接且与所述金属液储存室相连通；
所述边模上设有用于向铸造型腔内输送铸造轮毂用的金属液的浇道，所述浇道外端为浇口；
模具冷却系统包括对模具进行冷却的模具冷却系统和对浇道进行冷却的浇道冷却系统；
脱膜系统，所述脱膜系统用于对成型的轮毂铸件进行脱模。
本发明的有益效果是：本发明提供的轮毂铸造模具的上模芯上设置有储液斗，所述储液斗中形成有与铸造型腔连通的金属液储存室，向铸造型腔内的轮毂铸件进行补缩的向铸造型腔内注入金属液，金属液储存室中填充有金属液，浇注完成后，通过所述气体加压系统向所述金属液储存室内的金属液施压，所述金属液储存室内的金属液在气体加压系统施压下向铸造型腔内的轮毂铸件进行充分补缩；由于所述浇道周侧的浇道冷却系统对浇道内的金属液冷却使其快速凝固从而防止金属液受压而从浇口倒流，也减少储液斗或铸造型腔内的金属液在压力作用下向浇道一侧进行补缩而影响轮毂铸造的品质；金属液储存室内的金属液补缩效果好，金属液利用率高。
另外，设有毂上耳冷却系统来独立对轮毂上耳进行冷却，便于控制轮毂上耳冷却成型，防止位于成型轮毂上耳下端的较薄的用于成型轮毂轮辋处的金属液先冷却而使金属液无法进入到成型轮毂上耳处的型腔中，而使轮毂上耳无法得到有效补缩，造成轮毂上耳铸造不充分。
另外，在上述实施例中的轮毂铸造模具的基础上，本发明还可以做如下改进，还可以具有如下附加技术特征。
进一步，所述上模芯可拆卸连接在所述上模的中央位置，所述储液斗安装在所述上模芯上；便于更换上模芯，使模具可用于铸造多种规格的轮毂。
进一步，所述储液斗呈上下两端开口的圆锥台结构且其大开口端朝下安装在所述上模芯的中央位置；将储液斗设置成漏斗状结构，有利于储存在储液斗内的金属液在气体加压系统施压下向铸造型腔内的轮毂铸件进行补缩。
进一步，所述储液斗加热系统包括加热套，所述加热套套设在所述储液斗的周侧壁上；有利于利用加热套对金属液储存室的金属液进行均匀加热，防止储存在金属液储存室内的金属液在进行补缩之前由于温度降低成凝固，影响补缩效果。
进一步，所述浇道冷却系统包括开设在边模上的多条浇道冷却通道，多条浇道冷却通道通过在所述浇道的周侧钻孔形成，所述浇道冷却通道两端分别与冷却管接头连接；加快位于浇道内的金属液的冷却速度，有利于浇道内的金属液凝固，防止边浇道内的金属液从浇口倒流而影响轮毂铸造的品质；同时，防止金属液在压力作用下向浇道处进行补缩。
进一步，所述轮毂上耳冷却系统包括上耳冷却环，所述上耳冷却环对应铸造成型轮毂上耳的位置安装在边模上。通过冷却环对成型轮毂上耳处的金属液进行冷却使其先凝固，防止位于成型轮毂上耳下端的较薄的用于成型轮毂轮辋处的金属液先冷却而使金属液无法进入到成型轮毂上耳处的型腔中，造成轮毂上耳铸造不充分。
进一步，所述气体加压系统，包括：
储气罐，所述储气罐用于储存压缩气体；
进气增压支管，所述进气增压支管一端连接在所述储液斗上端并与所述金属液储存室相连通，所述进气增压支管另一端与所述储气罐的出气口相连接；
控制单元，所述控制单元连接在所述进气增压支路上；所述控制单元包括压力控制阀和电磁阀一，压力控制阀和电磁阀一依次连接在进气增压管上；所述电磁阀一与时间继电器相连接，所述时间继电器与控制模块相连接。
通过设有控制单元，可通过控制单元控制压力控制阀的开启或关闭，还可以调节压力的大小，便于实现不同冷却时间段的加压需求。
进一步，所述底模中心设有用于轮盘中心成型的分流锥；有利于成型轮盘中心，减少加工量，且便于通过成型轮盘中心对成型的轮毂进行固定加工。
本发明的提供一种轮毂铸造方法，用于上述的轮毂铸造模具进行轮毂铸造，包括以下步骤：
S1，烤模，即打开模具加热系统，对边模、上模和底模进行加热，所述上模上连接有用于储存金属融液的储液斗，储液斗连接有储液斗加热系统；对边模、上模和底模进行加热的同时打开储液斗加热系统对储液斗进行加热；
