一种铝合金汽车轮毂及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金汽车轮毂技术领域，特别涉及一种铝合金汽车轮毂及其制备方法。

背景技术：

对于汽车轮毂轻型化而言，技术创新主要表现在两个方面：一是新型高强度低密度轻质材料在轮毂中的应用，通俗来讲就是新材料替代传统铝合金；二是采用新的成型工艺，实现轮毂结构的简化和轻型化，节约生产材料，提高工作性能。

对于爱车一族来说，追求口径大、宽轮辋的汽车轮毂，同一转速下，口径大的汽车轮毂提速快，轮辋宽，与地面接触的面积大，轮毂的承载压力大，高速旋转过程中，汽车行驶平稳，颠簸感小；刹车过程中，与地面接触的面积大，摩擦力大，点刹、急停效果好；但是轮辋过宽，会造成轮辋的轴向抗拉伸性能减弱，高速旋转过程中，轮辋易开裂，出现安全事故，轮辋的制造过程中，轮辋加宽的同时伴随着厚度增加，而且厚度增加比例大，这样就使得轮毂笨重，汽车的耗油量明显增加。

经过检索，申请号为201210505890.2的一种新型铝合金及制备方法，铝合金其组成按重量百分比为，10.2-10.5％的硅、2.3-2.4％的铜、0.8-1.0％的镁、3.1-3.3％的镍、0.12-0.15％的钛、0.15-0.18％的钨、0.03-0.05％的硼、0.1-0.2％的钒、0.01-0.015％的锆，余量为铝；该技术方案是通过高温铸造技术来提高铝合金的强度，但是在该技术方案中，铝合金在高温熔炼过程中组织内部会产生硅-铝的棒状或柱状晶粒，并且晶粒粒径较大，由此导致铝合金表面的摩擦系数加大，表面粗糙，轮毂车亮面时已出现毛边。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中不足，提供一种铝合金汽车轮毂及其制备方法，实现轮毂结构的简化和轻型化，美观大方，轮辋宽的同时轮毂的硬度、抗拉强度和延伸率大大提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种铝合金汽车轮毂，包括轮辐、轮辋、胎圈座、轮唇、卡口、螺栓孔、气门孔，所述轮辋为Z型轮辋，Z型轮辋包括Z型起始段、反向过渡段、Z型延伸段，Z型起始段连接反向过渡段，反向过渡段连接Z型延伸段，轮辋的反向过度段增大了轮毂的抗拉伸性能，防止轮辋过宽造成轮毂开裂，Z型起始段、Z型延伸段两端分别设有胎圈座，胎圈座一侧设有轮唇，所述轮辋侧壁中反向过渡段上设有气门孔。

所述轮辋上部设有若干轮辐，轮辐相对于轮辋中心等角度分布，所述轮辐一侧设有加强筋，增加轮辐的承载强度，所述轮辐表面设有亮面；轮辋上部中心设有安装盘，安装盘与轮辐的末端相连，所述安装盘中心设有卡口，卡口四周设有若干螺栓孔。

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：6.5-7.5％，Mg：0.28-0.4％，Sr：0.008-0.02％，Ti：0.08-0.2％，Cu：0.006-0.01％，Zn：0.006-0.01％，Ni：0.006-0.01％，Mn：0.08-0.1％，Fe：0.1-0.15％，Cr：0.006-0.01％，Pb：0.006-0.01％，Sn：0.006-0.01％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

结束熔炼工序后，将铝液温度保持在690-710℃，进行低压铸造工序。

优选的，炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最佳的铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：6.5％，Mg：0.28％，Sr：0.01％，Ti：0.2％，Cu：0.008％，Zn：0.006％，Ni：0.007％，Mn：0.09％，Fe：0.12％，Cr：0.008％，Pb：0.007％，Sn：0.009％，其余为Al。

2)低压铸造工序，将铝液转运至中转包中，铝液温度维持在720-750℃，并经99.99％的高纯度氮精炼除气10分钟，之后通过取样器，对铝液进行取样光谱分析，转入低压铸造机保温炉695～705℃保温1小时；加压至0.04～0.06Mpa铝液进入升液管进行升液，升液时间为5～10s；加压至0.08～0.12Mpa至铝液充满模具型腔，然后将压力调整至0.06～0.07Mpa进行保压，保压时间为250～300s。

