专利名称：车辆用轻合金制车轮及其制造方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆用金属模型铸造轻合金车轮及制造所述车轮的方法和装置，由于轮辐部很细，故可带来非常鲜明的印象。
背景技术：
机动车的负载车轮具有各种形状，同时，为了减轻机动车的重量，提高其外观美感，其材质也正在自铁向铝合金、镁合金及钛合金转换。尤其是铝合金由于重量轻、成本低，故最近安装铝合金车轮的机动车的比率正在显著增加。
如图18所示，通常，轻合金制车轮30包括由螺栓和螺母安装在车轴上的厚壁轮毂部31；具有厚壁部和薄壁部混在的装饰部32的轮盘部；和安装轮胎的薄壁轮圈部33。轮圈部33由前凸缘部、后凸缘部、轮圈部和轮盘部交叉的交叉部及轮圈中央部构成。装饰部32具有轮辐部34和装饰凹部35。轮毂部31设有用于用螺栓和车体进行固定安装的螺栓孔凹部36。
影响车辆外观的车轮具有各种形状，大致可分为轮辐型、碟型、翅片型和网眼型四种类型。轮辐型车轮是以自轮毂部至轮圈部延伸的3～10根轮辐为主体而设计的车轮。碟型车轮轮毂部在远大于轮辐型车轮的范围内具有平缓面，是具有由轮圈部和短的轮辐连结的大致圆盘形的装饰部的车轮。翅片型车轮是具有较多的细轮辐的车轮。网眼型车轮虽然也具有较多的细轮辐，但是，是轮辐在轮毂部和轮圈部之间形成网眼状的车轮。
网眼型车轮、轮辐型车轮及翅片型车轮中，自厚壁的轮毂部至轮圈部延伸的轮辐部具有多种形状，但为了在外观上给车辆整体以速度感和机动性等印象，需要设计具有鲜明外观的轮辐部形状。
为了得到鲜明的外观，减小装饰部的轮辐部宽度是很有效的，但减小轮辐部的宽度(减小轮辐部的斜角)在铸造工艺上是困难的。这是由于在车辆用轻合金制车辆的金属模型铸造中，要组装具有用于装饰部表面的模腔的金属模型部和具有用于装饰部背面的模腔的金属模型部，并将金属熔液注入得到的模腔整体中，而为了容易将装饰部自金属模型模腔沿车辆轴向分离，必须使轮辐部的斜角大到一定程度。例如，在如图18所示的车轮中，轮辐部的斜角为6～8°。若斜角小则难于自金属模型脱模，斜面和金属模型会产生滑动而拉伤。另外，如果采用锻造和切削加工等方法，则可减小轮辐部的斜角，但会使成本提高。
即使在形成于轮辐部背面侧的拔模部，也要设置用于从模型脱模的斜角，但是，与上述同样，目前在大量生产中，难于减小该斜角，当斜角非6～8°时，拔模就不顺利。因此，如图9所示，必须在轮毂部和轮辐部的拔模部37设置具有较大的倾斜角α′的斜面39。于是，在金属模型铸造中，除最低强度所需的铸造部分34a(具有倾斜角为α的斜面)外，还会残留具有倾斜角为α′的斜面的铸造工艺余量部分34b，铸造工艺余量部分34b必须在后加工中切除。因此，难于减轻具有细轮辐部的车轮的重量。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种车辆用轻合金车轮，通过减小轮辐部的斜角，减小轮辐的宽度，赋予鲜明的印象，同时减轻重量。
本发明的另一目的在于，提供一种车辆用轻合金车轮，通过减小轮辐部的斜角，即使具有各种形状的装饰部，也可减轻重量。
本发明的再一目的在于，提供一种车辆用轻合金车轮，通过减小轮辐部的斜角，同时在背面侧设置拔模部，使得即使轮辐部的断面积小，该车辆用轻合金车轮也是高强度而无铸造缺陷的车轮。
本发明又一目的在于，提供一种廉价制造所述车辆用轻合金制车轮的方法及其装置。
本发明的发明人针对上述目的进行了深入研究，其结果发现作为车辆用轻合金制车轮的金属模型铸造条件，通过改善开模的控制及可动工作台的上升条件可得到轮辐部的斜角小、能赋予鲜明印象并减轻重量的车辆用轻合金车轮，从而实现了本发明。
也就是说，本发明的车辆用轻合金制车轮具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部，所述装饰部具有实际上保持金属模型铸造状态的轮辐部，所述轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°。其中，所谓“实际上保持金属模型铸造状态”表示在用金属模型铸造后不进行会对斜角产生影响的加工。
理想的是，所述轮辐部的背面侧形成有实际上为金属模型铸造状态的拔模部，所述拔模部的斜角至少一部分为5.0°以下。
制造本发明的车辆用轻合金制车轮的第一方法是使用如下铸造装置，所述铸造装置包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；为驱动所述可动工作台安装在所述装置的箱体上的一个驱动缸，通过驱动所述驱动缸来缓缓解除所述上模和所述下模的紧模力。利用所述驱动缸解除紧模力最好是在对所述驱动缸施加一定的上升油压的状态下，用0.05秒以上的时间使所述驱动缸的下降油压降低至零。
