专利名称：铝车轮的铸锻工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车及其它类型机动车的铝合金车轮制造技术领域，具体是指一种用“铸坯锻造”取代传统“锻坯锻造”的铝车轮的铸锻工艺。
背景技术：
汽车铝车轮的制造一般有铸造、锻造、旋压轮辋、(板材)旋压和滚压技术等工艺。
铝轮传统的铸造工艺包括重力铸造和挤压铸造。前者通常是利用重力(没有任何附加压力)使金属液流动并充满型腔的一种方法。由于该铸造方法生产成本较低、外观造型自由度大、重量比铸坯轻和强度可靠等优点而被广泛应用。但由于该工艺仅靠重力将铝液充填型腔，较其它采用压力的铸造及锻造方法相比，其注入模具铝液后成形的坯料密度要小；同时为满足车轮强度而需要的大壁厚，增加了铝车轮的重量。
为满足铝车轮高强度和低重量的要求，与前述的重力铸造相比，挤压铸造使用高压快速将铝液充填型腔，以得到更高密度的产品。铝车轮用挤压铸造的生产成本要比重力铸造的成本要高些，原因就是它的性能优劣取决于压力的高低(即压力越高，机床成本就越高)，通常在O.E.M.及aftermarket销售的铝车轮一般都为“压力场”铸造产品。
除了重力铸造和挤压铸造外，还有旋压轮辋、(板材)旋压及滚压技术。这类方法制造的铝车轮成形过程是先用低压铸成铸坯，通过专门的机床对铸坯进行旋压，然后加热铸坯外部，再通过热滚压，将轮辋滚成最终宽度和形状。由此得到的轮辋部分，有同锻造车轮同等的强度，而无需更高的成本。
最后介绍一下锻造技术，此法通过巨大的压力，将固体的铝坯在锻模模腔内强压成形，最终的坯料无疑密度非常高，强度也很大，因此产品也可以非常轻。传统铝车轮的锻造方法，需经以下工序(1)熔炼，(2)铸成圆坯，(3)材料均质化，(4)挤压坯料，(5)切断，(6)加热，(7)锻压坯料，(8)加热，(9)初锻成形，(10)加热，(11)精锻，(12)去除飞边，(13)热处理，(14)荧光探伤，(15)机加工成形。通过这十五个步骤，显然可知传统的锻造方法耗时长、费材多。
对比上述的铸造及滚压法，锻造的加工成本及设备开发，极大限制了铝车轮锻造工艺的推广，导致市场上的锻造铝车轮非常少见，价格也十分昂贵。随着当今市场对铝车轮有着越来越高的性能要求，现有铸造和滚压的铝车轮也不能完全满足高性能的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种铝车轮的铸锻工艺。该工艺与传统的锻造方法相比，操作简易，综合成本明显降低，且铝车轮的产品性能与锻轮相当、甚至更高，同时该工艺便于重复生产，易于推广实施。
本发明的目的通过如下技术方案实现所述一种铝车轮的铸锻工艺包括车轮轮辐的铸锻工艺，包含以下步骤首先制出低压铸造或重力铸造轮辐，加热轮辐到材料的塑性变形温度，然后将加热过的轮辐放入锻模中进行高压锻造，接下来检测锻造轮辐是否有缺陷，再将经过锻压的轮辐机加工，成为轮辐半成品，最后将它与相应的轮辋组合成一个完整的车轮。
所述高压锻造是将加热的轮辐铸件压缩约5～20mm；所述低压铸造的压力大约在0.1～1kg/cm2，所述高压锻造的压力大约在500～1000kg/cm2；所述锻造轮辐缺陷检测采用荧光探伤，或其它已知的探伤技术；所述机加工轮辐指将轮辐加工到所要求的轮辐尺寸，另外还包括加工装配附件的尺寸，如中心孔、气门孔等；所述机加工好的轮辐与轮辋通过螺栓连接，或焊接成一个车轮；所述轮辐材料主要是由铝成份组成，一般还包括以下组成元素以质量百分比计，Si约6～8％，Mg约0.25～0.45％，Ti约0.1～0.2％，Sr约0.01～0.02％，Fe约0.1～0.2％，其余为Al；也可以是Si约6～8％，Mg约0.25～0.45％，Ti约0.1～0.2％，Sr约0.01～0.02％，Fe约0.1～0.2％，L约0.2％，C约0.2％，其余为Al，其中采用了广州华泰铝轮毂有限公司提供的L型添加剂和C型添加剂。
