本發(fā)明屬于金屬鑄造成形工藝及模具領(lǐng)域，具體為一種集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造裝置及方法。

背景技術(shù)：

通常情況下，工廠采用低壓鑄造工藝生產(chǎn)輪轂鑄件。但是，傳統(tǒng)低壓鑄造生產(chǎn)的零件常常存在屈服強(qiáng)度和延伸率較低等問題。傳統(tǒng)低壓鑄造生產(chǎn)的輪轂在輪心部位、輪輞部位以及輪輻和輪輞交接位置往往縮孔疏松傾向較大。

當(dāng)前，輪轂低壓鑄造模具，一般只含有單純的水冷或風(fēng)冷，且通常只是憑經(jīng)驗(yàn)在鑄件周圍的模具中布置冷卻管道。這種憑經(jīng)驗(yàn)布置的管道位置常常不是最合理的位置，對(duì)所生產(chǎn)鑄件的綜合力學(xué)性能的提高十分有限。且不能根據(jù)工藝要求，對(duì)模具的特定部位實(shí)現(xiàn)合理的溫度控制。因此，傳統(tǒng)低壓鑄造方法難以有效解決輪心部位、輪輞部位以及輪輻和輪輞交接位置處易產(chǎn)生收縮缺陷等問題。

圖1表示不同時(shí)刻，輪轂中金屬液的分布情況(以四分之一輪轂為例)。其中，半透明區(qū)域表示已凝固區(qū)域，深色區(qū)域表示未凝固區(qū)域，t1，t2，t3，t4表示不同時(shí)間點(diǎn)，0<t1<t2<t3<t4。圖中，在t1時(shí)刻，金屬液恰好完全充滿金屬型腔。在t2時(shí)刻，輪輞中部完全凝固，從而使得輪輞上部產(chǎn)生縮孔疏松缺陷的潛在可能性增大。在t3時(shí)刻，輪輻中部完全凝固，使得輪輻與輪輞交接處的孤立熔池內(nèi)金屬液無法得到補(bǔ)縮，從而使得該部位產(chǎn)生縮孔疏松缺陷的潛在可能性增大。可以發(fā)現(xiàn)，輪輞中部的凍斷及輪輻中部的凍斷導(dǎo)致孤立熔池內(nèi)產(chǎn)生縮孔疏松可能性增大。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510395442.5的中國(guó)專利提出采用低壓充型與擠壓凝固相結(jié)合的工藝方法生產(chǎn)輪轂鑄件，為提高輪轂件的力學(xué)性能提供了一個(gè)科學(xué)的解決方案。但該專利中沒有給出應(yīng)對(duì)輪輻與輪輞交接處的孤立熔池內(nèi)金屬液無法補(bǔ)縮的解決方法。

輪轂的傳統(tǒng)制造工藝是低壓鑄造。低壓鑄造輪轂的輪輻、輪心以及輪輻和輪輞交接處等部位的力學(xué)性能較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造裝置及方法，本發(fā)明根據(jù)工藝要求，在金屬液充入型腔前，利用加熱管預(yù)熱模具的輪輻中部位置，當(dāng)金屬液充型完畢，利用強(qiáng)散熱冷卻水管道與普通冷卻水管道相結(jié)合的方式冷卻模具的熱節(jié)位置，同時(shí)，利用脈沖磁場(chǎng)的作用來破碎輪輻中部較早形成的枝晶，以保證金屬液補(bǔ)縮通道的暢通并細(xì)化晶粒，并且在脈沖磁場(chǎng)的作用下，輪輞及輪心部位較早形成的枝晶也被破碎，晶粒得到細(xì)化；進(jìn)而，實(shí)現(xiàn)輪轂鑄件在擠壓壓力下順序凝固的目的，最終，減小鑄件縮孔縮松等缺陷，細(xì)化鑄件晶粒尺寸，提高鑄件綜合力學(xué)性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造裝置，包括上模1、冷卻水管2、脈沖磁場(chǎng)3、側(cè)模4、強(qiáng)散熱冷卻水管5、下模6、工作臺(tái)7、擠壓沖頭8、上模固定板9、頂桿10、導(dǎo)軌11、加熱管12、鑄件13、澆口杯14、升液管15、溫度傳感器16和封口裝置17；

