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铝合金车轮挤压铸造工艺

2019-02-28   
现在,国内卡丁车(相似碰碰车)都从国外进口,其间铝合金车轮是一个重要零件。曩昔,国外选用压力铸造出产该铸件,铸件质量差,且成品率低,劳动强度大。针对该铸件的结构特色和功能要求,怎么进步其产品质量、下降原材料耗费、节约能源、进步劳动出产率及下降铸件本钱,是当时出产中的要害。从研发的状况可知,选用揉捏铸造替代压力铸造是往后制作铝合金车轮卓有成效的工艺。
  1 车轮材料、要求及铸件规划
  图1所示为铝合金车轮零件图。车轮不只有较高的功能要求,并且形状非常杂乱。

图1 车轮零件图
  车轮材料的化学成分(质量分数)为:1.5%~3.5%的Cu,10.5%~12.0%的Si,<0.3%的Mg,<1.0%的Zn,<0.5%的Mn,<1.3%的Fe,<0.5%的Ni,<0.5%的Sn,其他为Al。力学功能要求:σb>276 MPa,σs>115 MPa,σ>4.4%,HB>92。
  该车轮内外形的尺度精度较高,都应加放加工余量及余块。按揉捏铸造工艺的要求,把形状杂乱的车轮零件图规划如图2所示的铸件图。
  由该图可见,为便于从铸件内孔脱出及简化模具加工,把本来的阶梯轴孔规划成圆柱形中心孔,其直径为φ30 mm,内壁斜度为3°[1]。

图2 车轮铸件图
  2 模具结构及规划参数[1]
2.1 揉捏铸造模具结构
  铝合金车轮揉捏铸造的模具结构如图3所示。它首要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。左凹模和右凹模别离固定在左凹模定模板和右凹模动模板上,左凹模定模板用螺钉紧固鄙人模板上,右凹模动模板经过侧缸在导柱上施行敞开及闭合。