制造本发明的车辆用轻合金制车轮的第二方法是使用如下铸造装置，所述铸造装置包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；为驱动所述可动工作台安装在所述装置的箱体上的第一驱动缸及至少三个同步的第二驱动缸，通过同步驱动所述第二驱动缸，即使所述可动工作台倾斜，也使所述可动工作台自所述下模和所述上模的紧模位置平行上升至所述车轮与所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驱动缸使所述可动工作台进一步上升。
制造本发明的车辆用轻合金制车轮的第三方法是使用如下铸造装置，所述铸造装置包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；为驱动所述可动工作台安装在所述装置的箱体上的第一驱动缸及至少三个同步的第二驱动缸，通过驱动所述第一驱动缸来缓缓解除所述上模和所述下模的紧模力，通过同步驱动所述第二驱动缸，即使所述可动工作台倾斜，也使所述可动工作台自所述下模和所述上模的紧模位置平行上升至所述车轮与所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驱动缸使所述可动工作台进一步上升。利用所述第一驱动缸解除紧模力最好是在对所述第一驱动缸施加一定的上升油压的状态下，用0.05秒以上的时间使所述驱动缸的下降油压降低至零。
制造本发明的车辆用轻合金制车轮的装置，包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；设在所述铸造装置的箱体上的所述可动工作台的升降机构，所述升降机构包括(a)使所述可动工作台升降的第一驱动缸；(b)同步驱动的至少三个第二驱动缸，即使所述可动工作台倾斜，也使所述可动工作台自所述下模及上模的紧模位置平行上升至所述车轮和所述下模不再相碰的位置，在所述第二驱动缸的上限位置上方，利用所述第一驱动缸使所述可动工作台上升。
所述第二驱动缸最好是配置在所述箱体的对称位置的四个油缸。
最好使轮辐部的斜面总体的30％以上特别是50％以上的部分形成5.0°以下的斜角。理想的是轮辐部的斜角至少一部分为4.0°以下，尤其是3.5°以下。
当轮辐部中斜角为5.0°以下的部分具有5mm以下的最小宽度及20mm以上的高度时，可赋予车轮非常鲜明的印象。也可铸造为轮辐部背面侧的拔模部的斜角也是5.0°以下。另外，轮辐部的顶部壁厚最好为5mm以下。
轮辐部的至少一部分的DAS值最好小于30μm。轮圈部的最大DAS值最好大于轮毂部的DAS值。
由于利用本发明的方法可形成窄而深的拔模部，故不仅轮辐型车轮，而且网眼型及翅片型的细轮辐部也可减轻重量。可以使装饰面侧的斜角及背面侧的拔模部的斜角两者设定在4.5°以下，甚至4.0°以下，尤其是3.5°以下。
另外，也可制造设于轮毂部的螺栓孔凹部的斜角为5°以下的车辆用轻合金制车轮。由此，可进一步强调目前难于表现的螺栓孔凹部的精密度、高级感等。
具有上述特征的本发明的车辆用轻合金制车轮可通过低压铸造法整体铸造。
图1是本发明一实施例的车轮的正面图；图2是本发明一实施例的车轮的背面图；图3是本发明另一实施例的车轮的背面图；图4是显示轮辐部的斜面之一例的局部剖面图；图5是显示轮辐部的斜面之另一例的局部剖面图；图6是显示轮辐部的斜面之再一例的局部剖面图；图7是显示轮辐部的拔模部的斜面之一例的局部剖面图；
图8是显示轮辐部的拔模部的斜面之另一例的局部剖面图；图9是显示轮辐部的拔模部的斜面中倾斜与壁厚的关系的示意图；图10(a)显示本发明车辆用轻合金制车轮的铸造装置的一例，是上模上升到最高位置状态下的示意图；图10(b)显示本发明车辆用轻合金制车轮的铸造装置的一例，是上模下降到紧模位置状态下的示意图；图10(c)显示本发明车辆用轻合金制车轮的铸造装置的一例，是第二油缸上升到上限位置状态下的示意图；图11(a)是图10(a)的A-A剖面图，显示横可动模打开的状态；图11(b)是图10(a)的A-A剖面图，显示横可动模封闭的状态；图12是本发明车辆用轻合金制车轮的铸造装置另一例的示意图；图13是本发明车辆用轻合金制车轮的铸造装置再一例的示意图；图14是显示实施例1中用于自下模打开上模的第一油缸的下降油压及上升油压的变化和工作台变位的曲线图；图15是显示比较例1中开模状态下的第一油缸的下降油压及上升油压和工作台变位的曲线图；图16是显示下模的冷却结构的剖面图；图17是显示测定车轮的DAS值的部位的剖面图；图18是现有车轮的正面图。
具体实施例方式
具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部的本发明的车辆用轻合金制车轮不仅包括用金属模型整体铸造为一体的单构件车轮，也包括将金属模型铸造的轮盘部和用其他方法制造的轮圈部接合构成的两构件车轮或三构件车轮。但是，本发明在铸造单构件车轮的轻合金制车轮时最有效。