本发明与现有技术相比，具有明显的优点和有益效果例如比较于传统的锻造过程，其所需的生产步骤为(1)熔炼，(2)铸造成圆坯，(3)材料均质化，(4)挤压坯料，(5)切断，(6)加热，(7)锻压坯料，(8)加热，(9)初锻成形，(10)加热，(11)精锻，(12)去除飞边，(13)热处理，(14)荧光探伤，(15)机加工成形。本发明比上述方法减少了多个生产步骤，因此明显缩短了加工时间，增加了金属材料的利用，减少了总体制造工序并最终成品成本差不多可降低40％。由于本发明采用铸坯作为锻造的坯料，因此为轮辐提供了一个不受限制的自由设计。也由于在本发明中使用Al-Si-Mg成份的合金材料结合以上所述的铸锻工艺方法，制造出的车轮很少有缺陷，如针孔等，同时制造的铝车轮即使在中心孔的区域也能达到10％延伸率和有高于250N/mm2的抗拉强度，最能诱人的是，该法保存了铸造轮造型自由度大的极大优点。从而确保能为当今的汽车工业提供多款式高档的铝车轮。
本文中的附图为本发明说明书的一个组成部分并对本发明作进一步的理解提供帮助。首先用图形来体现发明主体，同时用相应的详细说明来解释发明的原理。如图所示图1为传统的锻造方法的相应过程的流程图；图2为本发明铸锻工艺的各个制造过程的示意图；图3中a～e为本发明中轮辐与旋压轮辋相连接的各个步骤的示意图；其中图3-c为通过螺栓连接轮辐和轮辋的总成件的剖视图；图4为本发明铸锻制造方法的各个制造过程的示意图，包括从铸坯到锻坯的过程。
具体实施例方式
以下从各个不同的角度来解释图形中各部分的相应特性，图2～4为本发明铸锻方法的不同制造步骤及其图表的示意说明。
图1为传统的铝车轮锻造方法，具体包括其中以下步骤(1)10熔炼，(2)12铸造成圆坯，(3)14材料均质化，(4)16挤压坯料，(5)18切断，(6)20加热，(7)22锻压坯料，(8)24加热，(9)26初锻成形，(10)28加热，(11)30精锻，(12)32去除飞边，(13)34热处理，(14)36荧光探伤，(15)38机加工成形。
总的来说，本发明旨在简化及合并上述铝车轮制造过程的前8步(即从(1)～(8))，直接用铸坯进行加热及锻造，然后将经过锻压的车轮加工成产品所要求的尺寸。通过试验证明用本发明中铸锻工艺制造的铝车轮及其机械性能优于传统的铸造或锻造铝车轮。
图2所示，本发明的铸锻工艺首先使用低压铸造生产出一个带有局部轮辋42的轮辐40。如43所示，低压铸造使用气压技术，气压的范围大约在0.1～1kg/cm2。如44所示，完成上述的低压铸造工序后，轮辐40进行加热到它的塑性温度，其温度即为通常所知的铝材塑性变形温度。一旦达到塑性温度后，轮辐40便放入锻模45中，在高压下将加热的轮辐锻造成精坯形状。约为8000吨的螺杆压力机用于在高压力下锻压铸造轮辐40根据车轮的结构及性能要求，高压后的可变形压缩量为5～20mm，如图4中的X标注所示。与前述的低压铸造使用的压力约为0.1～1kg/cm2相比，高压铸件使用的螺杆压力机产生的压力约为500～1000kg/cm2。在预定时间间隔内使轮辐铸件固化后，可用锻压机的顶杆机构将锻压的轮辐46从模子中顶出。
最后将被锻压的轮辐46通过荧光透视法检查其内部是否有缺陷，包括使用大家所知X-射线进行已锻轮辐的检查。也可用其它通用的检测技术进行已锻轮辐的检查，并不会脱离本发明的范围。
如果在已锻轮辐46中没有发现内部缺陷，接下来则可根据材料的性能通过热处理来提高其机械性能。然后将热处理后的轮辐进行机加工到所要求的尺寸规格。此机加工工序同时包括加工装配附件时所需的尺寸如中心孔、气门孔和胎圈座，同时应考虑的参数如偏距、螺栓孔中心圆直径(PCD)，以满足汽车和轮胎的装配要求。
为组成一个完整的车轮，轮辋48可用传统的旋压成形工艺制造，即在旋压模具中将一块铝板旋压成形，同时也可在不脱离本发明的范围内使用其它方法制造轮辋。如将铝管材简单地切断成轮辋，或将铝板先滚压再焊接成轮辋。显然，采用重力铸造替代低压铸造工序，仍可以实现本发明的目的。