优选的，在步骤2)中，转入低压铸造机保温炉700℃保温1小时。保温使得铝合金铝液更加均匀，保障了铸件性能均衡。

优选的，在步骤2)中，加压至0.04Mpa铝液进入升液管进行升液；加压至0.1Mpa至铝液充满模具型腔；压力调整至0.07Mpa进行保压。

为了使得铝合金的共晶化程度更好，以提高铝合金轮毂的力学性质，优选情况下，低压铸造工艺还包括步骤2)：待铝液充满模具型腔，模具的下模以1.5～2℃/s的速度进行冷却至400℃，然后再以0.4～0.7℃/s的速度冷却至280℃，再空冷至室温；模具的边模以0.8～1.2℃/s的速度冷却至410℃，然后以0.5～0.7℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温；模具的上模以0.6～0.8℃/s的速度冷却至400℃，然后以0.3～0.5℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。在步骤4)中所提到的温度点都是指模具的表面温度，该温度能够间接反映铸件的问题。采用上述冷却方法不同部位进行不同冷却使得整个铸件整体达到均一的效果。上述冷却方法与上述保压过程相互配合，使得铸件硬度、抗拉强度和延伸率有效提高的同时，组织致密，并且不会出现充型不完整、缩孔、热裂与缩烈等缺陷。

优选的，在步骤2)中，铝液充满模具型腔之前，对模具进行初次预热，模具温度200-220℃，预热时间0.8-1.0h，对模具进行喷涂，喷枪嘴距离喷涂表面200-300mm平稳喷涂，喷涂完毕，对模具进行再次预热，模具温度380-450℃。

3)热处理工序，将铸造后的轮毂毛坯进行自检外观，打热处理钢号，进入热处理炉固熔炉进行固溶，固熔温度：530-540℃，固熔时间：5h，固溶完毕进行淬火，将毛坯转入淬火水池内进行淬水处理，水槽水温控制在70-90℃；淬火转移时间应在20s以内；水中冷却时间为3-5min，淬火完进行时效处理，时效处理温度120-130℃，时效处理2-3h，时效完进行抛丸处理，热处理工序完成进入机加工工序。

4)机加工工序，首先对轮毂毛坯进行装夹；

机加工第一序(数控车床)：加工内轮辋、轮辐背面、部分外轮辋、安装面以及中心孔，加工完毕，自检尺寸；

机加工第二序(数控车床)：加工轮毂正面部分或全部、装饰盖孔以及外轮辋部分，加工完毕，自检尺寸；

机加工第三序(加工中心)：钻PCD孔、装饰盖螺钉孔、气门孔、装饰钉孔，加工完毕，自检尺寸；

对完成加工的轮毂进行动平衡测试以及气密性测试。

5)涂装工序，

对轮毂进行水洗，水洗后进行吹水，吹水后进行喷粉，喷粉后进行喷漆，喷漆后进行烘烤，烘烤结束后，对轮毂进行车亮面，亮面边缘进行倒角。

本发明与现有技术相比较有益效果表现在：

1)通过本发明的制备方法得到的铝合金轮毂实现轮毂结构的简化和轻型化，轮辋宽的同时轮毂的硬度、抗拉强度和延伸率大大提高；

2)通过本发明的工艺得到的铝合金轮毂硬度、抗拉强度和延伸率有效提高的，铝合金轮毂不会出现充型不完整、缩孔、热裂与缩裂等缺陷，有效提高了成品优秀率；

3)轮辋为Z型轮辋，Z型轮辋包括Z型起始段、反向过渡段、Z型延伸段，Z型起始段连接反向过渡段，反向过渡段连接Z型延伸段，轮辋的反向过度段增大了轮毂的抗拉伸性能，防止轮辋过宽造成轮毂开裂。

附图说明

附图1是本发明一种铝合金汽车轮毂立体结构示意图；

附图2是本发明一种铝合金汽车轮毂俯视图；

附图3是本发明一种铝合金汽车轮毂A-A剖视图；

附图4是本发明一种铝合金汽车轮毂B-B剖视图；

附图5是本发明一种铝合金汽车轮毂中轮辋剖切面放大结构示意图；

图中：11-轮辐，12-轮辋，13-胎圈座，14-轮唇，15-卡口，16-螺栓孔，17-气门孔，18-加强筋，19-安装盘，101-亮面，102-Z型起始段，103-反向过渡段，104-Z型延伸段。

具体实施方式

为方便本技术领域人员的理解，下面结合附图1-5，对本发明的技术方案进一步具体说明。

实施例1：

一种铝合金汽车轮毂，包括轮辐11、轮辋12、胎圈座13、轮唇14、卡口15、螺栓孔16、气门孔17，所述轮辋12为Z型轮辋，Z型轮辋包括Z型起始段102、反向过渡段103、Z型延伸段104，Z型起始段102连接反向过渡段103，反向过渡段103连接Z型延伸段104，轮辋的反向过度段103增大了轮毂的抗拉伸性能，防止轮辋12过宽造成轮毂开裂，Z型起始段102、Z型延伸段104两端分别设有胎圈座13，胎圈座13一侧设有轮唇14，所述轮辋12侧壁中反向过渡段103上设有气门孔17。