图3 车轮揉捏铸造模具
  1.上模板 2.凸模固定板 3.凸 模 4.导 柱 5.右凹模 6.右凹模动模板
  7.垫 板 8.下模板 9.顶杆镶块 10.左凹模 11.左凹模定模板
  选用2000 kN油压机改装进行揉捏铸造,其作业进程是:将定量的合金熔液浇入型槽后,固定在活动横梁上的凸模以必定速度向下挤入型腔,压力达必定数值后保压;铝合金凝结后卸压,凸模经过作业缸的回程向上移动,顶杆镶块经过下顶缸从铸件内向下退出,直到悉数脱离铸件之后,再用侧缸敞开右凹模,取出铸件。
  2.2 模具规划的首要参数
  (1) 空隙 凸模与左、右凹模之间的空隙要恰当。过小则因凸模与凹模的安装差错而相碰或咬住;过大则合金熔液经过空隙喷出,构成事端;或许在空隙中发生纵向毛剌,减小加压作用,阻止卸料。合理的空隙与加压开端时刻、加压速度、压力巨细、工件尺度及金属材料有关。依据实践出产经历,单边空隙取0.1 mm。
  (2) 脱模斜度 合金熔液在凸模压力下凝结成铸件,冷却后紧包在凸模及顶杆镶块上。为了便于凸模及顶杆镶块脱出,故在凸模及顶杆镶块上设有3°的脱模斜度。因为铸件外形呈圆状,且分在左、右两片凹模,只需右凹模向右移动必定间隔,铸件就易从左凹模取出,故不用设置脱模斜度。
  (3) 排气 在左、右两片凹模彻底闭合后,合金熔液因缓慢地浇入型腔,型腔中气体可根本排出。揉捏铸造时,留在凸模导向部分的少数气体,经过凸模与凹模之间的空隙排出。
  (4) 模具材料 揉捏铸造是在必定的压力和必定的温度下进行的,不存在像压铸模那样遭到金属液的冲刷。作业压力比压铸时高,只需求模具在高温下有必定的抗压强度即可。别的,为了避免与合金熔液触摸的模具表面发生热疲惫裂纹,左右凹模、凸模及顶杆镶块均选用3Cr2W8V合金模具钢制作,热处理后硬度为HRC48~52,型腔表面进行软氮化处理。
  3 揉捏铸造的工艺参数
  揉捏铸造是铸锻结合的工艺,其出产工艺进程是:合金的熔化、模具的预备(整理、预热、喷涂润滑剂)、金属的浇注、液态金属的加压、压力的坚持、压力的去除及铸件的取出等。
  为确保铸件质量,须合理挑选工艺参数[1~2]。
  (1) 比压 压力巨细对铸件的物理力学功能、铸造缺点、安排、偏析、熔点及相平衡等都有直接影响。所以断定成形有必要的单位压力是很重要的。假如比压过小,铸件表面与内涵质量都不能到达技术指标;比压过大,对功能的进步不非常显着,还简单使模具损坏,且要求较大合模力的设备。揉捏铸造实验是在2 000 kN油压机上进行的。实验证明,适合于本铝合金车轮揉捏铸造的比压应在50~60 MPa范围内选取。
  (2) 加压开端时刻 从车轮揉捏铸造实验的成果来看,其加压开端时的间隔时刻过长,铸件的强度及伸长率下降。现用的开端加压时刻是3~5 s,较为适宜。
  (3) 加压速度 揉捏铸造要求必定的加压速度,在或许状况下,以加压速度快一点为好。加压速度快,则凸模能很快地将压力施加于金属上,便于成形、结晶和塑性变形。但也不宜过快,不然会使部分合金熔液的表面发生飞溅及涡流,使铸件发生缺点,以及在凸、凹模之间的空隙中流出过多的合金熔液,构成难以去除的纵向毛刺。因而,有必要使凸模缓慢地压入液态金属中。因为运用的油压机作业进给速度较慢,故使用作业行程的速度进行限制。
  (4) 保压时刻 压力坚持时刻首要取决于铸件厚度,在确保成形和结晶凝结条件下,保压时刻以短为好。可是保压时刻过短,则铸件内部简单发生缩孔,假如保压时刻过长,则会延伸出产周期,添加变形抗力,下降模具运用寿命。
  考虑本车轮的壁厚状况,揉捏铸造的保压时刻选用12 s左右。
  (5) 模具预热温度 模具若不预热,合金熔液注入型腔后会很快凝结,导致来不及加压;但预热温度也不能过高,不然会延伸保压时刻,下降出产率,一起也不利于喷涂润滑剂。对本车轮揉捏铸造模具的预热温度为200~300℃,通常是用火油喷灯进行加热。
  (6) 合金浇注温度 浇注温度过高或过低都对合金成形有显着影响。过低,合金极易凝结,所需单位压力大;过高,易发生缩孔。有必要指出,揉捏铸造合金的浇注温度要比砂型浇注温度高。一般期望把浇注温度控制在比较低的数值,因为揉捏铸造时期望消除气孔、缩孔和疏松。在浇注温度低时,气体易于从合金熔液内部逸出,很少留在金属中,易于消除气孔。此外,也可削减缩孔构成时机,一起因为浇注温度较低,金属溢出较少,可削减毛刺。对本车轮揉捏铸造的浇注温度选用720~740℃为较适宜。
  (7) 润滑剂 润滑剂的作用是维护模具,进步铸件表面质量和便于从模具内取出铸件。选用机油石墨润滑剂,即5%的200~300意图石墨粉加入到95%机油中,拌和均匀即可。用喷喷涂在模具型腔表面上,其厚度为0.05~0.1 mm,过厚会影响铸件表面质量。
  (8) 冷却 揉捏铸造卸压后,一般应当即脱模,故铸件的出模温度较高。为了避免高温的铸件空冷时在薄壁与厚壁的交界处发生裂纹,应将出模后的铸件当即放入砂堆中,待冷却到150℃以下时再取出空冷。
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