鋁車輪水冷低壓鑄造模具及工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁車輪低壓鑄造水冷模具，中心活塊8設置用于冷卻輪心的水冷通道9， 頂模 5 上部設置用于冷卻內輪緣的水冷通道7，下邊模2設置用于冷卻車輪熱節的水冷通道3。所述的鑄造工藝方法主要包括先慢后快的充型工藝和先水后風的水冷工藝。本發明提高了鋁合金車輪鑄件的材料性能質量，特別是采用了先慢后快的充型工藝和先水后風的冷卻工藝，鑄件材料性能質量穩定一致性大大改善；水冷卻強度高加速了鑄件凝固速度，從而提高了鑄造生產效率；冷卻水在相對密閉的水冷通道內流動，消除了風冷工藝因壓縮空氣產生的噪音污染，改善了鑄造工況條件。
【專利說明】
鋁車輪水冷低壓鑄造模具及工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金鑄造領域，具體講是一種低壓鑄造模具及工藝。
【背景技術】
[0002]目前，國內外鋁合金車輪低壓鑄造方法有風冷冷卻工藝和水冷冷卻工藝。由于技術傳承和工藝成熟程度等原因，國內大多采用低壓鑄造風冷冷卻工藝方法。傳統的鋁車輪毛坯的低壓鑄造風冷冷卻工藝方法是:模具背腔鉆冷卻風孔，壓縮空氣通過不銹鋼冷卻風管出吹至模具冷卻風孔內，通過兩者間的對流換熱方式對模具相應位置降溫，以此達到鋁車輪順序凝固的目的。但該法使用壓縮空氣風冷冷卻效率低，鑄件凝固速度慢，車輪材料性能質量普遍偏低，且壓縮空氣吹向模具風孔內造成較高的噪音和能耗浪費。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是，鑄造生產效率偏低，鑄件材料性能質量不高，鑄造工況噪音污染。
[0004]本發明的技術方案是，鋁車輪水冷低壓鑄造模具，包括底模、下邊模、上邊模、頂模、中心活塊、注式澆口套、過濾網、分流錐、排氣塞，所述的底模上設置注式澆口套和用于冷卻輪輻的水冷通道，中心活塊、分流錐設置在頂模上，中心活塊設置用于冷卻輪心的水冷通道。頂模上部外沿設置排氣塞和用于冷卻內輪緣的水冷通道，邊模分為上邊模和下邊模，下邊模設置用于冷卻車輪熱節的水冷通道。
[0005]作為改進，下邊模和上邊模是組合式四開合邊模，上邊模選用鑄鋼35CrMo材料，下邊模選用鍛鋼35CrMo材料，有利于加工弧形水道后的焊接密封，預防焊接應力開裂，影響模具使用壽命。
[0006]作為改進，用于冷卻車輪熱節處的水冷通道兩側設計進出水口，四個邊模的水冷通道進出水口均為左進右出或右進左出的交錯布置，最大程度減弱進出水口處模具溫度的差異幅度，使得鑄件凝固過程快速且均勻一致。
[0007]作為改進，頂模和中心活塊均選用鍛鋼H13材料，兩者螺栓連接，接觸面中間避空。
[0008]作為改進，用于冷卻輪心的水冷通道進出水口為單進單出。用于冷卻內輪緣的水冷通道進出水口為雙進雙出。用于冷卻車輪熱節處的水冷通道進出水口為單進單出。
[0009]作為改進，用于冷卻車輪熱節的水冷通道截面布置為矩形，圓角倒鈍1mm,截面面積不小于80mm2，可以為100mm2。有利于減少模具在長期使用過程中水溝堆積，避免影響工藝穩定性。
[0010]作為改進，用于冷卻內輪緣的水冷通道用于冷卻車輪內輪緣，特別是針對水冷通道布置的截園半徑大于200mm時，其進出水口為雙進雙出，交錯布置，中間設有間斷隔開，利于保障水冷通道對模具溫度均勻一致。
[0011]所述的冷卻水為去離子水，冷卻水溫度為15°C -35°C，水壓為0.3MPa-0.6MPa。
[0012]與現有技術相比，本發明具有以下優點:改變現有低壓鑄造模具冷卻強度弱的風冷冷卻方式，在遵循自上而下、由外而內的順序凝固前提下，在鑄件遠端(內輪緣)、熱節、厚大部位(輪心)位置設置水冷通道，從而加速鑄件凝固速度，提高鑄件材料力學性能，利于實現鑄造效率的提升。加之，冷卻水均在閉環的水冷通道內流動，鑄造工況沒有壓縮空氣吹出的噪音，勞動工況大為改善。
[0013]發明還提供了一種鋁車輪水冷模具低壓鑄造工藝，該工藝基于上述低壓鑄造模具，通過所述的水冷通道和相關冷卻工藝參數的調整，加快鑄件凝固速度，該工藝包括以下步驟。
[0014](I)通過設置在底模中心的澆口套往型腔內澆注鋁液，并通過中心分流錐分流鋁液向型腔內四周平穩擴展，充型過程中隨著鋁液在模具型腔內不斷上升，型腔內的氣體經位于頂模的排氣塞排出模具。
[0015](2)鋁液充型過程中，鋁液流經輪輞時的速度要小于流經輪輻時的速度，即充型速度先慢后快，滿足充型末端有足夠鋁液溫度的補縮動力。