所述轮辋12上部设有若干轮辐11，轮辐11相对于轮辋12中心等角度分布，所述轮辐11一侧设有加强筋18，增加轮辐11的承载强度，所述轮辐11表面设有亮面101；轮辋12上部中心设有安装盘19，安装盘19与轮辐11的末端相连，所述安装盘19中心设有卡口15，卡口15四周设有若干螺栓孔16。

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：6.5％，Mg：0.3％，Sr：0.01％，Ti：0.12％，Cu：0.008％，Zn：0.006％，Ni：0.007％，Mn：0.08％，Fe：0.1％，Cr：0.007％，Pb：0.006％，Sn：0.007％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

结束熔炼工序后，将铝液温度保持在690℃，进行低压铸造工序。

2)低压铸造工序，将铝液转运至中转包中，铝液温度维持在720℃，并经 99.99％的高纯度氮精炼除气10分钟，之后通过取样器，对铝液进行取样光谱分析，转入低压铸造机保温炉700℃保温1小时；加压至0.04Mpa铝液进入升液管进行升液，升液时间为8s；加压至0.08Mpa至铝液充满模具型腔，然后将压力调整至0.06Mpa进行保压，保压时间为250s。

待铝液充满模具型腔，模具的下模以1.5℃/s的速度进行冷却至400℃，然后再以0.4℃/s的速度冷却至280℃，再空冷至室温；模具的边模以0.8℃/s的速度冷却至410℃，然后以0.5℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温；模具的上模以0.6℃/s的速度冷却至400℃，然后以0.4℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。

在步骤2)中，铝液充满模具型腔之前，对模具进行初次预热，模具温度200℃，预热时间0.8h，对模具进行喷涂，喷枪嘴距离喷涂表面200mm平稳喷涂，喷涂完毕，对模具进行再次预热，模具温度380℃。

3)热处理工序，将铸造后的轮毂毛坯进行自检外观，打热处理钢号，进入热处理炉固熔炉进行固溶，固熔温度：530℃，固熔时间：5h，固溶完毕进行淬火，将毛坯转入淬火水池内进行淬水处理，水槽水温控制在70℃；淬火转移时间应在20s以内；水中冷却时间为3min，淬火完进行时效处理，时效处理温度120℃，时效处理2h，时效完进行抛丸处理，热处理工序完成进入机加工工序。

4)机加工工序，首先对轮毂毛坯进行装夹；

机加工第一序(数控车床)：加工内轮辋、轮辐背面、部分外轮辋、安装面以及中心孔，加工完毕，自检尺寸；

机加工第二序(数控车床)：加工轮毂正面部分或全部、装饰盖孔以及外轮辋部分，加工完毕，自检尺寸；

机加工第三序(加工中心)：钻PCD孔、装饰盖螺钉孔、气门孔、装饰钉孔，加工完毕，自检尺寸：

对完成加工的轮毂进行动平衡测试以及气密性测试。

5)涂装工序，

对轮毂进行水洗，水洗后进行吹水，吹水后进行喷粉，喷粉后进行喷漆，喷漆后进行烘烤，烘烤结束后，对轮毂进行车亮面，亮面边缘进行倒角。

实施例2

与实施例1所不同的是：

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：7.0％，Mg：0.35％，Sr：0.008％，Ti：0.12％，Cu：0.007％，Zn：0.006％，Ni：0.008％，Mn：0.09％，Fe：0.1％，Cr：0.007％，Pb：0.006％，Sn：0.008％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

结束熔炼工序后，将铝液温度保持在705℃，进行低压铸造工序。

实施例3

与实施例1相比所不同的是：

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

2)低压铸造工序，将铝液转运至中转包中，铝液温度维持在720℃，并经 99.99％的高纯度氮精炼除气10分钟，之后通过取样器，对铝液进行取样光谱分析，转入低压铸造机保温炉705℃保温1小时；加压至0.05Mpa铝液进入升液管进行升液，升液时间为10s；加压至0.08Mpa至铝液充满模具型腔，然后将压力调整至0.07Mpa进行保压，保压时间为300s。

