一种铝车轮挤压铸造工艺及其装置，采用了U型管实现了铝液在低压下底部注入模具型腔，充型平稳，解决了挤压铸造轮辋气孔缺陷的质量问题；锁模环的应用使得轮辋挤压变形效果增强，且通过对铝车轮中心部位的二次加压工艺，减小了铝车轮铸件内部组织枝晶间距，改善了铸件材料力学性能的屈服强度和延伸率指标，对铝车轮整体轻量化减重提供了必要的技术基础。
1.一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：铝液在定量泵控制下浇入一侧U型管料筒内，通过U型管从模具底部注入型腔内，待U型管浇入铝液端液面与模具型腔内铝车轮铸件最高端持平，即完成铝液充型；
在U型管料筒上方的加压桶对铝液施加压力的同时，在模具边模外侧设置锁模环，对铝车轮铸件施加作用力，使得已经凝固的铸件外壳产生塑性变形，未凝固的铝液在水冷工艺下从上至下逐层凝固；
在轮辋结晶凝固完成后，设置于铝车轮中心部位的多个加压杆对铝车轮铸件施加压力，将铝车轮中心未凝固的金属铝液挤入轮辐和轮心位置，启动二次加压补缩；
最后，依次卸下加压桶、锁模环、边模后卸下挤压杆压力，并将铝车轮铸件随着顶模脱模，直至完成整个铸造过程；
该铸造工艺采取的铸造装置，包括底模、边模、顶模，底模下方的浇口套和浇口杯，设置U型管，U型管中段设置截流阀，在U型管铝液加入端一侧配备定量泵；U型管铝液加入端设置加压桶，加压杆和螺栓孔对应位置的加压杆对铸件二次加压补缩。
2.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：U型管内壁采用SiC材质、外壁包裹铜质加热套。
3.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于： U型管在铝液加入端上沿高于铝车轮铸件最上端， U型管在铝液加入端上管口节圆直径大于等于100mm。
4.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：锁模环为35CrMo材质一体铸造，内壁斜度15°并与边模外壁环形面在接触时保持贴合一致。
5.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：锁模环由独立于铸造设备加压装置之外的独立油缸控制加压。
6.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：顶模上方设有双进双出的水冷环，其型腔截面直径8-10mm，环形水冷通道距离铝车轮轮辋铸件最上端距离20-
7.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：加压杆直径至少
30mm，最大不超过铝车轮中心孔产品加工线；螺栓孔对应位置的加压杆直径至少10mm，最大不超过螺栓孔直径。
8.根据权利要求1所述的一种铝车轮挤压铸造工艺，其特征在于：所述的挤压铸造底模材质为H13,加工成形后需再经过表面热浸涂和微弧氧化处理。
一种铝车轮挤压铸造工艺及其装置
技术领域
[0001] 本发明涉及铸造领域。
背景技术
[0002] 目前，传统的铝车轮挤压铸造采用铝液直接导入中心定量料筒，通过挤压杆由下至上将铝液推送到模具型腔内，接着施以高压，使已凝固的金属外壳产生塑性变形，未凝固金属承受等静压，同时发生高压凝固，最后获得成品铸件。在铝液充型过程中，铝液是依靠挤压杆的液压力驱动，充型速度难以控制平稳，极易发生卷气等现象，特别是铝车轮轮辋气孔缺陷比例较多，严重影响成品率。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种铝车轮挤压铸造工艺及其装置，用于重点改善挤压铸造铝车轮轮辋的气孔缺陷，同时提高铝车轮轮辐和轮心的材料力学性能质量。
[0004] 本发明采用的技术方案是：一种铝车轮挤压铸造工艺，使用U型管，铝液在定量泵控制下浇入一侧U型管料筒内，通过U型管从模具底部注入型腔内，待U型管浇入铝液端液面与模具型腔内铝车轮铸件最高端持平，即完成铝液充型。
[0005] 铝液浇入端的U型管料筒上方设置加压桶，对铝液施加压力；在U型管浇入铝液端施加高压的同时，在模具边模外侧设置锁模环，对铝车轮铸件施加作用力，使得已经凝固的铸件外壳产生塑性变形，未凝固的铝液在水冷工艺下从上至下逐层凝固。
[0006] 在轮辋结晶凝固完成后，设置于铝车轮中心部位的多个加压杆对铝车轮铸件施加压力，将铝车轮中心未凝固的金属铝液挤入轮辐和轮心位置，启动二次加压补缩。
[0007] 最后，依次卸下加压桶、锁模环、边模后卸下挤压杆压力，并将铝车轮铸件随着顶模脱模，直至完成整个铸造过程。
