一種低壓鑄造鋁車輪模具的制作方法

本發明涉及鑄造模具，具體的說涉及一種消除低壓鑄造鋁車輪R角熱節位置缺陷的模具。

背景技術：

鋁車輪要兼顧外觀與安全的雙重要求，這對各車輪生產廠家提出了很大的挑戰。現階段，約80%的鋁車輪采用低壓鑄造成形工藝，該方法采用中心底注的方式，高溫鋁液在外界壓力的驅動下進入模具，并在型腔中完成最終的凝固成形，從而獲得尺寸、性能均達標的合格鑄件。對于車輪造型而言，輪輻與輪輞交接R角處結構十分厚大，是典型的鑄造熱節，也是目前生產中的難點與重點所在。大量實踐表明：R角位置缺陷造成的廢品占總比例的70%以上，這主要是因為該處鑄件壁厚，熱量在此過于集中，造成鋁液凝固速度緩慢，而前端輪輻壁厚相對較薄，凝固快，早早的將鋁液流動通道堵塞，從而妨礙了對熱節的有效補縮，導致出現縮松、縮孔等成形缺陷；此外，較低的過冷度會造成鑄件結晶粗大，組織不致密，力學性能低下，很難通過后續的可靠性試驗，影響了車輪的安全性能。同時，漫長的凝固過程延長了生產周期，提高了生產成本，不利于企業的良性發展。因此，如何解決R角位置的成形問題是擺在眾多車輪工藝人員面前的一項難題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種低壓鑄造鋁車輪模具，可有針對性的加強R角位置熱節的冷卻強度，并構建利于車輪順序凝固的模具溫度分布，從而解決生產中易出現的縮松、縮孔、力學性能低下等缺陷，提高成品率；縮短工藝周期，降低企業的制造成本，實現車輪的高效生產。

本發明的技術方案是：一種低壓鑄造鋁車輪模具，包括頂模、邊模、底模、水管接頭、蓋板、隔板、保溫石棉。

頂模背腔分為三部分：輪輞區域的背腔線呈開口狀，頂模壁厚由下至上15-25mm遞增；輪輻區域的背腔隨形加工，頂模設置為等壁厚，壁厚20-30mm；針對輪輞與輪輻連接的R角位置，頂模設置凸臺，凸臺軸向壁厚為40-60mm，徑向壁厚在30-50mm。

凸臺頂部設置為平面，側部為錐面，并分別與相鄰部位倒圓角光滑過渡。在凸臺上設置U型截面環形水道，環形水道中間用隔板分成兩部分。所述隔板為兩塊L型截面金屬片，位置靠近于輪輻一側，減弱對輪輻內側的冷卻。環形水道上設置蓋板，蓋板焊接密封在環形水道，保證不能漏水。

環形水道的蓋板上設置水孔，水孔焊接進水管接頭、出水管接頭；進水管接頭、出水管接頭為兩進兩出，二者呈180°交叉對稱分布，以保證冷卻的均勻性；水管接頭均選用不銹鋼材料制作，減少銹蝕風險，提高使用壽命。

輪輞與輪輻連接的熱節R角處設置的凸臺，凸臺上側輪輞的下端設置上隔熱槽，垂直于輪輞型面，并在內部塞滿保溫石棉；凸臺下側輪輻末端設置下隔熱槽，垂直于輪輻，并在槽內塞滿保溫石棉。

在車輪澆注開始后，輪輞及以上部分一般在40-60s內即完成凝固結晶，之后便可開啟R角位置的冷卻，然后在保壓結束前20-30s內關閉，冷卻水流量一般設定為200-300L/h，水溫為30℃左右，通過冷卻水在水道內的高速循環流通，帶走厚大熱節位置聚集的熱量，從而實現了高溫鋁液的快速凝固結晶，按上述工藝即可實現車輪鑄件穩定、順暢的生產。

本發明改進了模具頂模及冷卻裝置，通過對壁厚分段，構建了利于鑄件順序凝固的溫度梯度。在輪輞與輪輻連接的R角處設計了環形水冷裝置，有針對性的對熱節位置實現了快速降溫，其冷卻能力更強，冷卻范圍更加精確，并不會對相鄰薄壁部位產生不良影響，確保了鋁液的順暢補縮；消除了熱節易出現的縮松、縮孔、力學性能低下等缺陷，提升了成品率的同時也大幅度改善了車輪的安全性能；此外，單件的工藝周期也有了明顯的縮短，提高了生產效率，降低了企業的生產成本。