参照图3中a～e，当轮辋48旋压成形后，已锻轮辐46和旋压轮辋48可通过螺栓50进行连接以确保车轮装配的平衡性能，如众所周知的方法(见图3中a～c)。另外还有其它成熟的工艺方法将已锻轮辐46和旋压轮辋48进行连接，如通过焊接法将已锻轮辐46和旋压轮辋48进行焊接，以此生产出轻量化的车轮。除了通过螺栓进行连接，已锻轮辐和旋压的轮辋还可通过传统的密封胶(如49密封粘接剂)进行连接以防止装上轮胎后在轮辐及轮辋之间漏气。当车轮52组装完后，车轮可如图3(d)所示进行检查，然后如图3(e)所示进行发送。
为满足锻压车轮的性能要求，在本发明中铸锻过程所使用的铝材料为一种特殊化学成份的材料以利于铸造过程和生产出满足锻造性能要求的车轮。此合金材料由Al-Si-Mg和其它元素成份组成，元素成份可以有如下多种方案(1)Si约6％，Mg约0.25％，Ti约0.1％，Sr约0.01％，Fe约0.1％，其余为Al；(2)Si约8％，Mg约0.45％，Ti约0.2％，Sr约0.02％，Fe约0.2％，其余为Al；(3)Si约6.58％，Mg约0.3％，Ti约0.2％，Sr约0.18％，Fe约0.16％，L约0.2％，C约0.2％，其余为Al。在本发明中使用此种成份的材料通过铸锻法生产出的产品，是能达到甚至优于当今锻造车轮的强度、重量及性能的要求。
通过以上所述，对铸锻的工艺方法做不同的更改，将不会脱离本发明所涉及的范围。例如当锻压轮辐描述成包括一种局部轮辋或连接到一个旋压轮辋，则很容易想到生产的锻压轮辐是可以带有局部轮辋或者不带局部轮辋能连接到一个轮辋上。另外，很容易判断，本发明描述的生产铸锻轮辐的工艺方法，并不仅限于制造轮辐，还可使用该方法生产其它任何可以锻造的产品。
尽管本发明的细节含意在此已做具体的描述并附有图形，但并不仅限于所描述的发明的细节含意，对发明中的细节做任何的更改或修正并不会脱离本发明所述的精神。
权利要求
1.铝车轮的铸锻工艺，包括车轮轮辐的铸锻工艺，其特征是，所述车轮轮辐的铸锻工艺包含以下步骤通过低压铸造或重力铸造生产一种轮辐铸件；加热该轮辐铸件到它的材料塑性变形温度；将该加热的轮辐铸件放入锻模中，在高压下将该轮辐铸件锻造成锻压轮辐；检测该锻压轮辐的缺陷；并且机加工该锻压轮辐。
2.根据权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述高压锻造将加热的轮辐铸件压缩约5～20mm。
3.根据权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述低压铸造的压力大约在0.1～1kg/cm2，所述高压锻造的压力大约在500～1000kg/cm2。
4.根据权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述锻造轮辐缺陷检测通过荧光透视法进行。
5.根据权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述机加工轮辐包含对安装附配件的尺寸的加工。
6.根据权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，也包含所述机加工好的轮辐与轮辋装配组合成一个车轮。
7.根据权利要求6所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述机加工好的轮辐连接所述轮辋是通过螺栓或焊接。
8.根据权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述轮辐由一种铝合金成份的材料加工成。
9.根据权利要求8所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述铝合金包含有如下质量比率的元素成份Si约6～8％，Mg约0.25～0.45％，Ti约0.1～0.2％，Sr约0.01～0.02％，Fe约0.1～0.2％，其余为Al。
10.根据权利要求8所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述铝合金包含有如下质量比率的元素成份Si约6～8％，Mg约0.25～0.45％，Ti约0.1～0.2％，Sr约0.01～0.02％，Fe约0.1～0.2％，L约0.2％，C约0.2％，其余为Al。