連接關(guān)系為：工作臺(tái)7上固定著下模6及分布在下模6四周的四個(gè)導(dǎo)軌11，每個(gè)導(dǎo)軌11上安裝著一個(gè)能夠沿導(dǎo)軌11滑動(dòng)的側(cè)模4；上模固定板9的上部固定在主液壓機(jī)橫梁上，上模固定板9的下部剛性固定著上模1，在主液壓油缸作用下，上模固定板9及上模1上下移動(dòng)；擠壓沖頭8的上部連接著擠壓油缸的下端，擠壓油缸剛性固定在上模固定板9上，當(dāng)金屬液充滿鑄件型腔后，擠壓沖頭8在擠壓油缸作用下向下移動(dòng)并擠壓金屬液；鑄件13被頂出后，擠壓沖頭8在擠壓油缸作用下向上移動(dòng)到設(shè)定的初始位置；頂桿10的上部連接頂桿油缸的下端，頂桿油缸剛性固定在上模固定板9上，頂桿10在頂桿油缸作用下，能夠上下滑動(dòng)；充型時(shí)，頂桿10位于初始設(shè)定位置；鑄件13凝固后，頂桿10在頂桿油缸作用下，向下移動(dòng)并將鑄件13頂出；澆口杯14位于下模6的中心部，澆口杯14的下端連接封口裝置17，澆口杯14的上端連接鑄件型腔的底部；封口裝置17固定于工作臺(tái)7的中部，封口裝置17的上端連接澆口杯14的下部，封口裝置17的下端連接升液管15的上端，升液管15的下端浸沒在金屬液中；金屬液充型時(shí)，封口裝置17處于開啟位置，此時(shí)，金屬液通過升液管15、封口裝置17及澆口杯14進(jìn)入鑄件型腔；充型完畢后，封口裝置17封閉澆口杯14的底部；

上模1的下表面、擠壓沖頭8的下表面、頂桿10的下表面、四個(gè)側(cè)模4的內(nèi)表面、澆口杯14的內(nèi)表面及封口裝置17的上表面共同圍成的幾何空腔稱為鑄件型腔；

所述上模1及側(cè)模4的熱節(jié)易產(chǎn)生的輪輞與輪輻交接位置處設(shè)置有強(qiáng)散熱冷卻水管5；上模1、側(cè)模4和下模6的內(nèi)輪緣附近位置、外輪緣附近位置以及輪心附近位置設(shè)置有冷卻水管2；所述強(qiáng)散熱冷卻水管5和冷卻水管2均與智能控制系統(tǒng)連接；

所述上模1和下模4的輪輻中部位置設(shè)置有加熱管12，加熱管12與智能控制系統(tǒng)連接；

所述上模1、下模4和側(cè)模6的輪輞中部位置、輪輻中部位置和輪心外側(cè)位置設(shè)置有脈沖磁場(chǎng)3，脈沖磁場(chǎng)3與智能控制系統(tǒng)連接；

所述側(cè)模6上部的內(nèi)輪緣位置附近、下模4外側(cè)的外輪緣位置附近、上模1和下模4的輪輻中部位置附近設(shè)置有溫度傳感器16，溫度傳感器16與智能控制系統(tǒng)連接；

生產(chǎn)過程中，閉合上模1及側(cè)模4，鎖上模1及側(cè)模4，給金屬液施壓，使金屬液依次通過升液管15、封口裝置17、澆口杯14進(jìn)入鑄件型腔；當(dāng)金屬液充滿鑄件型腔后，封口裝置17將澆口杯14底部封閉；隨后，鑄件型腔內(nèi)的金屬液在擠壓沖頭8的擠壓下，并在冷卻水管2、脈沖磁場(chǎng)3、強(qiáng)散熱冷卻水管5及加熱管12的作用下凝固成為鑄件13。

