[发明专利]一种提高大尺寸铝合金车轮力学性能的铸造方法

说明书

一种提高大尺寸铝合金车轮力学性能的铸造方法，其特征在于：包括下列步骤：在升液阶段使保温炉内的铝液升至车轮模具的浇口附近；开启车轮模具的上模靠近内轮缘处的风冷；在充型阶段使浇口附近的铝液平稳充满整个模具型腔；开启车轮模具的边模上靠近外轮缘处的水冷；在增压阶段采取快速增压方式；保压；当凝固前沿推进至车轮模具的轮辐区域时，分别开启上模上靠近轮辐处的水冷和风冷；开启分流锥处的冷却水；当轮辐部位完成凝固后开启车路模具的下模上靠近轮芯处的水冷；冷却，打开模具，顶出铸件。本发明可以有效地消除低压铸造车轮中常见的“R”角缺陷，显著地提高轮芯和轮辐两个关键部位的力学性能，特别适用于生产大尺寸铝合金车轮。

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，具体涉及一种提高大尺寸铝合金车轮力学性能的铸造方法，更特别地说，是一种可以大幅提高铝合金车轮，尤其是大尺寸铝合金车轮轮芯和轮辐部位力学性能的方法。

背景技术

汽车车轮是非常重要的承载件和安保件，直接影响整车的操控性、制动性、平稳性和舒适性。车轮的服役环境要求其具备高承载力、高疲劳、高精度以及低重量等性能。以往的汽车车轮多采用钢制材料制造，而如今随着汽车轻量化进程不断加快，以及铝合金车轮在尺寸精度、散热性、整车安全性、款式等方面优势的突显，铝制车轮正逐步取代传统钢制车轮的主导地位。

目前，国内外铝合金车轮主要采用铸造和锻造两种工艺生产。锻造铝合金车轮具有重量轻、组织致密、性能优良等优点，但锻造工艺的设备投资大，加工工时长，导致制造成本高，价格昂贵。铝合金车轮铸造工艺主要包括金属型重力铸造、低压铸造、旋压铸造及挤压铸造等。低压铸造工艺可使铝液平稳充型，避免二次氧化，且铝液在一定压力下凝固成型，在一定程度上可以减少疏松缩孔等缺陷；此外，低压铸造还具有工艺可控性强、加工余量小、生产效率高、易实现自动化等优点，是目前制造铝合金车轮的主流工艺。然而，低压铸造虽可以解决铝液平稳充型的难题，但仍存在凝固补缩不足的问题，导致铸件组织的致密度低，缩松缩孔缺陷多，严重限制了车轮铸件性能的提高，成为制约低压铸造生产高品质、高性能、大尺寸铝合金车轮的技术瓶颈。

常用铝合金车轮直径大约在14英寸到24英寸之间，车轮铸件典型结构如图1所示，包括轮芯、轮辐、轮辋、外轮缘及内轮缘。其中轮芯壁厚一般为25mm~50mm，轮辐壁厚一般为5mm~20mm，轮辐与轮辋交界处存在热节，热节尺寸一般为25mm~35mm。铸件壁厚突变大导致其较难实现顺序凝固，轮辐与轮辋交界处常常因补缩不足而产生缩松/缩孔缺陷（如图2所示为车轮常见的R角缺陷），严重影响车轮，尤其是大尺寸车轮的力学性能。

在低压铸造过程中，凝固补缩动力可由公式（1）来描述。

（1）

式中为补缩速度，为晶粒平均直径，为补缩通道内径，为金属液的动力粘度，为补缩通道长度与固相骨架厚度之比，为金属液的表面张力，为金属液的重度，为两相区的温度梯度，为合金的结晶温度区间。

式中与成正比，与成反比，决定合金补缩能力的关键是和；而远大于，远大于，因而决定的主导量是。在实际生产中、、、都是无法改变的，可控变量只有和。为了增强补缩能力，只有在铸造过程中提高补缩压力以及增强温度梯度。

发明内容

本发明针对大尺寸铝合金汽车车轮在低压铸造过程中补缩不足的问题，提出一种提高大尺寸铝合金汽车车轮力学性能的铸造方法，该铸造方法是在轮芯至轮辐方向上采用大梯度冷却设计及结合铸件凝固路径实施增压补缩。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高大尺寸铝合金汽车车轮力学性能的铸造方法，其特征在于：依次包括下列步骤：

步骤（1），在升液阶段调节增压压力至19kPa~21kPa，使铸造机的保温炉内的铝液在19kPa~21kPa压力作用下沿升液管升至车轮模具的浇口附近；升液结束后立即开启所述车轮模具的上模上靠近内轮缘处的风冷；