轮辐部是在车轮的轮毂部和轮圈部之间延设的多个细长的凸状部。轮辐部的斜角是轮辐部的斜面对车轮的轴向所成的角，图4～图6中用θ表示。例如，如图4及图5所示，在斜面40平坦的情况下，无论轮辐部34在装饰面侧是具有平坦的顶面41(图4)还是凸状的顶面41(图5)，斜角均是车轮的轴向A与斜面40的角度θ。但是，如图6所示，在轮辐部34自装饰面41至斜面40连续弯曲，斜面40具有变化的曲率的情况下，斜面40的倾斜角为与车轮的轴向A的角度最小的部分处的角度θ。
在图4～图6所示的例子中，轮辐部34的斜面40由装饰部表面侧的金属模型形成，但也可以由背面侧的金属模型形成，这种情况下，轮辐部34形成装饰面侧幅宽越往里越窄的倒锥形。
斜面不会全部具有相同的倾斜角，故具有小于5°的倾斜角的斜面的比例用具有该倾斜角的斜面的轮廓长度和轮辐部总体的轮廓长度之比(％)表示。例如在装饰面上设有多个Y字形轮辐部34的图1所示的车轮中，Y字形轮辐部34内侧的斜角大于5°，外侧的斜角小于5°。若Y字内侧的总长为144mm，Y字外侧的总长为240mm，则具有小于5°的倾斜角的斜面的比例为[240/(240+144)]×100＝62.5％。
轮辐部的粗细自轮毂部至轮圈部不是完全相同的，形状也很复杂，故装饰面上斜角小于5°的部分和大于5°的部分混在。因此，轮辐部的根部宽度W也不是一定的。再此，将根部宽度W中的最小值定义为轮辐部的最小宽度Wmin。赋予鲜明印象的轮辐部34最好具有小于5°的斜角，同时具有5mm以下的最小宽度Wmin。
当然，若轮辐部34的断面积小，则熔液流动性就差，容易产生铸造缺陷。当轮辐部的斜角小于5°、最小宽度Wmin小于5mm时，使用仅在轮圈部设置浇口的侧浇铸法或仅在轮盘部设置浇口的中心浇铸法，由于轮辐部熔液的流动恶化，会产生铸造状态的恶化及铸造周期延迟等问题。
因此，当在轮圈部模腔设置侧浇口，并在轮盘部模腔设置中心浇口时，即使是具有包括小于5.0°的斜角和5mm以下的最小宽度Wmin的轮辐部的车轮也变得容易铸造。当将侧浇口设在轮盘部模腔的上方时，在轮盘部(轮辐部)上不产生来自中心浇口及侧浇口的熔液的冷隔，故很理想。如图4～图6所示，如果是无拔模部的轮辐部34，则即使斜角小于5°，也可得到具有4mm以下的最小宽度Wmin及25mm以上的高度T1的轮辐部34。
拔模部37的斜面39的倾斜角在图7及图8中用α表示。例如，如图7所示，在设于轮辐部34的拔模部37的斜面39具有一定的斜度的情况下，拔模部37的斜角α为车轮轴向A与斜面39的角度。如图8所示，在拔模部37为曲面形状的情况下，拔模部37的斜角α为与车轮的轴向A形成的角度最小的部分的角度。即使在轮辐部34的背面侧具有拔模部37，轮辐部34也可具有4.5mm以下的最小宽度Wmin、30mm以上的高度T1、小于5mm理想的是小于4mm的顶壁厚T2。
为了无缺陷地铸造轮辐部34的斜角θ小(具有拔模部37的情况下其斜角α也小)的车轮，不仅要改变浇口的配置，在从金属模型中取出凝固的车轮时，还需要严密的金属模型的控制。为此，要用油缸等平行控制驱动装置，该平行控制驱动装置在对称的三处以上部位同步将可动工作台14抬起，以使形成轮盘部的下模8或上模12自另一侧的模打开。
在图10(a)～图10(c)和图11(a)及图11(b)中所示的理想的一实施例中，利用固定在上方工作台13的四个同步驱动缸21将上板17自最下端位置(图10(b))平行抬起到20～30mm左右的高度的位置P2(图10(c))。或者，也可以在下方工作台3上设置三个以上的同步驱动缸，直接将可动工作台14平行抬起。如果是两个以下的同步驱动缸，则可动工作台14容易倾斜，难于铸造斜角小的车轮。
由于在下方工作台3附近设置的保持炉，下方工作台3热膨胀大于上方工作台13，故要在导向件16和导柱15之间设置约0.3～0.5mm的间隙。但是，在仅用一个油缸20抬起可动工作台14进行开模的情况下，当铸造装置存在振动时，由于该间隙，可动工作台14有可能一边向某一侧倾斜一边上升。如果轮辐部和轮毂部的斜面具有6.0～8.0°的倾斜角，则即使可动工作台14倾斜，也可在不损坏外形的前提下将铸造车轮脱模。但是，在斜角小于5°的铸造车轮中，轮辐部或轮毂部容易产生粘附。
为了防止开模时在铸造车轮上产生伤痕，尽力控制对金属模型的振动，同时控制固定有上模12的可动工作台14的上升是很重要的。
(1)对施加给金属模型的振动的控制通常，上模12以200KN左右的紧模力按压下模8。该紧模力相当于施加在第一油缸20的10Mpa左右的下降油压。当将10Mpa的下降油压用不足0.01秒降低到0Mpa时，铸造装置的应力变形瞬时被释放，油压回路中会产生冲击压力。从而，铸造装置整体会产生振动，不仅可动工作台14不会在无同步油缸的情况下平行于下模8上升，而且，上模12还会横向偏移，产生下模8和装饰面的粘附。
