一種汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備及鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車輪轂制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備及鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀70年代，發(fā)達國家開始大量推廣應(yīng)用鋁輪轂。我國在20世紀80年代末開始了鋁輪轂工廠的建設(shè)，90年代中期進入發(fā)展期，并且持續(xù)保持著強勁的增長勢頭。到2006年我國汽車及摩托車鋁輪轂?zāi)晟a(chǎn)能力已超過6500萬件。據(jù)行業(yè)內(nèi)統(tǒng)計，2006年生產(chǎn)汽車鋁輪轂3400萬件，其中出口 1800萬件；生產(chǎn)摩托車鋁輪轂2800萬件，其中出口 400萬件；是世界鋁輪轂生產(chǎn)大國。
[0003]隨著我國加入WT0，國民經(jīng)濟呈現(xiàn)良性發(fā)展態(tài)勢，國家對基礎(chǔ)建設(shè)投入的增加，擴大內(nèi)需以及私人購車環(huán)境的形成，使我國汽車需求呈現(xiàn)出快速的增長，由于我國汽車制造業(yè)的快速發(fā)展以及國際市場的不斷開發(fā)，國內(nèi)開始了新一輪投資鋁輪轂的高潮，新建擴建企業(yè)多、投資力度大、建設(shè)規(guī)模大、技術(shù)水平高、國產(chǎn)技術(shù)裝備逐步開發(fā)應(yīng)用成為這一時期投資的特點。到2013年底，國內(nèi)共有鋁合金輪轂生廠170余家，年生產(chǎn)能力已超過1.2億件，出口額達50多億美元，使我國成為世界鋁輪轂生產(chǎn)大國和出口大國。
[0004]汽車鋁合金輪轂的型式有整體式(單件式)和組合式(多件式)，鋁合金輪轂的成形工藝有重力鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造、鍛造工藝、旋壓工藝等；國內(nèi)汽車鋁輪轂成形工藝，總產(chǎn)量的80%以上是采用重力鑄造和低壓鑄造工藝生產(chǎn)，其中重力鑄造占40%左右。因此，重力鑄造仍是汽車鋁合金輪轂生產(chǎn)的主要工藝手段。
[0005]金屬型重力鑄造是金屬液體在自身重力的作用下澆入金屬鑄型中，并在重力作用下凝固成型。金屬型鑄造設(shè)備工藝相對簡單，模具費用較低，鑄件成品率高，應(yīng)用范圍廣泛。
[0006]金屬型重力鑄造的特點及應(yīng)用:
1、金屬型重力鑄造的特點:1)鑄件冷卻速度快，金相組織致密，抗拉強度和屈服強度增強；2)鑄件尺寸準確，加工余量小，壁厚均勻，表面品質(zhì)好；3)鑄件成品率高，可減少冒口尺寸，成本降低；4)污染小，操作環(huán)境改善；5)機械化、自動化程度高，在提高生產(chǎn)率同時降低了工人的勞動強度；6)節(jié)約能源。
[0007]金屬型重力鑄造較之壓力鑄造〔低壓鑄造、壓鑄)工藝靈活，可生產(chǎn)較復(fù)雜鑄件。在同等生產(chǎn)規(guī)模下，金屬型重力鑄造裝備與工藝一次性投資較低。
[0008]2、金屬型重力鑄造的應(yīng)用:汽車工業(yè)的發(fā)展加快了金屬型重力鑄造工藝、鑄造設(shè)備的研究與應(yīng)用。節(jié)能環(huán)保引起汽車制造業(yè)和使用者的廣泛關(guān)注，輕量化汽車使得鋁合金、鋁鎂合金在汽車零部件中所占的比例越來越大。采用金屬型重力鑄造生產(chǎn)汽車發(fā)動機氣缸體、缸蓋、進氣歧管，發(fā)動機活塞的比例也越來越大。目前重力鑄造在汽車鋁合金輪轂方面的應(yīng)用也越來越普及。
