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鋁合金車輪擠壓鑄造工藝
來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2006/7/25 15:53:49

摘 要 采用擠壓鑄造代替壓力鑄造生產(chǎn)鋁合金車輪,不僅克服了壓鑄件內(nèi)部容易形成氣孔和氧化夾雜的缺陷,而且提高了成品率及材料利用率。介紹了鋁合金車輪擠壓鑄造的模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù),分析了擠壓鑄造的工藝參數(shù)及選擇依據(jù)。
關(guān)鍵詞:鋁合金車輪 擠壓鑄造 模具結(jié)構(gòu)

目前,國(guó)內(nèi)卡丁車(類似碰碰車)都從國(guó)外進(jìn)口,其中鋁合金車輪是一個(gè)重要零件。過(guò)去,國(guó)外采用壓力鑄造生產(chǎn)該鑄件,鑄件質(zhì)量差,且成品率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大。針對(duì)該鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能要求,如何提高其產(chǎn)品質(zhì)量、降低原材料消耗、節(jié)約能源、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及降低鑄件成本,是當(dāng)前生產(chǎn)中的關(guān)鍵。從研制的情況可知,采用擠壓鑄造代替壓力鑄造是今后制造鋁合金車輪行之有效的工藝。

1 車輪材料、要求及鑄件設(shè)計(jì)

圖1所示為鋁合金車輪零件圖。車輪不僅有較高的性能要求,而且形狀十分復(fù)雜。


圖1 車輪零件圖

車輪材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為: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,其余為Al。力學(xué)性能要求:σb>276 MPa,σs>115 MPa,σ>4.4%,HB>92。
該車輪內(nèi)外形的尺寸精度較高,都應(yīng)加放加工余量及余塊。按擠壓鑄造工藝的要求,把形狀復(fù)雜的車輪零件圖設(shè)計(jì)如圖2所示的鑄件圖。由該圖可見,為便于從鑄件內(nèi)孔脫出及簡(jiǎn)化模具加工,把原來(lái)的階梯軸孔設(shè)計(jì)成圓柱形中心孔,其直徑為φ30 mm,內(nèi)壁斜度為3°[1]。


圖2 車輪鑄件圖

2 模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)[1]

2.1 擠壓鑄造模具結(jié)構(gòu)

鋁合金車輪擠壓鑄造的模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。它主要有凸模、右凹模、頂桿鑲塊和左凹模組成所要求的型腔。左凹模和右凹模分別固定在左凹模定模板和右凹模動(dòng)模板上,左凹模定模板用螺釘緊固在下模板上,右凹模動(dòng)模板經(jīng)過(guò)側(cè)缸在導(dǎo)柱上實(shí)施開啟及閉合。


圖3 車輪擠壓鑄造模具
1.上模板 2.凸模固定板 3.凸 模 4.導(dǎo) 柱 5.右凹模 6.右凹模動(dòng)模板
7.墊 板 8.下模板 9.頂桿鑲塊 10.左凹模 11.左凹模定模板

采用2000 kN油壓機(jī)改裝進(jìn)行擠壓鑄造,其工作過(guò)程是:將定量的合金熔液澆入型槽后,固定在活動(dòng)橫梁上的凸模以一定速度向下擠入型腔,壓力達(dá)一定數(shù)值后保壓;鋁合金凝固后卸壓,凸模通過(guò)工作缸的回程向上移動(dòng),頂桿鑲塊通過(guò)下頂缸從鑄件內(nèi)向下退出,直到全部脫離鑄件之后,再用側(cè)缸開啟右凹模,取出鑄件。

2.2 模具設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

(1) 間隙 凸模與左、右凹模之間的間隙要適當(dāng)。過(guò)小則因凸模與凹模的裝配誤差而相碰或咬?。贿^(guò)大則合金熔液通過(guò)間隙噴出,造成事故;或者在間隙中產(chǎn)生縱向毛剌,減小加壓效果,阻礙卸料。合理的間隙與加壓開始時(shí)間、加壓速度、壓力大小、工件尺寸及金屬材料有關(guān)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),單邊間隙取0.1 mm。

(2) 脫模斜度 合金熔液在凸模壓力下凝固成鑄件,冷卻后緊包在凸模及頂桿鑲塊上。為了便于凸模及頂桿鑲塊脫出,故在凸模及頂桿鑲塊上設(shè)有3°的脫模斜度。由于鑄件外形呈圓狀,且分在左、右兩片凹模,只要右凹模向右移動(dòng)一定距離,鑄件就易從左凹模取出,故不必設(shè)置脫模斜度。

(3) 排氣 在左、右兩片凹模完全閉合后,合金熔液因緩慢地澆入型腔,型腔中氣體可基本排出。擠壓鑄造時(shí),留在凸模導(dǎo)向部分的少量氣體,通過(guò)凸模與凹模之間的間隙排出。

(4) 模具材料 擠壓鑄造是在一定的壓力和一定的溫度下進(jìn)行的,不存在像壓鑄模那樣受到金屬液的沖刷。工作壓力比壓鑄時(shí)高,只要求模具在高溫下有一定的抗壓強(qiáng)度即可。另外,為了防止與合金熔液接觸的模具表面產(chǎn)生熱疲勞裂紋,左右凹模、凸模及頂桿鑲塊均采用3Cr2W8V合金模具鋼制造,熱處理后硬度為HRC48~52,型腔表面進(jìn)行軟氮化處理。

3 擠壓鑄造的工藝參數(shù)

擠壓鑄造是鑄鍛結(jié)合的工藝,其生產(chǎn)工藝過(guò)程是:合金的熔化、模具的準(zhǔn)備(清理、預(yù)熱、噴涂潤(rùn)滑劑)、金屬的澆注、液態(tài)金屬的加壓、壓力的保持、壓力的去除及鑄件的取出等。

為保證鑄件質(zhì)量,須合理選擇工藝參數(shù)[1~2]。

(1) 比壓 壓力大小對(duì)鑄件的物理力學(xué)性能、鑄造缺陷、組織、偏析、熔點(diǎn)及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的單位壓力是很重要的。如果比壓過(guò)小,鑄件表面與內(nèi)在質(zhì)量都不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)<

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