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铝合金车轮挤压铸造工艺

日期:2018-12-03 06:14

  目前,国内卡丁车(类似碰碰车)都从国外进口,其中铝合金车轮是一个重要零件。过去,国外采用压力铸造生产该铸件,铸件质量差,且成品率低,劳动强度大。针对该铸件的结构特点和性能要求,如何提高其产品质量、降低原材料消耗、节约能源、提高劳动生产率及降低铸件成本,是当前生产中的关键。从研制的情况可知,采用挤压铸造代替压力铸造是今后制造铝合金车轮行之有效的工艺。

  图1所示为铝合金车轮零件图。车轮不仅有较高的性能要求,而且形状十分复杂。

  该车轮内外形的尺寸精度较高,都应加放加工余量及余块。按挤压铸造工艺的要求,把形状复杂的车轮零件图设计如图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,把原来的阶梯轴孔设计成圆柱形中心孔,其直径为30 mm,内壁斜度为3[1]。

  铝合金车轮挤压铸造的模具结构如图3所示。它主要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。左凹模和右凹模分别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在下模板上,右凹模动模板经过侧缸在导柱上实施开启及闭合。

  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

  采用2000 kN油压机改装进行挤压铸造,其工作过程是: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一定速度向下挤入型腔,压力达一定数值后保压;铝合金凝固后卸压,凸模通过工作缸的回程向上移动,顶杆镶块通过下顶缸从铸件内向下退出,直到全部脱离铸件之后,再用侧缸开启右凹模,取出铸件。

  (1) 间隙凸模与左、右凹模之间的间隙要适当。过小则因凸模与凹模的装配误差而相碰或咬住;过大则合金熔液通过间隙喷出,造成事故;或者在间隙中产生纵向毛剌,减小加压效果,阻碍卸料。合理的间隙与加压开始时间、加压速度、压力大小、工件尺寸及金属材料有关。根据实际生产经验,单边间隙取0.1 mm。

  (2) 脱模斜度合金熔液在凸模压力下凝固成铸件,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。由于铸件外形呈圆状,且分在左、右两片凹模,只要右凹模向右移动一定距离,铸件就易从左凹模取出,故不必设置脱模斜度。

  (3) 排气在左、右两片凹模完全闭合后,合金熔液因缓慢地浇入型腔,型腔中气体可基本排出。挤压铸造时,留在凸模导向部分的少量气体,通过凸模与凹模之间的间隙排出。

  (4) 模具材料挤压铸造是在一定的压力和一定的温度下进行的,不存在像压铸模那样受到金属液的冲刷。工作压力比压铸时高,只要求模具在高温下有一定的抗压强度即可。另外,为了防止与合金熔液接触的模具表面产生热疲劳裂纹,左右凹模、凸模及顶杆镶块均采用3Cr2W8V合金模具钢制造,热处理后硬度为HRC48~52,型腔表面进行软氮化处理。

  挤压铸造是铸锻结合的工艺,其生产工艺过程是:合金的熔化、模具的准备(清理、预热、喷涂润滑剂)、金属的浇注、液态金属的加压、压力的保持、压力的去除及铸件的取出等。

  (1) 比压压力大小对铸件的物理力学性能、铸造缺陷、组织、偏析、熔点及相平衡等都有直接影响。所以确定成形必须的单位压力是很重要的。如果比压过小,铸件表面与内在质量都不能达到技术指标;比压过大,对性能的提高不十分明显,还容易使模具损坏,且要求较大合模力的设备。挤压铸造试验是在2 000 kN油压机上进行的。试验证明,适合于本铝合金车轮挤压铸造的比压应在50~60 MPa范围内选取。

  (2) 加压开始时间从车轮挤压铸造试验的结果来看,其加压开始时的间隔时间过长,铸件的强度及伸长率降低。现用的开始加压时间是3~5 s,较为合适。

  (3) 加压速度挤压铸造要求一定的加压速度,在可能情况下,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,否则会使部分合金熔液的表面产生飞溅及涡流,使铸件产生缺陷,以及在凸、凹模之间的间隙中流出过多的合金熔液,形成难以去除的纵向毛刺。因此,必须使凸模缓慢地压入液态金属中。由于使用的油压机工作进给速度较慢,故利用工作行程的速度进行压制。

  (4) 保压时间压力保持时间主要取决于铸件厚度,在保证成形和结晶凝固条件下,保压时间以短为好。但是保压时间过短,则铸件内部容易产生缩孔,如果保压时间过长,则会延长生产周期,增加变形抗力,降低模具使用寿命。

  (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固,导致来不及加压;但预热温度也不能过高,否则会延长保压时间,降低生产率,同时也不利于喷涂润滑剂。对本车轮挤压铸造模具的预热温度为200~300℃,通常是用煤油喷灯进行加热。

  合金浇注温度浇注温度过高或过低都对合金成形有明显影响。过低,合金极易凝固,所需单位压力大;过高,易产生缩孔。必须指出,挤压铸造合金的浇注温度要比砂型浇注温度高。一般希望把浇注温度控制在比较低的数值,因为挤压铸造时希望消除气孔、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,极少留在金属中,易于消除气孔。此外,也可减少缩孔形成机会,同时由于浇注温度较低,金属溢出较少,可减少毛刺。对本车轮挤压铸造的浇注温度选用720~740℃为最合适。

  (7) 润滑剂润滑剂的作用是保护模具,提高铸件表面质量和便于从模具内取出铸件。采用机油石墨润滑剂,即5%的200~300目的石墨粉加入到95%机油中,搅拌均匀即可。用喷枪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) 冷却挤压铸造卸压后,一般应立即脱模,故铸件的出模温度较高。为了防止高温的铸件空冷时在薄壁与厚壁的交界处产生裂纹,应将出模后的铸件立即放入砂堆中,待冷却到150℃以下时再取出空冷。

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