通常，油缸是利用使活塞上升的油压和使活塞下降的油压驱动的。在第一油缸20的情况下，通过在施加一定的上升油压的状态下降低下降油压，来使紧模力为零，进行开模。假定下降油压的阀门全部打开所需的时间约为0.02秒，则下降油压变为0Mpa所需时间约为其两倍以上。因此，通过以0.05秒以上最好是0.1秒以上的长时间使所述第一驱动缸的下降油压为零，可防止油压的急剧降低引起的铸造装置的冲击，从而可铸造具有无粘附的装饰面的车轮。为了使紧模力缓慢地变为零，不能用现有的油缸的阀门进行控制，为了进行精密的控制，最好采用油压流量比例控制阀或电磁阀。
另外，紧模时，最好缓缓提高紧模力，以不带来超过允许范围的振动及应力。若急剧地进行紧模，则铸造装置整体会产生振动。另外，由于可动工作台14、下模8等的总重量约有3～4吨，故上方工作台13及下方工作台3会在垂直方向产生约1mm的应力变形。另外，由于紧模时，对平行方向也会带来影响，故在制造轮辐部斜角小的铝车轮时，最好以不使其产生变形的速度进行紧模。为此目的，最好也采用油压流量比例控制阀和电磁阀。
(2)可动工作台的上升的控制自下模8脱模时，铸造的车轮处于400～450℃的高温，强度很低。特别是在装饰面具有复杂形状的情况下难于自下模8脱模，拉拔方向的强度也很弱，故如果不使铸造车轮顺畅地垂直上升，则会在装饰部产生粘附。因此控制固定有上模12的可动工作台14的上升是非常重要的。
上模12相对于下模8必须完全平行地上升的距离是自紧模位置起5～20mm左右。由此再上升时即使可动工作台14多少有些倾斜，装饰面和下模8也不会相碰。为了在该距离内，在严密的控制下使可动工作台14上升，最好在三个以上的部位同步使上模12或与上模12固定的可动工作台14平行抬起。为此，使用对称配置的四个同步垂直驱动缸是有效的。同步驱动缸的驱动可采用电流控制阀或伺服阀。
另外，在距紧模位置5mm以上最好10mm以上的高度范围内，将可动工作台14的上升速度设定为10mm/秒以下是重要的。在紧模位置，由于下模8和车轮的装饰面全面接触，所以，略微的振动就会损伤装饰面。铸造后如果加工整个装饰面则没有问题，但是，如果是以铸造面为装饰面的车轮，则稍有损伤，就是不合格品。
特别是当轮辐部的斜角小时，该问题非常显著。例如，在金属模型和车轮的装饰面仅有不足5mm的距离的位置对铸造装置产生冲击时，由于5mm×tan5°＝0.5mm，故只要金属模型横向偏移0.5mm就会损伤车轮的装饰面。在图10(a)～图10(c)所示的铸造装置中，仅靠导向件16和导柱15的间隙来矫正该金属模型的横向偏移存在很多困难。因此，在到达规定的上升位置之前，最好以较低的速度进行脱模，以不产生振动。当然，最好是轮辐部的斜角越小可动工作台14的上升速度越小。为此，最好是可根据上升距离改变上升速度。
通过使铸造工艺及冷却结构最佳化，可铸造轮辐部的至少一部分的DAS(枝状晶臂间隔(dendrite·arm·spacing))值为30μm的车轮。由于铝合金中的枝状晶会在主轴两侧生长二次臂，故通过测定二次臂的间隔，可求出DAS值。
DAS值小于30μm意味着轮辐部的熔液冷却快，得到的车轮铸造缺陷少。由此，可适用蒸镀或电镀等涂敷技术。若DAS值大，则进行蒸镀或电镀时，轮辐部表面会产生铸造缺陷带来的微小的孔，车轮外观不合格。DAS值也是衡量铝铸件强度的尺度，其越小则表示强度越高。
也可以使轮辐部整体的50％以上、特别是80％以上、最理想的是整体的DAS值小于30μm。在本发明中，轮辐部的DAS值小是通过使斜角小于5°，并减小轮辐部的断面积而实现的。由此，轮辐部的宽度变窄，断面积也变小，故轮辐部的冷却速度快。因此，可得到强度高而具有细的轮辐的整体铸造车轮。
为了加快冷却速度，要在金属模型的相当于轮毂部的部分设置冷却结构。轮毂部的DAS值远小于现有轮毂部的DAS值。中心浇口附近由于熔液温度高，涂模材料容易剥离，故容易产生熔液的粘砂，通过冷却相当于轮毂部的金属模型部分，可大幅度降低熔液的粘砂，且可提高轮毂部的强度。从而，可得到轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°且轮毂部的DAS值小于轮圈部的最大DAS值的轻合金制车轮。得到的轻合金制车轮拔模部的斜角至少一部分小于5.0°。另外，由于，轮毂部具有浇口，故轮毂部的DAS值是精加工后测定的值。