所述集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造裝置的鑄造方法，包括如下步驟：

步驟一：在澆口杯14處放置過濾網(wǎng)，合側(cè)模4，合上模1，鎖上模1及側(cè)模4；

步驟二：?jiǎn)?dòng)加熱管12，預(yù)熱上模1和下模6所對(duì)應(yīng)輪輻中部的位置，與此同時(shí)，溫度傳感器16將所測(cè)模具對(duì)應(yīng)輪輻中部位置的溫度值反饋給智能控制系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到智能控制系統(tǒng)所設(shè)定溫度值時(shí)，關(guān)閉加熱管12；在凝固過程中，當(dāng)溫度傳感器16所測(cè)模具對(duì)應(yīng)輪輻中部位置的溫度值小于智能控制系統(tǒng)所設(shè)定溫度值時(shí)，再次啟動(dòng)加熱管12；

步驟三：對(duì)金屬液加壓，金屬液在壓力作用下依次通過升液管15封口裝置17及澆口杯14進(jìn)入鑄件型腔；在充型過程中，位于型腔上部的溫度傳感器16會(huì)將測(cè)量到的溫度值反饋給智能控制系統(tǒng)，當(dāng)溫度傳感器16測(cè)得的溫度值達(dá)到智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，金屬液充滿鑄件型腔，智能控制系統(tǒng)會(huì)控制封口裝置17將澆口杯14底部封死；

步驟四：開啟脈沖磁場(chǎng)3，同時(shí)，擠壓沖頭8下移，擠壓金屬液，與此同時(shí)，啟動(dòng)位于內(nèi)輪緣處的冷卻水管2，啟動(dòng)位于輪輞與輪輻交接處的強(qiáng)散熱冷卻水管5；啟動(dòng)位于輪心處的冷卻水管2；當(dāng)冷卻水管2以及強(qiáng)散熱冷卻水管5所分別對(duì)應(yīng)的溫度傳感器16測(cè)量值低于智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，智能控制系統(tǒng)按照由上至下、由外至內(nèi)的順序，減少普通冷卻水管2以及強(qiáng)散熱冷卻水管5中水的流量；當(dāng)輪輞與輪輻交接處的溫度傳感器16的測(cè)量值低于智能控制系統(tǒng)的某一設(shè)定值時(shí)，此時(shí)，輪輞與輪輻交接處的金屬液完全凝固，停止對(duì)輪輻中部的加熱管12加熱；當(dāng)保壓時(shí)間達(dá)到智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，此時(shí)，擠壓沖頭8停止對(duì)輪心部位的金屬液補(bǔ)壓，停止擠壓鑄件13；當(dāng)冷卻時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉強(qiáng)散熱冷卻水管5及冷卻水管2；

步驟五：解鎖上模1及側(cè)模4，開側(cè)模4，開上模1，頂出鑄件13。

和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能實(shí)現(xiàn)模具特定部位的加熱和冷卻。從而根據(jù)工藝要求，控制模具不同部位的溫度，達(dá)到使鑄件順序凝固的目的，減少鑄件的縮孔縮松缺陷。

(2)通過脈沖磁場(chǎng)破碎輪輻中部的枝晶，保持金屬液補(bǔ)縮通道的暢通，從而實(shí)現(xiàn)鑄件的壓力下凝固，有效對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。同時(shí)，脈沖磁場(chǎng)還可破碎輪輞、輪心部位的枝晶，細(xì)化晶粒，提高鑄件力學(xué)性能。

(3)擠壓壓力可提高鑄件的散熱條件，同時(shí)，冷卻水管的冷卻也能提高鑄件的散熱條件。因此，該集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造模具及工藝能有效縮短鑄件的生產(chǎn)周期。

附圖說明

圖1為不同時(shí)刻，輪轂中金屬液的分布情況(以四分之一輪轂為例)，其中，圖1(a)為t1時(shí)刻金屬液的分布，圖1(b)為t2時(shí)刻金屬液的分布，圖1(c)為t3時(shí)刻金屬液的分布，圖1(d)為t4時(shí)刻金屬液的分布。