[0008] 铝合金车轮挤压铸造装置，包括底模、边模、顶模，与底模下方的浇口套和浇口杯，设置U型管，U型管中段设置截流阀，在U型管铝液加入端一侧配备铝液定量泵。U型管铝液加入端设置加压桶，而中心加压杆和螺栓孔对应位置的加压杆起到二次加压作用。锁模环与顶模水冷环一起对轮辋的挤压变形和逐层凝固起到作用。
[0009] 由于本发明采用了U型管原理应用下的铝液重力浇入、底部充型的装置，其铝液充型过程兼具了低压铸造平稳充型的特点，解决了挤压铸造铝车轮轮辋气孔缺陷的质量问题；锁模环的应用使得轮辋挤压变形效果增强，从而轮辋材料力学延伸率提升50%，可通过结构优化达到产品减重的目的；对铝车轮中心部位的二次加压工艺设计，减小了铝车轮铸件内部组织枝晶间距，特别是改善了轮辐和轮心的材料力学性能，其屈服强度提升20%，延伸率提升30%，对铝车轮整体轻量化减重提供了必要的技术基础。
附图说明
[0010] 下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
[0011] 图1是本发明铝车轮挤压铸造装置示意图。
[0012] 1-底模、2-边模、3-顶模，4-顶模水冷环、5-锁模环、6-浇口套、7-浇口杯、8-U型管、9-截流阀，10-加压桶、11-中心加压杆、12-螺栓孔对应位置的加压杆、13-定量泵。
具体实施方式
[0013] 一种铝车轮挤压铸造工艺，使用U型管8，铝液在定量泵13控制下浇入一侧U型管8料筒内，通过U型管8从模具底部注入型腔内，待U型管8浇入铝液端液面与模具型腔内铝车轮铸件最高端持平，即完成铝液充型。
[0014] 铝液浇入端的U型管8料筒上方设置加压桶10，对铝液施加压力，使得模具型腔内铝液在高压下逐层结晶凝固；在U型管8浇入铝液端施加高压的同时，在模具边模外侧设置锁模环5，对铝车轮铸件施加作用力，使得已经凝固的铸件外壳产生塑性变形，未凝固的铝液在水冷工艺下从上至下逐层凝固。
[0015] 在轮辋结晶凝固完成后，在铝车轮中心部位设置加压杆，对铝车轮铸件施加压力，将铝车轮中心未凝固的金属铝液挤入轮辐和轮心位置。启动二次加压补缩，可加快轮辐和轮心铸件厚大位置的结晶凝固速度，减小铸件内部组织枝晶间距，直至铝车轮挤压铸件完成凝固。
[0016] 最后，依次卸下加压桶10、锁模环5、边模后卸下挤压杆，并将铝车轮铸件随着顶模脱模，直至完成整个铸造过程。
[0017] 铝合金车轮挤压铸造装置，包括底模1、边模2、顶模3，与底模下方的浇口套6和浇口杯7，设置U型管8，U型管中段设置截流阀9，在U型管铝液加入端一侧配备铝液定量泵13。U型管铝液加入端设置加压桶10，而中心加压杆11和螺栓孔对应位置的加压杆12起到二次加压作用。锁模环5，与顶模水冷环4一起对轮辋的挤压变形和逐层凝固起到作用。
[0018] U型管8内壁采用SiC材质外壁包裹铜质加热套，可经受铸造过程中的挤压压力，且可以保障铝液平顺通过且兼具保温作用。
[0019] U型管8在铝液加入端上沿高于铝车轮铸件最上端，保障铝液加入前有足够容积容纳铝液，U型管8在铝液加入端上管口节圆直径大于等于100mm。
[0020] U型管8中间段设置截流阀9，通过与铸造设备PLC信号连接得以控制，在铝液通过U型管8完全挤入模具型腔且完成铸造泄压前截流铝液，以保持模具开模取件时U型管8充型端铝液液面维持在浇口杯内而不溢出。
[0021] 所述的U型管8在铝液充型段为截面面积递减，并与模具下方的浇口杯、浇口套相连。
[0022] 所述的锁模环5为35CrMo材质一体铸造，其内壁斜度15°并与边模外壁环形面在接触时保持贴合一致。
[0023] 所述的锁模环5由独立于铸造设备加压装置之外的独立油缸控制加压，保障锁模环足够驱动力抵达制定位置，在最大挤压力1000MPa下锁住边模不开启，并对铝车轮轮辋凝固过程中启动挤压成形的压力作用。
[0024] 顶模上方设有双进双出的水冷环，其型腔截面直径8-10mm，环形水冷通道距离铝车轮轮辋铸件最上端距离20-40mm。水冷环在铝液充满型腔之时开启，约30-60秒后完成轮辋整体凝固过程后关闭。
[0025] 铝车轮中心部位加压杆分为中心加压杆11和螺栓孔对位位置的加压杆12。中心加压杆11直径至少30mm，最大不超过铝车轮中心孔产品加工线。螺栓孔对应位置的加压杆12直径至少10mm，最大不超过螺栓孔直径。
[0026] 铝车轮中心部位加压杆的加压行程需经过计算满足能够挤入到铸件中并起到补缩效果的铝液，其体积至少满足轮心体积的5%。
[0027] 所述的挤压铸造底模，材质H13加工成形后需再经过表面热浸涂和微弧氧化处理，生成的致密陶瓷可无需模具表面涂料的保护，也能够完成保持铸件表面质量的作用。