附圖說明

圖1是本發明中新型的低壓鑄造車輪模具裝配示意圖。

圖2是本發明中頂模R角位置冷卻結構示意圖。

圖中：1－頂模，11－凸臺，12－環形水道，13－上隔熱槽，14－下隔熱槽，15－水道隔斷，2－邊模，3－底模，4－水管接頭，41－進水管接頭，42－出水管接頭，5－蓋板，51－圓形水孔，6－隔板，7－保溫石棉。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種低壓鑄造鋁車輪模具，包括頂模1、邊模2、底模3、水管接頭4、蓋板5、隔板6、保溫石棉7。

頂模1背腔分為三部分：輪輞區域的背腔線呈開口狀，頂模壁厚由下至上15-25mm遞增；輪輻區域的背腔隨形加工，頂模設置為等壁厚，壁厚20-30mm；針對輪輞與輪輻連接的R角位置，頂模設置凸臺11，凸臺11軸向壁厚為40-60mm，徑向壁厚在30-50mm。

凸臺11頂部設置為平面，寬度在15-20mm，側部則為錐面，與軸向呈5-10°夾角；凸臺11與相鄰部位光滑過渡，圓角尺寸設置為R5-10mm；凸臺11上設置環形水道12，截面為U型，尺寸設計為8x12mm，根部R2-5mm，消除應力集中；環形水道12由兩部分組成，在中間位置設置兩處水道隔斷15，水道隔斷15厚度大于10mm，減小開裂風險；環形水道12上設置隔板6，隔板6截面呈L型，厚度為2mm，將其放置在水道12的靠輪輻一側，并點焊使其牢固連接，這樣便可以將冷卻范圍控制在R角一側。

環形水道12上設置蓋板5，蓋板5與環形水道12焊接密封，要制定嚴格的焊接工藝流程，務必不能出現焊縫開裂漏水的現象。

蓋板5的兩端設置4個圓形水孔51，圓形水孔51尺寸為φ14mm；不銹鋼材質的水管接頭4，分別焊接在4個圓形水孔51；冷卻管路設計為兩進兩出形式，單側分別為進水管接頭41和出水管接頭42，進、出水管接頭呈180°交叉布置，保證更均勻的冷卻效果；將水管接頭4連接外部冷卻水存儲設備，即形成了兩段封閉的冷卻水循環通路；

凸臺11的上側設置上隔熱槽a13，垂直于輪輞側壁，沿背腔周向分布，隔熱槽a槽寬6-8mm，隔熱槽a根部距型腔面>10mm，保證足夠的模具強度；上隔熱槽a13內要塞滿石棉7，實現更好的保溫隔熱效果；在凸臺11的下側根部設置下隔熱槽b14，垂直于輪輻，沿圓周分布，隔熱槽b14槽寬6-8mm，隔熱槽b14根部距型面>10mm，并在槽內塞滿石棉隔熱；兩處隔熱槽的設計目的是將冷卻限定在厚壁R角位置，在實現強冷的同時又不影響相鄰薄壁部位的溫度分布，保證了更加精確的施冷。

在車輪澆注開始后，輪輞及以上部分一般在40-60s內即完成凝固結晶，之后便可開啟R角位置的冷卻，然后在保壓結束前20-30s內關閉；冷卻水流量設定為200-300L/h，冷卻水溫設定為25℃-35℃，按此工藝即可實現車輪鑄件穩定、順暢的生產。通過冷卻水在水道內的高速循環流通，帶走了厚大熱節位置聚集的熱量，實現了高溫鋁液的快速凝固，消除了易出現的縮松、縮孔等缺陷，力學性能也有了明顯的提升，提高了產品的綜合質量及成品率。

本發明對頂模壁厚分段設置，從模具自身傳熱的角度構建了利于鑄件順序凝固的溫度梯度；在輪輞與輪輻連接的R角處設計了環形水冷結構，有針對性的對熱節位置實現了快速降溫，其冷卻能力更強，冷卻范圍更加精確，并不會對相鄰薄壁部位產生不良影響，確保了鋁液的順暢補縮；消除了熱節易出現的縮松、縮孔、力學性能低下等缺陷，提升了成品率的同時也大幅度改善了車輪的安全性能；此外，單件的工藝周期也有了明顯的縮短，提高了生產效率，降低了企業的生產成本。