圖2(a)為本發(fā)明集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造裝置圖。

圖2(b)為圖2(a)的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖2中圖2a和圖2b所示，本發(fā)明一種集成精確溫控及脈沖磁場(chǎng)的輪轂擠壓鑄造裝置，包括上模1、冷卻水管2、脈沖磁場(chǎng)3、側(cè)模4、強(qiáng)散熱冷卻水管5、下模6、工作臺(tái)7、擠壓沖頭8、上模固定板9、頂桿10、導(dǎo)軌11、加熱管12、鑄件13、澆口杯14、升液管15、溫度傳感器16和封口裝置17；

各部件的連接關(guān)系為：工作臺(tái)7上固定著下模6及分布在下模6四周的四個(gè)導(dǎo)軌11，每個(gè)導(dǎo)軌11上安裝著一個(gè)能夠沿導(dǎo)軌11滑動(dòng)的側(cè)模4；上模固定板9的上部固定在主液壓機(jī)橫梁上，上模固定板9的下部剛性固定著上模1，在主液壓油缸作用下，上模固定板9及上模1上下移動(dòng)；擠壓沖頭8的上部連接著擠壓油缸的下端，擠壓油缸剛性固定在上模固定板9上，當(dāng)金屬液充滿鑄件型腔后，擠壓沖頭8在擠壓油缸作用下向下移動(dòng)并擠壓金屬液；鑄件13被頂出后，擠壓沖頭8在擠壓油缸作用下向上移動(dòng)到設(shè)定的初始位置；頂桿10的上部連接頂桿油缸的下端，頂桿油缸剛性固定在上模固定板9上，頂桿10在頂桿油缸作用下，能夠上下滑動(dòng)；充型時(shí)，頂桿10位于初始設(shè)定位置；鑄件13凝固后，頂桿10在頂桿油缸作用下，向下移動(dòng)并將鑄件13頂出；澆口杯14位于下模6的中心部，澆口杯14的下端連接封口裝置17，澆口杯14的上端連接鑄件型腔的底部；封口裝置17固定于工作臺(tái)7的中部，封口裝置17的上端連接澆口杯14的下部，封口裝置17的下端連接升液管15的上端，升液管15的下端浸沒在金屬液中；金屬液充型時(shí)，封口裝置17處于開啟位置，此時(shí)，金屬液通過升液管15、封口裝置17及澆口杯14進(jìn)入鑄件型腔；充型完畢后，封口裝置17封閉澆口杯14的底部；

上模1的下表面、擠壓沖頭8的下表面、頂桿10的下表面、四個(gè)側(cè)模4的內(nèi)表面、澆口杯14的內(nèi)表面及封口裝置17的上表面共同圍成的幾何空腔稱為鑄件型腔；

所述上模1及側(cè)模4的熱節(jié)易產(chǎn)生的輪輞與輪輻交接位置處設(shè)置有強(qiáng)散熱冷卻水管5；上模1、側(cè)模4和下模6的內(nèi)輪緣附近位置、外輪緣附近位置以及輪心附近位置設(shè)置有冷卻水管2；所述強(qiáng)散熱冷卻水管5和冷卻水管2均與智能控制系統(tǒng)連接；

所述上模1和下模4的輪輻中部位置設(shè)置有加熱管12，加熱管12與智能控制系統(tǒng)連接；

所述上模1、下模4和側(cè)模6的輪輞中部位置、輪輻中部位置和輪心外側(cè)位置設(shè)置有脈沖磁場(chǎng)3，脈沖磁場(chǎng)3與智能控制系統(tǒng)連接；

所述側(cè)模6上部的內(nèi)輪緣位置附近、下模4外側(cè)的外輪緣位置附近、上模1和下模4的輪輻中部位置附近設(shè)置有溫度傳感器16，溫度傳感器16與智能控制系統(tǒng)連接；