[0009]3、金屬型重力鑄造工藝的不足:1)金屬型導熱系數(shù)大，充型能力差；2)金屬型本身無透氣性，必須采取相應(yīng)措施才能有效排氣；3)金屬型無退讓性，易在凝固時產(chǎn)生裂紋和變形；4)金屬型重力鑄造由于沒有外加壓力，為了獲得致密的鑄件，需要利用冒口來補縮。因此，與低壓鑄造相比，金屬型重力鑄造的澆冒口較重，鋁液利用率低。
[0010]4、金屬型重力鑄造的鑄件常見缺陷:主要有針孔、氣孔、氧化夾渣、熱裂、疏松等。
[0011]5、缺陷產(chǎn)生的主要原因:金屬型重力鑄造由于沒有外加壓力，在冷卻凝固過程中，鋁合金液內(nèi)部會產(chǎn)生氣體，這些氣體因受鋁合金液高粘度的束縛很難逸出鋁合金液外，有大量氣體滯留在鑄件內(nèi)部，形成氣孔，同時鋁合金液在無壓狀態(tài)下進行結(jié)晶凝固，補縮困難，熱節(jié)點容易產(chǎn)生晶粒粗大，晶相組織不均勻，易產(chǎn)生疏松或縮松，并極易產(chǎn)生裂紋，故容易產(chǎn)生針孔、氣孔、氧化夾渣、熱裂、疏松等缺陷，嚴重影響了產(chǎn)品的氣密性和機械性能，降低了產(chǎn)品的正品率。
[0012]6、解決途經(jīng):為了解決金屬型重力鑄造所存在的缺陷，一般采用低壓鑄造或壓力鑄造，其特點就是在充型和凝固時對鑄件施加外部壓力，減少鋁合金液內(nèi)部的氣體，在較高壓力下進行充型或補縮，提高鋁合金組織的致密度，從而減少鑄件的缺陷，提高鑄件的氣密性。但低壓鑄造設(shè)備和壓力鑄造設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，一次性投入較高，生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中重力鑄造正品率低、低壓鑄造/壓力鑄造生產(chǎn)成本高的缺陷，本發(fā)明提供了一種汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備。
[0014]本發(fā)明提供的汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備，包括:
主體:由上座板(1.5)和下座板(1.13)經(jīng)立柱(1.6)固定連接而成；
鑄造模具:包括上模(3.3)、底模(3.10)、邊模(3.1)和邊澆注系統(tǒng)(3.6)，上模(3.3)與一上模固定座(2.7)固定連接，底模(3.10)固定設(shè)置在下座板(1.13)上，兩邊模(3.1)分別與一邊模合模機構(gòu)(1.8)固定連接,兩邊模(3.1)接合面一側(cè)設(shè)有邊燒注系統(tǒng)(3.6),邊澆注系統(tǒng)(3.6)內(nèi)設(shè)有進料口強冷系統(tǒng)(3.7)，鑄造模具內(nèi)還設(shè)有模具冷卻系統(tǒng)；
活動滑臺:由一上連接板(1.D和一活動座板(1.11)通過導向桿(1.2)連接固定形成，導向桿(1.2)穿過上座板(1.5)并由固定設(shè)置在上座板(1.5)的導向套(1.3)進行導向和穩(wěn)定；
合模油缸(1.4):設(shè)于上座板(1.5)和上連接板(1.1)之間；
