CN106086546B - 铝合金轮毂的低压铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金轮毂的低压铸造工艺，低压铸造工艺包括以下步骤：1)将铝合金材料进行熔炼得到铝液，铝液主要成份的重量百分比为Si 6.8～7.2、Mg 4.5～5、Ti 0.1～0.15、Fe 0.05～0.1以及余量的Al，所述熔炼的温度为800～950℃；2)将模具预热至500℃，并保温；3)铝液在720～730℃开始出炉，并经高纯度氮气除气，低压铸造机保温炉670～695℃保温1小时；加压至0.04～0.06Mpa进行升液，升液时间为5～10s；加压至0.08～0.1Mpa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200～300s。通过本发明制作的铝合金轮毂具有高硬度、抗拉强度强以及延伸率高韧性好的特性，并且轮毂不完整、缩孔、热裂与缩裂等缺陷情况极少，大大提高了成品率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件加工领域，具体地，涉及铝合金轮毂的低压铸造工艺。
背景技术
随着社会的发展，汽车已成为人们出行不可或缺的交通工具，汽车轮毂作为汽车中重要的配件，其质量不仅仅影响汽车的美观，而且会影响汽车的安全。铝合金轮毂由于具有重量轻、强度大、制动平衡性能好、精度高、导热性好、汽车油耗低等许多优点，已经被广泛应用于汽车轮毂制造领域。
尽管铝合金轮毂的性能要比钢质轮毂好很多，但是铝合金成分以及铸造工艺的差异也使得铝合金轮毂的性能差距颇大。目前，市场上主要的铝合金轮毂产品中普遍存在镁、铁、锌含量多，熔炼中容易出现烧损，且材料质地脆、易断裂；而硅含量多，熔点低，抗拉强度达不到要求。为了满足人们对汽车轮毂性能越来越高的要求，如何提高铝合金轮毂的强度、硬度和塑性等也成为了铝合金轮毂开发的新的挑战。
目前铝合金铸件产品生产多采用低压铸造工艺，低压铸造具有模具成本低、寿命长等优点，一般工艺流程为：首先在保温桶上将铝棒融化成铝液；接着通入干燥的压缩气体，使融化的铝液在低压下进入模具型腔内，并充满型腔；最后等铝液凝固成型后将铸件顶出。但低压铸造生产的铸件硬度低、致密性差、抗拉强度小和延伸率低也是低压铸造的明显缺点。
CN105364424A公开了一种铝合金轮毂的加工方法，该方法通过改变铝合金成分减少镁、铁、硅的含量并增加铜的含量，尽管该方法对抗拉强度有一定的加强，但是会降低铝合金轮毂的硬度，以及增加铸造过程中铸件热裂的几率。
因此，本领域仍需一种能够提高铝合金轮毂硬度、抗拉强度和延伸率的铝合金轮毂的铸造工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的铝合金轮毂制造工艺中的缺陷，提供一种铝合金轮毂的低压铸造工艺，该铸造工艺能够有效提高铝合金轮毂的硬度、抗拉强度和延伸率等性能。
本发明的发明人通过研究发现，通过提高铝合金中镁的含量可以有效提高铝合金轮毂的力学性能，并且通过“保温-差异化冷却”的低压铸造工艺克服铝合金镁含量过高出现的充型不完整、缩孔、热裂与缩烈缺陷，使得组织致密，从而显著提高铝合金铸件的力学性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种铝合金轮毂的低压铸造工艺，其中，低压铸造工艺包括以下步骤：
1)将铝合金材料进行熔炼得到铝液，铝液主要成份的重量百分比为Si 6.8～7.2、Mg 4.5～5、Ti 0.1～0.15、Fe 0.05～0.1以及余量的Al，所述熔炼的温度为800～950℃；
2)将模具预热至500℃，并保温0.5小时；
3)将步骤1)的铝液在720～730℃开始出炉，并经高纯度氮气除气15分钟，之后转入低压铸造机保温炉670～695℃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0.08～0.1Mpa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200～300s。
在本发明中，优选情况下，在步骤1)中，所述熔炼的温度为850～900℃。要得到Mg含量较高的铝合金，可以采用本领域的常规方法，例如使用商购的铝合金加入镁粉进行熔炼即可。
在本发明中，优选地，在步骤3)中，转入低压铸造机保温炉680℃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。
优选地，在步骤3)中，加压至0.04Mpa铝液进入升液管进行升液；加压至0.09Mpa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4)：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420℃，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。在本发明中模具“上模”、“边模”、“下模”为本领域低压铸造中常用的描述，以铝液从升液管进入模具的方向为“上”。
在本发明中，上述冷却的方法可以为向模具相应的外面施加冷却介质，所述冷却介质为压缩空气。“空冷”是指在空气中自然冷却。
对于铝合金，目前行业内一般采用Sr变质，这是由于Sr对Al-Si共晶体的作用较好，能使共晶组织呈纤维状，而本发明中不使用Sr，而采取调整低压铸造工艺进行提高铸件力学性能，同时避免了Sr的存在促进铝合金吸气，针孔倾向性大，变质后铝液流动性有所下降。
与现有技术相比，本发明的铝合金轮毂的低压铸造工艺的优点表现在：1、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；2、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。
具体实施方式
以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不是对本发明的保护范围的进一步限定。试验所用原料均为商购得到。
实施例1
铝合金轮毂的低压铸造工艺，包括以下步骤：
1)将铝合金材料进行熔炼得到铝液，铝液主要成份的重量百分比为Si 7.1、Mg4.9、Ti 0.13、Fe 0.05以及余量的Al，所述熔炼的温度为850℃；
2)将模具预热至500℃，并保温0.5小时；
3)将步骤1)的铝液在730℃开始出炉，并经高纯度氮气除气15分钟，之后转入低压铸造机保温炉680℃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5～10s；加压至0.09Mpa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280s。
4)：待铝液充满模具型腔，模具的下模以2℃/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1℃/s的速度冷却至410℃，然后以0.7℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温；模具的上模以0.8℃/s的速度冷却至420℃，然后以0.3℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气。
上述方法保压结束后，冷却至室温即可脱模得到铝合金轮毂A1，同一批次进行十次试验。
实施例2
铝合金轮毂的低压铸造工艺，包括以下步骤：
1)将铝合金材料进行熔炼得到铝液，铝液主要成份的重量百分比为Si 6.8、Mg4.5、Ti 0.15、Fe 0.08以及余量的Al，所述熔炼的温度为900℃；
2)将模具预热至500℃，并保温0.5小时；