在中心浇口工艺中，当冷却该部分时，轮毂部熔液首先凝固，轮圈部的补缩效果不足。在侧浇口工艺中，由于轮盘部距浇口远，熔液难于流入细的轮辐部模腔，如果通过在形成轮毂部和轮圈部的模腔的各个部分设置熔液用内浇口进行浇铸的多浇口工艺，进行铝车轮的整体浇铸，则即使在轮毂部附近进行冷却，也容易与其他部分的冷却机构结合，进行具有补缩效果的指向性凝固。用于防止轮辐部的缩孔的补缩效果由来自侧浇口的压力决定，故即使在轮毂部设置冷却机构也不会产生铸造缺陷，可良好地平衡铸造周期的缩短和轮毂部的强度提高。轮毂部附近是紧固螺栓而固定在车体上的部分，需要一定的强度。由于冷却速度快，故轮毂部具有足够的强度，可实现薄壁而减轻重量。
具有如上特征的本发明的车辆用轻合金制车轮，不限于铝合金，也可以利用镁合金等的铸造而得到。
下面，参照附图详细说明本发明的车辆用轻合金制车轮及其铸造装置和铸造方法的具体例，各具体例中相同的部件赋予相同的参照符号。
实施例1图10(a)～图10(c)示意性显示用于通过低压铸造法整体铸造作为本发明的车辆用轻合金制车轮的铝合金制车轮的装置。密闭容器1内具有保持炉2，安装在密闭容器1之上的下方工作台3密封密闭容器1。下方工作台3的中央部安装有用于将铝合金熔液5补给到静置下模8的供液部件4b，供液部件4b的下端部浸没于保持炉2内的熔液5中。供液部件4b通过嵌入在下方工作台3及下模8的浇口衬套6，使供液部件4b的上端连结在下模8的浇口部7上。保持炉2内的熔液通过供液部件4b流入下模8中的用于形成车轮的模腔的轮毂部的位置。
静置下模8具有形成车轮装饰部的面。在本实施例中，使斜面的最小倾斜角为3.5°，如图7所示，轮辐部的背面侧设有拔模部。另外，设高度T1为30mm，最小宽度Wmin为40mm，顶壁壁厚T2为10mm。如图11(a)及图11(b)所示，组装在下模8的一对横可动模10、10形成车轮的轮圈部的外周面。安装在可动工作台14上的可动上模12形成车轮的背面及轮圈部的内周面。
可动工作台14固定安装在两个导柱15上，导柱15沿设置在上方工作台13的导向件16升降自如。导柱15的上端固定有上板17，上板17利用上方工作台13上安装的第一油缸20升降，从而使可动工作台14及上模12上下运动。图10(b)显示上板17到达最下端位置P1的状态。该最下端位置P1是上模12和横可动模10及下模8进行紧模的位置。
在上方工作台13的上面的对称位置固定有四个第二油缸21。四个第二油缸21被同步驱动，它们的活塞21a的上端即使可动工作台14倾斜也可使其自紧模位置P1至车轮和下模8不再相碰的位置P2可动。在位置P1和位置P2之间，通过使四个第二油缸21同步上升，使可动工作台14足够平行地上升。在行程S之间驱动第二油缸21的过程中，第一油缸20处于备用状态。在活塞21a到达位置P2后，第一油缸20被驱动，使上板17上升到最上端。
使用图10(a)～图10(c)所示的装置，按下述步骤进行车轮的铸造。在本实施例中，不使用第二油缸21，通过使第一油缸20的下降方向的油压缓慢降低，防止了在铸造装置产生振动的情况。
首先，如图10(b)所示，使第一油缸20下降，使下模8与上模12及横可动模10接触，用10Mpa的压力封闭金属模型组装体。然后，利用管18将空气或惰性气体等0.02～0.05Mpa的加压气体送入密闭容器1内。在保持炉2内保持在700℃的铝(AC4CH)熔液5利用加压气体被压进供液部件4b内，进入保持在350～450℃的金属模型组装体内的模腔中。模腔的内面涂敷有保温及脱模用涂模材料。
在浇铸约2～3分钟后，排出加压空气，同时，使供液部件4内的未凝固的熔液5返回保持炉2内。在金属模型模腔内的熔液的凝固结束，并且温度降低到约400～450℃时，使金属模型组装体的紧模力为0Mpa。
铸造的车轮25附着在上模12上，在该状态下使上模12上升。通过在使第一油缸20的上升油压保持2.5Mpa一定的状态下，用0.1秒将第一油缸20的下降油压自10Mpa降低至0Mpa，缓缓使上模12上升。在上模12充分上升后的时刻，利用固定安装在上方工作台13上的推杆(未图示)使铸造车轮25自上模12脱离，利用回转至铸造车轮25正下方的取出部件11接收铸造车轮(图10(a))。通过重复该循环，连续铸造多个铝车轮。
图14显示在0.1秒内将用于使可动工作台14下降的第一油缸20的下降油压自10Mpa下降至0Mpa时的下降油压及上升油压的变动和可动工作台14的变位。图中右上的线表示可动工作台14自紧模位置的变位。可动工作台14(1780×1020mm)的变位由四个角测定。图10(a)～图10(c)所示的铸造装置的可动工作台14的四个角安装了反射式激光器，自紧模位置至80mm的上升位置，以0.05mm的精度在四个部位同时连续地进行测定，求出上升时可动工作台14对下模8的平行度。利用安装在第一油缸20的连接口的压力传感器(最大负载为20Mpa)连续测定上模12的紧模及脱模时的下降油压及上升油压的变化。
如图14所示，第一油缸20的下降油压在0.1秒间缓缓下降，未对铸造装置施加振动。另外，使可动工作台14以3mm/秒的速度上升到距紧模位置P15mm的位置P2。
