鎂、鋁合金車輪液態模鍛成形模具設計

楊金嶺　楊　荔

(①中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011；②河北北方學院檢驗學院 河北 張家口 075000)

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鎂、鋁合金車輪液態模鍛成形模具設計

楊金嶺①楊荔②

(①中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011；②河北北方學院檢驗學院 河北 張家口 075000)

通過對鎂、鋁合金車輪液態模鍛成形模具進行設計和液態模鍛鎂、鋁合金車輪成形工藝的研究，介紹了液態模鍛成型工藝技術特點和工藝流程，并揭示了鎂、鋁合金車輪液態模鍛成形優越性。

鎂、鋁合金車輪；液態模鍛；模具結構設計；液態模鍛工藝

汽車車輪是汽車懸掛系統的重要安全部件，它負擔承載車重，傳遞動力，承受沖擊和輪胎散熱等功能，同時是運動安全部件。鎂、鋁合金材料車輪由于有足夠的強度和剛度以及良好的導熱能力，重量輕、外觀美觀備受市場青睞。國內傳統鎂、鋁合金車輪毛坯制造大都是低壓鑄造，中信戴卡公司是國內第一家鎂、鋁合金車輪低壓鑄造大批量生產企業，2002年中信戴卡公司又引進國外先進裝備開始成為國內第一家鍛造鎂、鋁合金車輪批量生產企業。低壓鑄造鎂、鋁合金車輪由于價格便宜，在國內很受客戶青睞。但由于低壓鑄造技術本身的原因其在生產中時時會出現氣孔、夾雜等缺陷，造成其成品率略低性能略差。鍛造鎂、鋁合金車輪是一種新型成形工藝，憑借其組織致密均勻、表面光滑、壁薄、質量輕，而且可承受較大的壓力等優點多被高檔轎車上采用。但由于鍛造鎂、鋁合金車輪模具多，所以價格略高，大多是歐美高級轎車上使用，國內汽車企業問津的較少。近年來隨著科學技術的進步，液態模鍛技術在國外逐漸流行并在企業中逐漸應用，筆者公司也在這方面進行了模具設計和工藝研究。大大地縮短了輪轂生產周期，也減少了設備和人力占用時間。

1　鎂、鋁合金車輪液態模鍛技術

液態模鍛也叫擠壓鑄造。鎂、鋁合金車輪液態模鍛工藝是介于低壓鑄造工藝和鍛造工藝之間的一種鎂、鋁合金車輪成型工藝技術，它是通過將熔煉后融熔的液態金屬擠壓入熱態模具中，液體金屬在模具的外界壓力作用下將從液態流變充型到結晶凝固變成固態毛坯的一種金屬成形方法或過程。它有鍛造工藝的產品性能好、組織致密度高優點，兼有鑄造工藝的工藝簡單、容易成型特點。設計了一種能成形鎂、鋁合金車輪液態模鍛工藝而需要的模具。

2　鎂、鋁合金車輪液態模鍛技術特點

內部組織致密度高，晶粒細化，表面光滑，一次成型生產效率高，材料消耗低，節能環保。

3　鎂、鋁合金車輪液態模鍛工藝流程

鎂、鋁合金車輪液態模鍛成型工藝過程由5道工序完成。流程圖如圖1。

4　鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具結構設計

4.1鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具結構

所設計的鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具如圖2所示。彈簧1置于導柱5中，導板和頂桿固定板4通過螺栓將大頂料桿10和小頂桿25固定在卸料板28中，上模芯11通過連接螺桿9固定在上模固定板8下，鎖模塊24通過螺栓固定在上模固定板8下，斜導柱7通過螺栓固定在上連接板6和上模固定板8的空腔中同液壓缸組合件15一同起到將邊模13合模和分模作用，固定板14起到固定液壓缸組合件15作用輔助邊模13合模和分模作用(液壓缸系統的動作需要通過PLC來控制，并且一定要保證液壓缸活塞桿活動與壓力機滑塊動作配合相吻合)，邊模導軌16與壓板17連接，壓板17與下模23、底板18通過螺栓連接，沖壓導套22與底板18通過螺栓連接起對液態壓頭21導向作用。

4.2鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具結構組成

(1)成型機構：包括上模芯11、下模23、邊模13、下壓頭21。

(2)導向機構：包括斜導柱7、邊模導軌16、導柱5、小導柱26。

(3)開、合模機構：包括液壓缸系統14、斜導柱7、邊模導軌16、固定板14、鎖模塊24。

(4)卸料機構：包括大頂料桿10、小頂桿25、彈簧1、卸料板28。

4.3模具成型型腔設計要求

毛坯內壁單面留加工余量1 mm，毛坯外壁單面留加工余量1 mm。

5　鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具結構創新點

(1)巧妙地利用斜導柱7和鎖模塊24、液壓缸系統14部件的多向合力作用下將邊模13合模和鎖緊。

(2)巧妙地利用卸料頂出機構：彈簧1 、卸料板28、大頂料桿10、小頂桿25解決了毛坯12無法脫模問題。

6　鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具具體工作實施過程

(1)模具工作前預熱。將機臺上的熱態模具毛坯成型表面噴涂水基潤滑劑。

(2)在壓力機滑塊帶動下導板和頂桿固定板4帶動上模芯11下行壓實，同時利用斜導柱7和鎖模塊24、液壓缸系統(14、15)多項合力作用下將邊摸13合模和鎖緊(見圖2)(液壓缸系統動作需要通過PLC來控制，并且一定要保證液壓缸活塞桿活動與壓力機滑塊動作配合吻合)。

(3)熔煉后熔融的液態鋁合金在沖壓導套22中通過液壓頂桿21注入鋁合金車輪液態模鍛模具型腔，并擠壓熔融的鋁合金液態流變充型到結晶凝固變成固態毛坯(見圖2)。

(4)保溫保壓，在壓力機滑塊帶動下導板和頂桿固定板4帶動上模芯11上行，在斜導柱7和液壓缸系統(14、15)作用下邊模13分模，當達到毛坯脫模高度后，壓力機上頂桿作用于卸料板28，其帶動大頂料桿9和小頂桿21將毛坯11頂出落到毛坯托盤上(見圖3、4)。當壓力機上頂桿回上位時，在彈簧1作用下卸料板28回位置于上大板3中處在等待下一次工作狀態。液態模鍛工藝成形鋁合金車輪毛坯機加后成品圖見圖5。

7　結語

本文就鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具結構設計和對鎂、鋁合金車輪液態模鍛成形工藝研究分析表明：鎂、鋁合金車輪液態模鍛模具成形工藝特點是模具少，毛坯內部組織致密、晶粒細化，成品輪性能達到客戶要求，鎂、鋁合金車輪液態模鍛工藝可行，大大地縮短了輪轂生產周期，也減少了設備和人力占用時間。可能會成為車輪行業提高性能、降低成本優化發展的趨勢。

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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

楊金嶺，男，1965年生，高級工程師，主要從事模具、工裝、旋壓設計及工藝技術研究和管理，已獲授專利20余項，發表論文20多篇。

(編輯孫德茂)

2016-03-29)

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