11.根据权利要求8所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述铝合金包含有如下质量比率的元素成份Si约6.58％，Mg约0.3％，Ti约0.2％，Sr约0.18％，Fe约0.16％，L约0.2％，C约0.2％，其余为Al。
12.权利要求1所述铝车轮的铸锻工艺制成一种车轮的轮辐。
13.铝车轮的铸锻工艺，包括车轮轮辐的铸锻工艺，其特征是，所述车轮轮辐的铸锻工艺包含以下步骤通过低压铸造或重力铸造生产一种轮辐铸件；加热该轮辐铸件到它的材料塑性变形温度；并且将该加热的轮辐铸件放入锻模中，在高压下将该轮辐铸件锻造成锻压轮辐。
14.根据权利要求13所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，也包含以下步骤检测该锻压轮辐的缺陷；并且机加工该锻压轮辐。
15.根据权利要求13所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述高压锻造将加热的轮辐铸件压缩约5～20mm。
16.根据权利要求13所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述低压铸造的压力大约在0.1～1kg/cm2，所述高压锻造的压力大约在500～1000kg/cm2。
17.根据权利要求14所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述锻造轮辐缺陷检测通过荧光透视法进行。
18.根据权利要求14所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，也包含所述机加工好的轮辐与轮辋装配组合成一个车轮。
19.根据权利要求18所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述机加工好的轮辐连接所述轮辋是通过螺栓或焊接。
20.根据权利要求12所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述轮辐由一种铝合金成份的材料加工成。
21.根据权利要求20所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述铝合金包含有如下质量比率的元素成份Si约6～8％，Mg约0.25～0.45％，Ti约0.1～0.2％，Sr约0.01～0.02％，Fe约0.1～0.2％，其余为Al。
22.根据权利要求20所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述铝合金包含有如下质量比率的元素成份Si约6～8％，Mg约0.25～0.45％，Ti约0.1～0.2％，Sr约0.01～0.02％，Fe约0.1～0.2％，L约0.2％，C约0.2％，其余为Al。
23.根据权利要求20所述铝车轮的铸锻工艺，其特征是，所述铝合金包含有如下质量比率的元素成份Si约6.58％，Mg约0.3％，Ti约0.2％，Sr约0.18％，Fe约0.16％，L约0.2％，C约0.2％，其余为Al。
全文摘要
一种铝车轮的铸锻工艺，包括车轮轮辐的铸锻工艺，包括的制造步骤为通过低压铸造制造一个轮辐铸件，加热该轮辐铸件到它的材料塑性变形温度，然后将加热的轮辐铸件放入到锻模中进行高压锻造。本方法还进一步包括的步骤有检测锻压轮辐是否有缺陷，及通过机加工锻压轮辐到所要求的轮辐成品的尺寸规格，最后将它与相应的轮辋组合成一个完整的车轮。本发明减少了多个生产步骤，缩短加工时间，增加金属材料的利用，最终成品成本降低40％，且制造出的车轮在中心孔的区域达到10％延伸率和有高于250N/mm
文档编号B22D18/02GK1946497SQ200580012476
公开日2007年4月11日 申请日期2005年5月9日 优先权日2004年5月10日
发明者张新颖, 潘增源 申请人:张新颖, 潘增源