实施例4

与实施例1相比所不同的是：

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：6.5％，Mg：0.35％，Sr：0.015％，Ti：0.08％，Cu：0.006％，Zn：0.008％，Ni：0.007％，Mn：0.08％，Fe：0.12％，Cr：0.007％，Pb：0.006％，Sn：0.008％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

结束熔炼工序后，将铝液温度保持在700℃，进行低压铸造工序。

3)热处理工序，将铸造后的轮毂毛坯进行自检外观，打热处理钢号，进入热处理炉固熔炉进行固溶，固熔温度：540℃，固熔时间：5h，固溶完毕进行淬火，将毛坯转入淬火水池内进行淬水处理，水槽水温控制在80℃；淬火转移时间应在20s以内；水中冷却时间为5min，淬火完进行时效处理，时效处理温度125℃，时效处理2.5h，时效完进行抛丸处理，热处理工序完成进入机加工工序。

实施例5

与实施例1相比所不同的是：

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

2)低压铸造工序，将铝液转运至中转包中，铝液温度维持在750℃，并经99.99％的高纯度氮精炼除气10分钟，之后通过取样器，对铝液进行取样光谱分析，转入低压铸造机保温炉700℃保温1小时；加压至0.05Mpa铝液进入升液管进行升液；加压至0.1Mpa至铝液充满模具型腔；压力调整至0.07Mpa进行保压。

待铝液充满模具型腔，模具的下模以1.8℃/s的速度进行冷却至400℃，然后再以0.7℃/s的速度冷却至280℃，再空冷至室温；模具的边模以1.2℃/s的速度冷却至410℃，然后以0.5℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温；模具的上模以0.6℃/s的速度冷却至400℃，然后以0.4℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。

3)热处理工序，将铸造后的轮毂毛坯进行自检外观，打热处理钢号，进入热处理炉固熔炉进行固溶，固熔温度：530℃，固熔时间：5h，固溶完毕进行淬火，将毛坯转入淬火水池内进行淬水处理，水槽水温控制在90℃；淬火转移时间应在20s以内；水中冷却时间为5min，淬火完进行时效处理，时效处理温度120℃，时效处理2h，时效完进行抛丸处理，热处理工序完成进入机加工工序。

实施例6

与实施例1相比所不同的是：

在步骤2)中，铝液充满模具型腔之前，对模具进行初次预热，模具温度210℃，预热时间1.0h，对模具进行喷涂，喷枪嘴距离喷涂表面300mm平稳喷涂，喷涂完毕，对模具进行再次预热，模具温度400℃。

3)热处理工序，将铸造后的轮毂毛坯进行自检外观，打热处理钢号，进入热处理炉固熔炉进行固溶，固熔温度：535℃，固熔时间：5h，固溶完毕进行淬火，将毛坯转入淬火水池内进行淬水处理，水槽水温控制在90℃；淬火转移时间应在20s以内；水中冷却时间为3min，淬火完进行时效处理，时效处理温度125℃，时效处理3h，时效完进行抛丸处理，热处理工序完成进入机加工工序。

对比例1

与实施例1相比所不同的是：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：6.0％，Mg：0.3％，Sr：0.01％，Ti：0.2％，Mn：0.1％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

对比例2

与实施例1相比所不同的是：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：7.5％，Mg：0.4％，Ti：0.08％，Mn：0.08％，Fe：0.1％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

对比例3

与实施例1相比所不同的是：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：7.5％，Mg：0.4％，Ti：0.08％，Mn：0.08％，Fe：0.1％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

待铝液充满模具型腔，模具的下模以5℃/s的速度进行冷却至400℃，然后再以2℃/s的速度冷却至280℃，再空冷至室温；模具的边模以3℃/s的速度冷却至410℃，然后以1℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温；模具的上模以4℃/s的速度冷却至400℃，然后以2℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。

对比例4

一种铝合金汽车轮毂的制备方法，包括以下步骤：

1)熔炼工序，将铝锭熔炼，并加入合金材料，最终铝合金溶液的主要成分重量百分比为：Si：6.5％，Mg：0.35％，Ti：0.08％，Fe：0.12％，其它杂质总量≤0.005，其余为Al。

测试例

通过实施例1、2、3、4、5、6以及对比例1、2、3、4中的制备方法，分别进行实验100次，从100个轮毂中随机选取10个轮毂进行外观质检、X光检测、力学测试(轮辐、轮辋)并记录数据。

通过本发明的工艺得到的铝合金轮毂硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率有效提高的，铝合金轮毂不会出现充型不完整、缩孔、热裂与缩裂等缺陷，有效提高了成品优秀率。参照GB/T 228.1-2010，GB/T 231.1-2009。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。