增壓機構(gòu)(1.10):包括增壓油缸(2.1)、活塞桿(2.2)、增壓圈(3.2)、導向連接桿(2.3)和活動花盤(2.5);增壓油缸(2.1)固定設(shè)置于活動座板(1.11)上，通過活塞桿(2.2)與活動花盤(2.5)連接，導向連接桿(2.3) 一端固定連接于活動座板(1.11)，另一端穿過活動花盤固定連接于上模固定座(2.7)，以對活塞桿進行導向和穩(wěn)定；增壓圈(3.2)固定設(shè)于上模固定座(2.7)下方，通過增壓圈連接桿(2.4)與活動花盤(2.5)固定連接；上模(3.3)、增壓圈(3.2)、底模(3.10)和邊模(3.1)配合形成輪轂型腔；
淬火裝置；以及控制柜(1.7)。
[0015]該汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備設(shè)置了一個增壓機構(gòu)，由增壓機構(gòu)的增壓圈(3.2)、上模(3.3)、底模(3.10)和邊模(3.1)配合形成輪轂型腔，增壓圈(3.2)與增壓機構(gòu)的活動花盤(2.5)連接，用于增壓機構(gòu)工作時對模具型腔內(nèi)的鋁液進行加壓。加壓位置設(shè)置在原重力模具邊冒(俗稱胎盤)位置處，大大減小了原重力模的邊冒補縮區(qū)，同時取消了原重力模中心冒口，可減少補縮冒口重量4?5kg左右。另外，該增壓機構(gòu)還可以代替原脫模機構(gòu)對鑄件進行脫模，省去了原重力設(shè)備的脫模機構(gòu)。
[0016]該設(shè)備的邊澆注系統(tǒng)(3.6)增加了一個進料口強冷系統(tǒng)(3.7)，該進料口強冷系統(tǒng)(3.7)用于在充型結(jié)束后，對進料口進行快速強冷，使進料口的鋁液在輪轂型腔內(nèi)的鋁液凝固之前凝固，保證在設(shè)備增壓機構(gòu)工作時，輪轂型腔內(nèi)的鋁液不致從進料口處回流，保證了鑄造過程的生產(chǎn)安全和增壓保壓過程的有效實現(xiàn)。
[0017]該設(shè)備中，上座板(1.5)上的各導向套(1.3)的上端集中固定于同一平板上，用于穩(wěn)固導向套。
[0018]作為優(yōu)選方案，上述汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備中，上模(3.3)包括上模主體(3.31)、上模芯(3.32)和上模蓋板(3.33)，其中上模主體(3.31)和上模芯(3.32)之間用螺釘連接，上模芯(3.32)和上模蓋板(3.33)之間用螺釘連接，上模蓋板(3.33)上設(shè)有排氣塞(3.4)。
[0019]本發(fā)明的汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備所涉及的鑄造模具是在原重力鑄造模具的基礎(chǔ)上取消了中心冒口，原冒口很大、很高，幾乎與產(chǎn)品在模具上的成型區(qū)上表面一樣高，取消中心冒口后，在原中心冒口處增加了一組排氣塞(3.4)，便于排氣。上模采用三部分結(jié)構(gòu)，上模芯成型區(qū)主要是輪轂的安裝面，同一款輪轂存在安裝面直徑、安裝面到輪輞中心面的距離(俗稱偏距ET)、安裝面是平面還是需要掏料減重、安裝面上的螺栓孔(俗稱PCD孔)孔型孔數(shù)及分布圓直徑均有所不同，必須根據(jù)不同的車型所規(guī)定的相關(guān)尺寸的要求，更換不同的上模芯；上模蓋板就是原模具的冒口，考慮到原有模具模芯的繼續(xù)使用，故將原中心冒口改為上模蓋板，也便于使用過程中對排氣塞清理與更換。
[0020]作為優(yōu)選方案，上述汽車輪轂增壓鑄造設(shè)備中，所述邊澆注系統(tǒng)(3.6)包括依序聯(lián)通的澆注口(3.61)、澆道(3.62)、澆道暗冒(3.63)和進料口(3.64)，進料口(3.64)與輪轂型腔聯(lián)通，進料口強冷系統(tǒng)(3.7)為一密封冷卻循環(huán)通道，設(shè)于進料口(3.64)外側(cè)；澆道暗冒(3.63