[0016](3)充型完成，通過中心澆口處加壓。依次開啟頂模水冷、邊模水冷、中心活塊水冷和底模水冷，在順序凝固前提下加速鑄件凝固。
[0017](4)依次關閉水冷后，需再向水冷通道內短時通入壓縮空氣，便于清除通道內殘留的冷卻水，即先水后風的水冷工藝方法。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下優點:采用本發明方法，突破單一的鋁液慢速充型的傳統思維，需針對輪輞厚度薄和水冷模具溫度低的特點，適當提高輪輞充型速度，彌補鑄件凝固過程中補縮動力不足，形成先慢后快的充型工藝；再者，本發明創造了先水后風的水冷工藝方法，在完成水冷強制冷卻后，水冷通道內短時通入壓縮空氣，清除通道內殘留的冷卻水，利于下一鑄造循環周期開始前模具溫度穩定回溫，以期達到補縮動力充足，鑄件質量一致性穩定。最后，本發明所有的水冷通道均采用了閉環結構，即冷卻水在相對密閉的水冷通道內流動，與風冷模具的鑄造工藝相比，消除了壓縮空氣吹出產生的噪音污染，從而改善了鑄造工況條件。
[0019]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的鋁車輪低壓鑄造水冷模具的結構示意圖。
[0021]圖2為本發明的鋁車輪水冷低壓鑄造模具的下邊模水冷通道結構示意圖。
[0022]圖3為本發明的鋁車輪水冷低壓鑄造模具的中心活塊水冷通道結構示意圖。
[0023]圖4為本發明的鋁車輪水冷低壓鑄造模具的底模水冷通道結構示意圖。
[0024]圖5為本發明的鋁車輪水冷低壓鑄造模具的頂模水冷通道結構示意圖。
[0025]圖中:1_底模、2-下邊模、3-水冷通道、4-上邊模、5-頂模、6_排氣塞、7_水冷通道、8-中心活塊、9-水冷通道、10-分流錐、11-過濾網、12-注式澆口套、13-水冷通道。
[0026]
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0028]本發明的技術方案是，鋁車輪低壓鑄造水冷模具，包括底模1、下邊模2、上邊模4、頂模5、中心活塊8、注式澆口套12、過濾網11、分流錐10、排氣塞6，所述的底模I上設置注式澆口套12和用于冷卻輪輻的水冷通道13，中心活塊8、分流錐10設置在頂模5上，中心活塊8設置用于冷卻輪心的水冷通道9，所述的頂模5上部外沿設置排氣塞6和用于冷卻內輪緣的水冷通道7，所述的邊模分為上邊模4和下邊模2，所述的下邊模2設置用于冷卻車輪熱節的水冷通道3。
[0029]作為改進，下邊模2和上邊模4是組合式四開合邊模，上邊模4選用鑄鋼35CrMo材料，下邊模2選用鍛鋼35CrMo材料，有利于加工弧形水道后的焊接密封，預防焊接應力開裂，影響模具使用壽命。
[0030]作為改進，用于冷卻車輪熱節處的水冷通道3兩側設計進出水口，四個邊模的水冷通道進出水口均為左進右出或右進左出的交錯布置，最大程度減弱進出水口處模具溫度的差異幅度，使得鑄件凝固過程快速且均勻一致。
[0031]作為改進，所述的頂模5和中心活塊8均選用鍛鋼H13材料，兩者螺栓連接，接觸面中間避空。
[0032]水冷通道9進出水口為單進單出。水冷通道7進出水口為雙進雙出。水冷通道3進出水口為單進單出。
[0033]作為改進,水冷通道3截面布置為矩形，圓角倒鈍Imm,截面面積不小于80mm2,可以為100mm2。有利于減少模具在長期使用過程中水溝堆積，避免影響工藝穩定性。
[0034]作為改進，水冷通道7用于冷卻車輪內輪緣，特別是針對水冷通道布置的節園半徑大于200_時，其進出水口為雙進雙出，交錯布置，中間設有間斷隔開，利于保障水冷通道對模具溫度均勻一致。
[0035]所述的冷卻水為去離子水，冷卻水溫度為15°C -35°C，水壓為0.3MPa_0.6MPa。
[0036]與現有技術相比，本發明具有以下優點:改變現有低壓鑄造模具冷卻強度弱的風冷冷卻方式，在遵循自上而下、由外而內的順序凝固前提下，在鑄件遠端(內輪緣)、熱節、厚大部位(輪心)位置設置水冷通道，從而加速鑄件凝固速度，提高鑄件材料力學性能，利于實現鑄造效率的提升。加之，冷卻水均在閉環的水冷通道內流動，鑄造工況沒有壓縮空氣吹出的噪音，勞動工況大為改善。
[0037]
發明還提供了一種鋁車輪水冷模具低壓鑄造工藝，該工藝基于上述低壓鑄造模具，通過所述的水冷通道和相關冷卻工藝參數的調整，加快鑄件凝固速度，該工藝包括以下步驟。
[0038](I)通過設置在底模中心的澆口套往型腔內澆注鋁液，并通過中心分流錐分流鋁液向型腔內四周平穩擴展，充型過程中隨著鋁液在模具型腔內不斷上升，型腔內的氣體經位于頂模的排氣塞排出模具。