S2，对安装在铸造机上的用于轮毂铸造的模具的边模、上模和底模表面喷涂脱模剂；
S3，合模，将边模、上模和底模合模后形成待铸造轮毂的铸造型腔，而储液斗与铸造型腔之间形成用于储存金属融液来对轮毂铸件进行补缩的金属融液储存室；
S4，从浇口向模具内浇入铸造轮毂用的一定量的金属融液，金属融液填充在铸造型腔和金属融液储存室内；
S5，浇注完成后，打开浇道冷却系统，对位于浇道内的金属液进行冷却，使浇道内的金属液快速冷却；
同时打开气体加压系统，对储存在金属融液储存室内的金属融液进行加压，使所述金属融液储存室内的金属融液在所述气体加压系统施加高压下先对轮毂上耳进行充分补缩，然后再依次对轮毂的轮辋、轮辐、轮盘和轮盘中心依次冷却凝固；
S6，轮毂完全凝固完成后，关闭气体加压系统，并排出金属融液储存室内的气体；
S7，开模，对浇铸成型的轮毂进行脱膜后，取出浇铸成型的轮毂，
S8，循环上述步骤S2至步骤S7，铸造下一个轮毂。
采用本轮毂铸造方法进行轮毂铸造，便于控制轮毂上耳冷却成型，防止位于成型轮毂上耳下端的较薄的用于成型轮毂轮辋处的金属液先冷却而使金属液无法进入到成型轮毂上耳处的型腔中。通过本发明提供的轮毂铸造方法进行轮毂铸造，轮毂上耳得到在压力下得到有效补缩，从而提高轮毂上耳的品质。
进一步，步骤S5中，对储存在金属液储存室内的金属液进行加压的方式为分段式加压；可确保补缩充分，且降低电能损耗。
进一步，步骤S5中，对储存在金属液储存室内的金属液进行六段加压，其中，第一段，在1～3S的时间段，加压压力为0.5～0.8KGF/cm2；第二段，在3～10S的时间段，加压压力为0.8～2KGF/cm2；第三段，在10～15S的时间段，加压压力为2～4KGF/cm2；第四段，在15～40S的时间段，加压压力为4～3KGF/cm2；第五段，在40～130S的时间段，加压压力为3～2KGF/cm2；第六段，在130～180S的时间段，加压压力为2～1.2KGF/cm2。由于金属液刚浇入的轮毂型腔时温度较高，便于流动，而随着时间的延长，金属液有所降低，未凝固的部分流动性变差。通过多段台阶式加压，有利于对金属液进行加压，在金属液降温而流动性变差时加大压力，可确保补缩充分，且降低电能损耗。
附图说明
图1为本发明的轮毂铸造模具的整体结构示意图；
图2为本发明的气体加压系统的结构示意图；
图3为本发明的轮毂铸造方法的铸造流程示意图。
其中，附图中的标记分别为：
1、上模，2、边模，3、底模，4、储液斗，5、加热套，6、铸造机上机台板，7、气体加压系统，10、上模芯，11、加热环，12、上模架，13、浇道冷却风盒，14、上模芯冷却环，20、浇道冷却通道，21、冷却管接头，30、底模冷却管，31、分流锥，70、缓冲罐，71、进气管，72、出气管，73、压力控制阀，74、电磁阀一，75、单向阀一，76、时间继电器，77、控制模块，78、电磁阀二，79、单向阀二。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例：
如图1所示，本发明提供的轮毂铸造模具，其用于安装至铸造机上用来铸造轮毂，尤其适用于铸造18英寸及以下的轮毂，包括：上模1，所述上模1通过连接部件与铸造机上机台板6相连接；边模2，所述边模2与铸造机的边模驱动装置相连；底模3，所述底模3安装在铸造机工作台上侧；
铸造机的边模驱动装置驱动边模2水平合模，铸造机的上模1驱动装置驱动上模1向下合模，所述上模1、边模2和底模3合模后形成待铸造轮毂的铸造型腔；所述上模芯10上连接有储液斗4，所述储液斗4中形成与铸造型腔相连通的金属液储存室；
气体加压系统7，所述气体加压系统7通过通气管与所述储液斗4相连接且与所述金属液储存室相连通；本实施例采用压缩气体储气罐提供压缩空气，压缩气体储气罐的空气为经过压缩以及进行干燥处理的压缩气体。具体的，本实施例没有类似低压铸造模具中的低压的保温炉及炉内的相关配件，结构简单；本实施例的铸造压力为高达3～6KGF/㎝2，相当于低压铸造0.9～1.2KGF/㎝2的3～4倍。