3)将步骤1)的铝液在730℃开始出炉，并经高纯度氮气除气15分钟，之后转入低压铸造机保温炉670℃保温1小时；加压至0.06Mpa铝液进入升液管进行升液，升液时间为5～10s；加压至0.1Mpa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300s。
4)：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0.7℃/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0.8℃/s的速度冷却至420℃，然后以0.4℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气。
上述方法保压结束后，冷却至室温即可脱模得到铝合金轮毂A2，同一批次进行十次试验。
实施例3
铝合金轮毂的低压铸造工艺，包括以下步骤：
1)将铝合金材料进行熔炼得到铝液，铝液主要成份的重量百分比为Si 7、Mg 4.5、Ti 0.14、Fe 0.07以及余量的Al，所述熔炼的温度为900℃；
2)将模具预热至500℃，并保温0.5小时；
3)将步骤1)的铝液在720℃开始出炉，并经高纯度氮气除气15分钟，之后转入低压铸造机保温炉695℃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5～10s；加压至0.1Mpa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280s。
4)：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0.6℃/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420℃，然后以0.5℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。冷却的方法为向模具相应的外面施加压缩空气。
上述方法保压结束后，冷却至室温即可脱模得到铝合金轮毂A3，同一批次进行十次试验。
实施例4
如实施例1中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，不进行步骤4)，得到铝合金轮毂A4，同样进行十次试验。
实施例5
如实施例1中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，在步骤4)中，待铝液充满模具型腔，模具下模、边模、上模均以2℃/s速度冷却。得到铝合金轮毂A5，同样进行十次试验。
实施例6
如实施例1中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，在步骤4)中，待铝液充满模具型腔，模具下模以2℃/s速度冷却至室温、边模以1℃/s速度冷却至室温、上模均以0.8℃/s速度冷却。得到铝合金轮毂A6，同样进行十次试验。
对比例1
如实施例4中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，铝液主要成份的重量百分比为Si 7.0、Mg 0.31、Ti 0.10、Fe 0.05以及余量的Al，得到铝合金轮毂D1，同样进行十次试验。
对比例2
如实施例1中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，熔炼过程还加入铝-锶合金(Al-Sr10，Sr含量为9.0-11.0％)使得铝液中Sr的含量为0.016％，得到铝合金轮毂D2，同样进行十次试验。
对比例3
如实施例1中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，步骤3)中保压压力为0.09Mpa，得到铝合金轮毂D2，同样进行十次试验。
对比例4
如实施例1中的铝合金轮毂的低压铸造工艺，所不同的是，步骤3)中加压至0.1Mpa铝液进入升液管进行升液，升液时间为5～10s；保持压力0.1Mpa至铝液充满模具型腔，然后继续保持压力进行保压，保压时间为280s。得到铝合金轮毂D3，同样进行十次试验。
测试例
将实施例1-6以及对比例1-4所得到的铝合金轮毂进行外观观察以及性能测试，具体结果如表1所示。
表1
在表1中，数据均为同一批次十组数据的平均值，缩孔和裂痕(大于等于2mm)通过目测进行；布氏硬度、抗拉强度以及延伸率的检测按照GB/T 23301-2009进行。
从上表可以看出，通过本发明的铝合金轮毂的低压铸造工艺制作的铝合金轮毂具有高硬度、抗拉强度强以及延伸率高韧性好的特性。并且该工艺制造的铝合金轮毂不完整、缩孔、热裂与缩裂等缺陷情况极少，大大提高了成品率。
Claims (7)
1.铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，低压铸造工艺包括以下步骤：
1）将铝合金材料进行熔炼得到铝液，铝液主要成份的重量百分比为Si 6.8~7.2、Mg4.5~5、Ti 0.1~0.15、Fe 0.05~0.1以及余量的Al，所述熔炼的温度为800~950℃；
2）将模具预热至500℃，并保温0.5小时；
3）将步骤1）的铝液在720~730℃开始出炉，并经高纯度氮气除气15分钟，之后转入低压铸造机保温炉670~695℃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0.08~0.1MPa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200~300s。
2.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，在步骤3）中，转入低压铸造机保温炉680℃保温1小时。
3.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，在步骤3）中，加压至0.04MPa铝液进入升液管进行升液。
4.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，在步骤3）中，加压至0.09MPa至铝液充满模具型腔。
5.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，在步骤3）中，压力调整至0.07MPa进行保压。
6.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，低压铸造工艺还包括步骤4）：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420℃，然后以0.3~0.5℃/s的速度冷却至300℃，再空冷至室温。
7.根据权利要求1-6任一项所述的铝合金轮毂的低压铸造工艺，其特征在于，冷却的方法为向模具相应的外面施加冷却介质，所述冷却介质为压缩空气。
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Denomination of invention: Low pressure casting process of aluminum alloy wheel hub Effective date of registration: 20210915 Granted publication date: 20170825 Pledgee: Linyi Branch of Qilu Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG JINMA AUTOMOTIVE EQUIPMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980009391 |
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