[0039](2)鋁液充型過程中，鋁液流經輪輞時的速度要小于流經輪輻時的速度，即充型速度先慢后快，滿足充型末端有足夠鋁液溫度的補縮動力。
[0040](3)充型完成，通過中心澆口處加壓。依次開啟頂模水冷、邊模水冷、中心活塊水冷和底模水冷，在順序凝固前提下加速鑄件凝固。
[0041](4)依次關閉水冷后，需再向水冷通道內短時通入壓縮空氣，便于清除通道內殘留的冷卻水，即先水后風的水冷工藝方法。
[0042]以上僅就本發明較佳的實施例做了說明，但不能理解為是對權利要求的限制。本發明不僅局限于以上實施例，其具體步驟允許有變化，如:頂模水冷通道可以沒有，或水冷工藝參數不開啟，僅允許輪輞在充型過程形成的鑄件自身溫度梯度狀況下完成順序凝固；所述的中心活塊水冷通道和底模水冷通道還可以擁有多個進出水口，可以根據車輪造型或尺寸大小而定，也可以實現本發明功能；所述的中心活塊可以與頂模形成一體，以隔熱槽的方式僅允許水冷通道冷卻輪心。總之，凡在本發明獨立權利要求的保護范圍內所作的各種變化均在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.鋁車輪低壓鑄造水冷模具，包括底模(1)、下邊模(2)、上邊模(4)、頂模(5)、中心活塊(8)、注式澆口套(12)、過濾網(11)、分流錐(10)、排氣塞(6)，水冷通道(13)，其特征在于:頂模(5)上部設置用于冷卻內輪緣的水冷通道(7)，中心活塊(8)設置用于冷卻輪心的水冷通道(9 )，下邊模(2 )設置用于冷卻車輪熱節處的水冷通道(3 )。
2.根據權利要求1所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:下邊模(2)和上邊模(4)是組合式四開合邊模。
3.根據權利要求1、2任一所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:上邊模(4)選用鑄鋼35CrMo材料。
4.根據權利要求3所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:下邊模(2)選用鍛鋼35CrMo 材料。
5.根據權利要求1、2任一所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:水冷通道(3)兩側設計進出水口，四個邊模的水冷通道進出水口均為左進右出或右進左出的交錯布置。
6.根據權利要求5所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:水冷通道(3)截面布置為矩形，圓角倒鈍1_，截面面積不小于80mm2。
7.根據權利要求6所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:水冷通道(3)截面面積 100mm2。
8.根據權利要求1所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:頂模(5)和中心活塊(8)均選用鍛鋼H13材料，兩者螺栓連接，接觸面中間避空。
9.根據權利要求1所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:水冷通道(9)進出水口為單進單出。
10.根據權利要求1所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:水冷通道(7)進出水口為雙進雙出。
11.根據權利要求1所述的鋁車輪低壓鑄造水冷模具，其特征在于:水冷通道(13)進出水口為單進單出。
12.—種鋁車輪水冷低壓鑄造工藝，通過設置在底模中心的澆口套往型腔內澆注鋁液，并通過中心分流錐分流鋁液向型腔內四周平穩擴展，充型過程中隨著鋁液在模具型腔內不斷上升，型腔內的氣體經位于頂模的排氣塞排出模具，充型完成，通過中心澆口處加壓，其特征在于:鋁液充型過程中，充型速度先慢后快；充型完成，依次開啟頂模水冷、邊模水冷、中心活塊水冷和底模水冷；依次關閉水冷后，再向水冷通道內短時通入壓縮空氣。
【文檔編號】B22D27/04GK104353813SQ201410463058
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】杜德喜, 王永寧, 朱志華, 李昌海 申請人:中信戴卡股份有限公司