所述边模2上设有一用于向铸造型腔内输送铸造轮毂用的金属液的浇道，所述浇道外端为浇口；而浇口以及浇道的具体尺寸根据实际需要铸造成型的轮毂的规格进行设计；铸造不同批次的轮毂，需要更换不同的模具，条件允许的情况下，可以只更换上模芯10。
加热系统，所述加热系统包括模具加热系统和储液斗加热系统，所述模具加热系统分别安装在上模1、边模2和底模3上，所述储液斗加热系统设置在所述储液斗4的外侧壁上用于对储液斗4；上模1还设有加热环11。
具体的，本实施例在轮毂铸造过程，需要保持边模2、上模1、底模3维持在一定的温度范围内，以便于提高轮毂铸件的品质，模具加热系统通常加热维持模具处理适合进行铸造的温度下，本实施例对边模2、上模1和底模3进行加热为650～710℃。具体的，本实施例中采用功率为1.5～2.5KW的加热套5对储液斗4进行加热。
模具冷却系统包括对模具进行冷却的模具冷却系统和对浇道进行冷却的浇道冷却系统。模具冷却系统包括上模冷却系统、边模冷却系统、底模冷却系统；所述上模冷却系统设置在上模1上，所述边模冷却系统设置在边模2上，所述底模冷却系统设置在底模3上；所述浇道冷却系统设置在所述浇道周侧用于快速对浇道内的金属液冷却使其快速凝固。本实施例的冷却系统共同作用对轮毂铸件进行顺序冷却使其顺序凝固。具体的，本实施例上模芯上设有上模芯冷却环14。
脱膜系统，所述脱膜系统用于对成型的轮毂铸件进行脱模；本实施例的脱膜系统通过采用脱模架8进行脱模，上模架12上连接有多根导柱60与铸造机上机台板6连接。
具体的，本实施例的金属液为铝液，用于铸造形成铝合金轮毂；另外，本实施例的轮毂铸造模具用于铸造钢轮毂时，金属液为钢液；而本实施例的轮毂铸造模具用于铸造镁合金轮毂时，金属液为镁液；金属液的具体成分具体根据需要铸造的轮毂特性进行配制。
具体的，本实施例的冷却系统的设置为：边模2上设置有边模冷却管；上模1上设有浇道冷却风盒13，浇道冷却风盒13对浇道内入水口处的金属液进行冷却；底模3上设有底模冷却管30，轮盘位置设有分水锥。
具体的，本实施例的轮毂铸造模具的上模芯10上设置有储液斗4，储液斗4与铸造型腔之间形成金属液储存室，向铸造型腔内的轮毂铸件进行补缩的向铸造型腔内注入金属液，金属液储存室中填充有金属液，浇注完成后，通过所述气体加压系统7向所述金属液储存室内的金属液施压，所述浇道周侧的浇道冷却系统对浇道内的金属液冷却使其快速凝固从而防止金属液受压而从浇口倒流，也减少储液斗4或铸造型腔内的金属液在压力作用下向浇道一侧进行补缩而影响轮毂铸造的品质；所述金属液储存室内的金属液在气体加压系统7施压下向铸造型腔内的轮毂铸件进行充分补缩；金属液储存室内的金属液补缩效果好，金属液利用率高。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述上模芯10可拆卸连接在所述上模1的中央位置。本实施例将上模芯10与上模1为一个整体时，只能用于加工同一规格的轮毂，而上模芯10与上模1可拆卸连接，便于更换上模芯10，使模具可用于铸造多种规格的轮毂。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述储液斗4呈上下两端开口的圆锥台结构且其大开口端朝下安装在所述上模芯10的中央位置。具体的，本实施例将储液斗4设置成圆锥形漏斗状结构；有利于储存在储液斗4内的金属液在气体加压系统7施压下向铸造型腔内的轮毂铸件进行补缩；而且将储液斗4设置成圆锥形漏斗状结构，防止由于设置储液斗4而影响模具的合模和脱模。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述储液斗加热系统包括加热套5，所述加热套5套设在所述储液斗4的周侧壁上。