这样铸造了轮辐部的斜角50％以上小于5°的20个铝车轮，观察装饰面有无粘附及变形。其结果，未发现装饰面的粘附及变形，确认了所有车轮均具有良好的形状。
实施例2除利用图12所示的具有多个供液部件4a、4c的铸造装置外，其他与实施例1同样，铸造了铝车轮。在本例中，熔液5通过下模8流入横可动模10，流入成形车轮的轮圈部的模腔。使熔液相对于模腔的车轮轴向以一定角度流入，以使自供液部件4a、4c流入的熔液5容易沿轮圈的周向流动。这样制造了20个铝车轮，观察装饰面有无粘附及变形，未发现装饰面的粘附及变形，得到了具有良好形状的车轮。
实施例3如图13所示，除利用具有三个供液部件的铸造装置外，其他与实施例1同样，制造了具有图1所示的装饰面的铝车轮。一个供液部件与实施例1同样，定位为向形成车轮的轮毂部的模腔注入熔液，其余两个供液部件如实施例2所示，定位为使熔液流入横可动模10后流入成形车轮的轮圈部的模腔。另外，为使斜角为3.5°，改变下模8的形状，使轮辐部形成图4所示的断面形状。设定高度T1为30mm，最小宽度Wmin为4.0mm，轮辐部的斜角50％以上为3.5°。其他铸造条件与实施例1同样，制造了20个铝车轮。得到的铝车轮的装饰面未发现粘附及变形，确认了所有车轮均具有良好形状。
实施例4与实施例3同样，利用具有三个供液部件的铸造装置进行铸造。改变下模8及上模12的形状，使轮辐部的断面形状形成如图7所示的形状。使装饰面侧的斜角为3.5°，轮辐部背面侧的拔模部37的斜角α为5°。轮辐部具有30mm的高度T1(实际上与斜面的高度相等)、5mm的顶壁壁厚T2及4.5mm的最小宽度Wmin，轮辐部的斜角θ在轮辐部的50％以上区域为3.5°。其他铸造条件与实施例1同样，制造了20个铝车轮。其结果，得到的铝车轮的装饰面未发现粘附及变形，确认了所有车轮均具有良好形状。
比较例1
使用除不具有第二油缸21外与图10(a)～图10(c)所示相同的铸造装置，在0.01秒内将第一油缸20的下降油压自10Mpa下降至0Mpa，此时的下降油压及上升油压的变动和可动工作台14的变位如图15所示。其他铸造条件和测定方法与实施例1相同。
如图15所示，用于使可动工作台14下降的第一油缸20的下降油压急剧下降，然后重复急剧变动五次左右，变动平静下来是在开始使下降油压下降时起约0.1秒后。显然，由于该急剧的变动，可动工作台14倾斜，在相对于下模8倾斜的状态下上升。可动工作台14的各个角的最大变位在上升3～5mm左右的位置产生，确认了最大1.5mm左右的变位差。
这样铸造的与实施例1相同形状的20个铝车轮，虽然有一定程度的差异，但所有装饰面上均发现了粘附及变形。
实施例5如图10(a)～图10(c)所示，使用上方工作台13具有四个第二油缸21的铸造装置，首先，与比较例1同样，在0.01秒内将第一油缸20的下降油压自10Mpa下降至0Mpa，然后，同步驱动第二油缸21，使上板17在距最下端位置P1约20～30mm的高度位置P2之间保持平行并上升。在上模12和下模8之间设置高度为20mm的导杆，使两模8、12水平方向不相对移动。
在以上的条件下，测定使上模12上升时第一油缸20的下降油压变动和可动工作台14的变位。其结果，虽然下降油压的变动与比较例1相同，但是，可动工作台14的变位却几乎是一定的。由此，确认了可动工作台14自下模8至位置P2利用四个同步的第二油缸21在保持平行的状态下上升的情况。
实施例6除使用成形于轮毂部的螺栓孔凹部36的斜角为4°、凹部的深度为20mm的下模8外，其他与实施例3同样，铸造了铝车轮。其结果，得到了螺栓孔凹部无粘附、铸造外观良好的车轮。
实施例7在图13所示的铸造装置中，使用拔模部斜角为3.5°、具有图8所示的断面形状的轮辐部的金属模型，进行了铸造。轮辐部的斜面具有30mm以上的高度T1、5mm以下的顶壁壁厚T2及4.5mm以下的最小宽度Wmin，拔模部的斜角α在斜面的50％以上范围为3.5°。其他铸造条件与实施例3同样，制造了20个铝车轮。图2表示车轮的背面。得到的铝车轮的装饰面背面侧未发现粘附及变形，确认了所有车轮均具有良好形状。
实施例8使用与实施例7同样具有三个供液部件并改变了下模8及上模12的形状的铸造装置，除使轮毂部背面的拔模部的斜角为3.5°外，其他铸造条件与实施例1相同，低压铸造了20个轮辐型铝车轮。图3表示车轮的背面。得到的铝车轮的拔模部的斜面未发现粘附及变形，确认了所有车轮均具有良好的形状。
实施例9对实施例3使用的具有三个供液部件的铸造装置中金属模型的冷却进行了分析。一个供液部件与实施例1同样，定位为向形成车轮的轮毂部的模腔注入熔液，其余两个供液部件如实施例2所述，定位为经横可动模10向成形车轮的轮圈部的模腔注入熔液。
