镁、铝合金车轮液态模锻成形模具设计

杨金岭　杨　荔

(①中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇岛 066011；②河北北方学院检验学院 河北 张家口 075000)



镁、铝合金车轮液态模锻成形模具设计

杨金岭①杨荔②

(①中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇岛 066011；②河北北方学院检验学院 河北 张家口 075000)

通过对镁、铝合金车轮液态模锻成形模具进行设计和液态模锻镁、铝合金车轮成形工艺的研究，介绍了液态模锻成型工艺技术特点和工艺流程，并揭示了镁、铝合金车轮液态模锻成形优越性。

镁、铝合金车轮；液态模锻；模具结构设计；液态模锻工艺

汽车车轮是汽车悬挂系统的重要安全部件，它负担承载车重，传递动力，承受冲击和轮胎散热等功能，同时是运动安全部件。镁、铝合金材料车轮由于有足够的强度和刚度以及良好的导热能力，重量轻、外观美观备受市场青睐。国内传统镁、铝合金车轮毛坯制造大都是低压铸造，中信戴卡公司是国内第一家镁、铝合金车轮低压铸造大批量生产企业，2002年中信戴卡公司又引进国外先进装备开始成为国内第一家锻造镁、铝合金车轮批量生产企业。低压铸造镁、铝合金车轮由于价格便宜，在国内很受客户青睐。但由于低压铸造技术本身的原因其在生产中时时会出现气孔、夹杂等缺陷，造成其成品率略低性能略差。锻造镁、铝合金车轮是一种新型成形工艺，凭借其组织致密均匀、表面光滑、壁薄、质量轻，而且可承受较大的压力等优点多被高档轿车上采用。但由于锻造镁、铝合金车轮模具多，所以价格略高，大多是欧美高级轿车上使用，国内汽车企业问津的较少。近年来随着科学技术的进步，液态模锻技术在国外逐渐流行并在企业中逐渐应用，笔者公司也在这方面进行了模具设计和工艺研究。大大地缩短了轮毂生产周期，也减少了设备和人力占用时间。

1　镁、铝合金车轮液态模锻技术

液态模锻也叫挤压铸造。镁、铝合金车轮液态模锻工艺是介于低压铸造工艺和锻造工艺之间的一种镁、铝合金车轮成型工艺技术，它是通过将熔炼后融熔的液态金属挤压入热态模具中，液体金属在模具的外界压力作用下将从液态流变充型到结晶凝固变成固态毛坯的一种金属成形方法或过程。它有锻造工艺的产品性能好、组织致密度高优点，兼有铸造工艺的工艺简单、容易成型特点。设计了一种能成形镁、铝合金车轮液态模锻工艺而需要的模具。

2　镁、铝合金车轮液态模锻技术特点

内部组织致密度高，晶粒细化，表面光滑，一次成型生产效率高，材料消耗低，节能环保。

3　镁、铝合金车轮液态模锻工艺流程

镁、铝合金车轮液态模锻成型工艺过程由5道工序完成。流程图如图1。

4　镁、铝合金车轮液态模锻模具结构设计

4.1镁、铝合金车轮液态模锻模具结构

所设计的镁、铝合金车轮液态模锻模具如图2所示。弹簧1置于导柱5中，导板和顶杆固定板4通过螺栓将大顶料杆10和小顶杆25固定在卸料板28中，上模芯11通过连接螺杆9固定在上模固定板8下，锁模块24通过螺栓固定在上模固定板8下，斜导柱7通过螺栓固定在上连接板6和上模固定板8的空腔中同液压缸组合件15一同起到将边模13合模和分模作用，固定板14起到固定液压缸组合件15作用辅助边模13合模和分模作用(液压缸系统的动作需要通过PLC来控制，并且一定要保证液压缸活塞杆活动与压力机滑块动作配合相吻合)，边模导轨16与压板17连接，压板17与下模23、底板18通过螺栓连接，冲压导套22与底板18通过螺栓连接起对液态压头21导向作用。

4.2镁、铝合金车轮液态模锻模具结构组成

(1)成型机构：包括上模芯11、下模23、边模13、下压头21。

(2)导向机构：包括斜导柱7、边模导轨16、导柱5、小导柱26。

(3)开、合模机构：包括液压缸系统14、斜导柱7、边模导轨16、固定板14、锁模块24。

(4)卸料机构：包括大顶料杆10、小顶杆25、弹簧1、卸料板28。

4.3模具成型型腔设计要求

毛坯内壁单面留加工余量1 mm，毛坯外壁单面留加工余量1 mm。

5　镁、铝合金车轮液态模锻模具结构创新点

(1)巧妙地利用斜导柱7和锁模块24、液压缸系统14部件的多向合力作用下将边模13合模和锁紧。

(2)巧妙地利用卸料顶出机构：弹簧1 、卸料板28、大顶料杆10、小顶杆25解决了毛坯12无法脱模问题。

6　镁、铝合金车轮液态模锻模具具体工作实施过程

(1)模具工作前预热。将机台上的热态模具毛坯成型表面喷涂水基润滑剂。

(2)在压力机滑块带动下导板和顶杆固定板4带动上模芯11下行压实，同时利用斜导柱7和锁模块24、液压缸系统(14、15)多项合力作用下将边摸13合模和锁紧(见图2)(液压缸系统动作需要通过PLC来控制，并且一定要保证液压缸活塞杆活动与压力机滑块动作配合吻合)。

(3)熔炼后熔融的液态铝合金在冲压导套22中通过液压顶杆21注入铝合金车轮液态模锻模具型腔，并挤压熔融的铝合金液态流变充型到结晶凝固变成固态毛坯(见图2)。

(4)保温保压，在压力机滑块带动下导板和顶杆固定板4带动上模芯11上行，在斜导柱7和液压缸系统(14、15)作用下边模13分模，当达到毛坯脱模高度后，压力机上顶杆作用于卸料板28，其带动大顶料杆9和小顶杆21将毛坯11顶出落到毛坯托盘上(见图3、4)。当压力机上顶杆回上位时，在弹簧1作用下卸料板28回位置于上大板3中处在等待下一次工作状态。液态模锻工艺成形铝合金车轮毛坯机加后成品图见图5。

7　结语

本文就镁、铝合金车轮液态模锻模具结构设计和对镁、铝合金车轮液态模锻成形工艺研究分析表明：镁、铝合金车轮液态模锻模具成形工艺特点是模具少，毛坯内部组织致密、晶粒细化，成品轮性能达到客户要求，镁、铝合金车轮液态模锻工艺可行，大大地缩短了轮毂生产周期，也减少了设备和人力占用时间。可能会成为车轮行业提高性能、降低成本优化发展的趋势。

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Magnesium, aluminum alloy wheels liquid die forging forming die design

YANG Jinling①，YANG Li②

(①CITIC Dicastal Co., Ltd., Qinhuangdao 066011, CHN;②Inspection School of Hebei North University, Zhangjiakon 075000,CHN)

Through research on the design of magnesium, aluminum alloy wheel liquid die forging forming mold and liquid die forging forming process of magnesium, aluminum alloy wheel, introduces the characteristics and technological process of liquid die forging forming technology, and reveals the magnesium, aluminum alloy wheel liquid die forging forming superiority.

magnesium, aluminum alloy wheels; liquid die forging; mould structure design; liquid die forging technology

TG316.3

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.10.035

杨金岭，男，1965年生，高级工程师，主要从事模具、工装、旋压设计及工艺技术研究和管理，已获授专利20余项，发表论文20多篇。

(编辑孙德茂)

2016-03-29)

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