本实施例中的储液斗加热系统为加热套5，有利于利用加热套5对金属液储存室的金属液进行均匀加热，防止储存在金属液储存室内的金属液在进行补缩之前由于温度降低成凝固，影响补缩效果。具体的，储液斗加热系统也可以为加热环或其它储液斗加热系统；向本实施例中的加热套5输入电能，实现对储液斗4进行加热，且温度控制方便。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述浇道冷却系统包括开设在边模上的多条浇道冷却通道20，多条浇道冷却通道20通过在所述浇道的周侧钻孔形成，所述浇道冷却通道两端分别与冷却管接头21连接；通过多条浇道冷却通道20；本实施例通多条浇道冷却通道20过加快位于浇道内的金属液的冷却速度，有利于浇道内的金属液凝固，防止边浇道内的金属液从浇口倒流而影响轮毂铸造的品质，避免造成金属液浪费；同时，防止金属液在压力作用下向浇道处进行补缩，使金属液储存室的金属液对轮毂部分进行有效补充，提高金属液利用率，加快位于浇道内的金属液的冷却速度，有利于浇道内的金属液凝固，防止边浇道内的金属液从浇口倒流而影响轮毂铸造的品质；同时，减少储液斗4或铸造型腔内的金属液在压力作用下向浇道一侧进行补缩而影响轮毂铸造的品质。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述气体加压系统7包括：
储气罐，所述储气罐用于储存压缩气体；
进气增压支管，所述进气增压支管一端连接在所述储液斗4上端并与所述金属液储存室相连通，所述进气增压支管另一端与所述储气罐的出气口相连接；
控制单元，所述控制单元连接在所述进气增压支路上；所述控制单元包括压力控制阀73和电磁阀一74，压力控制阀73和电磁阀一74依次连接在进气增压管上；所述电磁阀一74与时间继电器76相连接，所述时间继电器76与控制模块77相连接。
具体的，如图2所示，进气增压控制单元还包括单向阀一75，单向阀一75连接在储液斗4与电磁阀一74之间的进气增压管上；确保气体单向流动，有利于保压或增压。
具体的，气体加压系统7还包括排气泄压支路，排气泄压支路包括出气管72和排气泄压控制单元，出气管72连接在进气增压管上靠近储液斗3的一端上；排气泄压控制单元连接在出气管72上；具体的排气泄压控制单元包括电磁阀二79，电磁阀二79连接在出气管72上，电磁阀二79与时间继电器76相连接，时间继电器76与控制模块77相连接；有利于定时排压后开模取出铸件，防止外界空气进入储液斗4中。具体的，排气泄压控制单元还包括单向阀二78，单向阀二78连接在出气管72的设有排气口的一端上；有利于防止外界空气进入储液斗4中。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述气体加压系统7还包括缓冲罐70，所述缓冲罐70连接在进气管71的出气口端与所述储液斗4之间。缓冲罐70能储存部分气体，有利用快速排气泄压。
本实施例通过设有控制单元，可通过控制单元控制压力控制阀73的开启或关闭和调节压力的大小，便于实现不同冷却时间段的加压需求。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述底模3中心设有用于轮盘中心成型的分流锥31。为了便于对铸造成型的轮毂铸件进行加工，方便加工时对轮毂铸件进行固定以及确定轮毂的中心，本实施例通过在底模3中心设有用于轮盘中心成型的分流锥31，有利于成型轮盘中心，减少加工量，且便于通过成型轮盘中心对成型的轮毂进行固定加工。
所述边模驱动装置为分别设置在铸造机四周的油缸；所述边模2包括第一边模、第二边模、第三边模和第四边模；所述第一边模、第二边模、第三边模和第四边模分别通过边模2拉杆与设置在铸造机四周的油缸相连接。本实施例通过油缸对上模1、第一边模、第二边模、第三边模和第四边模进行驱动，有利于合模和开模平稳可靠。