图16表示下模8的详细情况。如图16所示，下模8内设有多个水冷机构50和一个水冷机构51。各水冷机构50端部朝向形成设于车轮轮盘面上的各螺栓孔用凹部的各金属模型凸部81而配置，主要冷却轮毂部附近。各金属模型的凸部81的斜角为3.0～10.0°左右。冷却水经管50b流入冷却机构50a，朝向各金属模型凸部81。冷却部50a具有双重管结构，内管中的水的流向与外管和内管之间的水的流向相反。从内管到达各金属模型凸部81的前端的冷却水在管50c中流回。
用于冷却轮盘部(特别是轮辐部)的冷却机构51由冷却水路构成，该冷却水路由在下模8的下部形成车轮的轮辐部的部分82的附近以车轮轴为中心大致形成圆环状的槽51b和密封槽51b的部件51a构成。水自冷却管51c流入该冷却水路，冷却轮辐部金属模型82附近。在金属模型凸部81的斜角为3～10°的情况下，当金属模型凸部的模腔表面温度为450℃以上时，涂模材料剥离，熔液与金属模型反应产生粘砂，故要设定冷却条件以使模腔表面的最高温度小于粘砂温度。
利用上述方法铸造的车轮轮辐部中央的DAS值非常小。图17表示加工后的车轮的断面形状。表1记录了测定图17所示的I～IV部分得到的DAS值。使用该下模8制造的实施例3及实施例5的车轮的轮辐部中央的DAS值均为30μm以下。确认了轮辐部中央的DAS值及轮毂部的DAS值非常小，小于轮圈部中央的DAS值。表1中的DAS值是侧浇口位置的测定结果，不过在由此偏移90°的位置的DAS值也看到了相同的倾向。表1中同时记录了由中心浇口工艺制造的车轮的DAS值。
表1
参考例1除使用设于轮毂部的螺栓孔用凹部36的斜角为4°、凹部深度为20mm的下模8外，其他与实施例9同样，制造铝车轮。其结果，得到了凹部36无粘附、具有良好的铸造表面的车轮。
参考例2在不进行螺栓孔附近的冷却的情况下，以与实施例1相同的条件进行铸造。若进行200～300个循环的铸造，则在图16的金属模型凸部81的周围产生熔液的粘砂，产生车轮的铸造不合格，必须花费时间进行金属模型的修复。DAS的测定值也记录在表1中。
实施例10使用如图10(a)～图10(c)所示的铸造装置，利用低压铸造法制造与实施例1同样的铝车轮。
首先，如图10(b)所示，使第一油缸20下降，使下模8与上模12及横可动模10接触，用10Mpa的压力封闭金属模型组装体。然后，利用管18将空气或惰性气体等0.02～0.05Mpa的加压气体送入密闭容器1内。利用加压气体将保持炉2内保持在约700℃的铝(AC4CH)熔液5压进供液部件4b内，进入保持在350～450℃的金属模型组装体内的模腔中。模腔的内面涂敷有保温及脱模用涂模材料。
在浇铸约2～3分钟后，排出加压空气，同时，使供液部件4内的未凝固的熔液5返回保持炉2内。在金属模型模腔内的熔液的凝固结束，并且温度降低到约400～450℃时，使金属模型组装体的紧模力为0Mpa。
铸造的车轮25附着在上模12上，在该状态下使上模12上升。上模12的上升通过同步驱动四个第二油缸21来进行。如图10(c)所示，在活塞21a到达位置P2后，驱动第一油缸20，使上模12充分上升。在此时刻，利用固定安装在上方工作台13上的推杆(未图示)使铸造车轮25自上模12脱离，用回转至铸造车轮25正下方的取出部件11接收铸造车轮(图10(a))。通过重复该循环，连续铸造了多个铝车轮。
这样铸造了轮辐部的斜角50％以上小于5°的20个铝车轮，观察装饰面有无粘附及变形。其结果，未发现装饰面的粘附及变形，确认了所有车轮均具有良好的形状。
如上所详述的，本发明的车辆用轻合金制车轮具有铸造状态的装饰面，轮辐部的斜角小。本发明的车辆用轻合金制车轮具有不加工斜面就可实现比现有车轮细的印象的轮辐部。具有拔模部的车轮也保持铸造成的状态，轮辐部的斜角小。
通过在下模的轮毂部附近设置最佳的冷却结构，可得到强度远高于现有车轮、尤其是轮辐部铸造缺陷少且铸造性能良好的车辆用轻合金制车轮。
具有以上特征的本发明的车辆用轻合金制车轮实际上具有铸造状态的装饰面，故不仅具有优良的装饰性，而且具有重量轻、成本低的优点。
权利要求
1.一种车辆用轻合金制车轮，具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部，其特征在于，所述装饰部具有实际上是金属模型铸造状态的轮辐部，所述轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°。
2.如权利要求1所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮辐部的背面侧形成有实质上为金属模型铸造状态的拔模部，所述拔模部的斜角至少一部分为5.0°以下。
3.如权利要求1或2所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮辐部中斜角为5.0°以下的部分具有5mm以下的最小宽度及20mm以上的高度。