生產(chǎn)過程中，閉合上模1及側(cè)模4，鎖上模1及側(cè)模4，給金屬液施壓，使金屬液依次通過升液管15、封口裝置17、澆口杯14進(jìn)入鑄件型腔；當(dāng)金屬液充滿鑄件型腔后，封口裝置17將澆口杯14底部封閉；隨后，鑄件型腔內(nèi)的金屬液在擠壓沖頭8的擠壓下，并在冷卻水管2、脈沖磁場(chǎng)3、強(qiáng)散熱冷卻水管5及加熱管12的作用下凝固成為鑄件13。

本發(fā)明的方法步驟為：

步驟一：在澆口杯14處放置過濾網(wǎng)，合側(cè)模4，合上模1，鎖上模1及側(cè)模4；

步驟二：?jiǎn)?dòng)加熱管12，預(yù)熱上模1和下模6所對(duì)應(yīng)輪輻中部的位置，與此同時(shí)，溫度傳感器16將所測(cè)模具對(duì)應(yīng)輪輻中部位置的溫度值反饋給智能控制系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到智能控制系統(tǒng)所設(shè)定溫度值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定溫度值為150℃至700℃范圍內(nèi)的某一數(shù)值，關(guān)閉加熱管12；在凝固過程中，當(dāng)溫度傳感器16所測(cè)模具對(duì)應(yīng)輪輻中部位置的溫度值小于智能控制系統(tǒng)所設(shè)定溫度值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定溫度值為150℃至700℃范圍內(nèi)的某一數(shù)值，再次啟動(dòng)加熱管12；

步驟三：對(duì)金屬液加壓，金屬液在壓力作用下依次通過升液管15封口裝置17及澆口杯14進(jìn)入鑄件型腔；在充型過程中，位于型腔上部的溫度傳感器16會(huì)將測(cè)量到的溫度值反饋給智能控制系統(tǒng)，當(dāng)溫度傳感器16測(cè)得的溫度值達(dá)到智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定溫度值為150℃至700℃范圍內(nèi)的某一數(shù)值，金屬液充滿鑄件型腔，智能控制系統(tǒng)會(huì)控制封口裝置17將澆口杯14底部封死；

步驟四：開啟脈沖磁場(chǎng)3，同時(shí)，擠壓沖頭8下移，擠壓金屬液，與此同時(shí)，啟動(dòng)位于內(nèi)輪緣處的冷卻水管2，啟動(dòng)位于輪輞與輪輻交接處的強(qiáng)散熱冷卻水管5；啟動(dòng)位于輪心處的冷卻水管2；當(dāng)冷卻水管2以及強(qiáng)散熱冷卻水管5所分別對(duì)應(yīng)的溫度傳感器16測(cè)量值低于智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定溫度值為150℃至700℃范圍內(nèi)的某一數(shù)值，智能控制系統(tǒng)按照由上至下、由外至內(nèi)的順序，減少普通冷卻水管2以及強(qiáng)散熱冷卻水管5中水的流量；當(dāng)輪輞與輪輻交接處的溫度傳感器16的測(cè)量值低于智能控制系統(tǒng)的某一設(shè)定值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定溫度值為150℃至700℃范圍內(nèi)的某一數(shù)值，此時(shí)，輪輞與輪輻交接處的金屬液完全凝固，停止對(duì)輪輻中部的加熱管12加熱；當(dāng)保壓時(shí)間達(dá)到智能控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定時(shí)間值為20s至400s范圍內(nèi)的某一數(shù)值，此時(shí)，擠壓沖頭8停止對(duì)輪心部位的金屬液補(bǔ)壓，停止擠壓鑄件13；當(dāng)冷卻時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，如當(dāng)金屬液為a356鋁合金時(shí)，該設(shè)定時(shí)間值為20s至400s范圍內(nèi)的某一數(shù)值，關(guān)閉強(qiáng)散熱冷卻水管5及冷卻水管2；

步驟五：解鎖上模1及側(cè)模4，開側(cè)模4，開上模1，頂出鑄件13。