另外，如图3所示，本实施例提供的轮毂铸造方法包括以下步骤：
S1，烤模，即打开模具加热系统，对边模、上模和底模进行加热，所述上模上连接有用于储存金属融液的储液斗，储液斗连接有储液斗加热系统；对边模、上模和底模进行加热的同时打开储液斗加热系统对储液斗进行加热；
S2，对安装在铸造机上的用于轮毂铸造的模具的边模、上模和底模表面喷涂脱模剂；
S3，合模，将边模、上模和底模合模后形成待铸造轮毂的铸造型腔，而储液斗与铸造型腔之间形成用于储存金属融液来对轮毂铸件进行补缩的金属融液储存室；
S4，从浇口向模具内浇入铸造轮毂用的一定量的金属融液，金属融液填充在铸造型腔和金属融液储存室内；
S5，浇注完成后，打开浇道冷却系统，对位于浇道内的金属液进行冷却，使浇道内的金属液快速冷却；
同时打开气体加压系统，对储存在金属融液储存室内的金属融液进行加压，使所述金属融液储存室内的金属融液在所述气体加压系统施加高压下先对轮毂上耳进行充分补缩，然后再依次对轮毂的轮辋、轮辐、轮盘和轮盘中心依次冷却凝固；
S6，轮毂完全凝固完成后，关闭气体加压系统，并排出金属融液储存室内的气体；
S7，开模，对浇铸成型的轮毂进行脱膜后，取出浇铸成型的轮毂，
S8，循环上述步骤S2至步骤S7，铸造下一个轮毂。
按上述方案进行轮毂铸造，轮毂补缩充分，铸造成型的轮毂上耳的品质好，提高了轮毂的整体性能。
具体的，本实施例以金属液为铝液为例，铝液的温度为700～720℃，铝液的密度为2.6～2.7g/㎝3。本实施例通过多段台阶式加压，具体进行六段加压，其中，第一段，在1～3S的时间段，加压压力为0.5～0.8KGF/cm2；第二段，在3～10S的时间段，加压压力为0.8～2KGF/cm2；第三段，在10～15S的时间段，加压压力为2～4KGF/cm2；第四段，在15～40S的时间段，加压压力为4～3KGF/cm2；第五段，在40～130S的时间段，加压压力为3～2KGF/cm2；第六段，在130～180S的时间段，加压压力为2～1.2KGF/cm2。具体实施时，在第一段到第三段中，每段压力呈递增的趋势；而在第四段到第六段加压，压力呈递减的趋势。
另外，在本发明的一个实施例中，步骤S5中，对储存在金属液储存室内的金属液进行六段加压，其中，第一段，加压压力为0.5～0.8KGF/cm2之间的任意值，加压时长为2～5S；第二段，加压压力为0.8～2KGF/cm2之间的任意值，加压时长为6～9S；第三段，加压压力为2～4KGF/cm2之间的任意值，加压时长为4～7S；第四段，加压压力为4～3KGF/cm2之间的任意值，加压时长为20～30S；第五段，加压压力为3～2KGF/cm2之间的任意值，加压时长为85～95S；第六段，加压压力为2～1.2KGF/cm2之间的任意值，加压长为45～55S。具体的，本实施例在每一个加压时长内，其压力值可以是一个不变的压力值或是变动很小的压力值，也可以是在一定范围内变化的压力。
具体而言，本发明提供的轮毂铸造模具的上模1设置有储液斗4，储液斗4与铸造型腔之间形成金属液储存室，浇注完成后，金属液储存室中填充有金属液，气体加压系统7向所述金属液储存室内的金属液施压，在压力的作用下，铸造成型的轮毂品质高。
另外，除本实施例公开的技术方案以外，对于本发明的压力控制阀、电磁阀、单向阀、时间继电器等可参考本技术领域的常规技术方案，而这些常规技术方案也并非本发明的重点，本发明在此不进行详细陈述。
在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上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。