4.如权利要求1～3任一项所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮辐部的斜角为4.0°以下。
5.如权利要求4所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮辐部的斜角为3.5°以下。
6.如权利要求1～5任一项所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮辐部的顶部壁厚为5mm以下。
7.如权利要求1～6任一项所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮辐部的至少一部分的DAS值小于30μm。
8.如权利要求1～7任一项所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，所述轮圈部的最大DAS值大于所述轮毂部的DAS值。
9.如权利要求1～8任一项所述的车辆用轻合金制车轮，其特征在于，其整体是利用低压铸造法一体铸造的。
10.一种制造车辆用轻合金制车轮的方法，所述车辆用轻合金制车轮具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部，所述装饰部具有实际上是金属模型铸造状态的轮辐部，所述轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°，其特征在于，所述方法使用如下铸造装置，所述铸造装置包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；为驱动所述可动工作台安装在所述装置的箱体上的一个驱动缸，通过驱动所述驱动缸来缓缓解除所述下模和所述上模的紧模力。
11.如权利要求10所述的制造车辆用轻合金制车轮的方法，其特征在于，通过在对所述驱动缸施加一定的上升油压的状态下，用0.05秒以上的时间使所述驱动缸的下降油压降低至零，来缓缓解除所述紧模力。
12.一种制造本发明的车辆用轻合金制车轮的方法，所述车辆用轻合金制车轮具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部，所述装饰部具有实际上是金属模型铸造状态的轮辐部，所述轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°，其特征在于，所述方法使用如下铸造装置，所述铸造装置包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；为驱动所述可动工作台安装在所述装置的箱体上的第一驱动缸及至少三个同步的第二驱动缸，通过同步驱动所述第二驱动缸，即使所述可动工作台倾斜，也使所述可动工作台自所述下模和所述上模的紧模位置平行上升至所述车轮与所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驱动缸使所述可动工作台进一步上升。
13.一种制造车辆用轻合金制车轮的方法，所述车辆用轻合金制车轮具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部，所述装饰部具有实际上是金属模型铸造状态的轮辐部，所述轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°，其特征在于，所述方法使用如下铸造装置，所述铸造装置包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；为驱动所述可动工作台安装在所述装置的箱体上的第一驱动缸及至少三个同步的第二驱动缸，通过驱动所述第一驱动缸来缓缓解除所述下模和所述上模的紧模力，通过同步驱动所述第二驱动缸，即使所述可动工作台倾斜，也使所述可动工作台自所述下模和所述上模的紧模位置平行上升至所述车轮与所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驱动缸使所述可动工作台进一步上升。
14.如权利要求13所述的制造车辆用轻合金制车轮的方法，其特征在于，通过在对所述第一驱动缸施加一定的上升油压的状态下，用0.05秒以上的时间使所述第一驱动缸的下降油压降低至零，来缓缓解除所述紧模力。
15.如权利要求12～14任一项所述的制造车辆用轻合金制车轮的方法，其特征在于，所述第二驱动缸是配置在对称位置的四个油缸。
16.如权利要求10～15任一项所述的制造车辆用轻合金制车轮的方法，其特征在于，所述轮辐部背面侧形成有金属模型铸造的拔模部，所述轮辐部背面侧的拔模部的斜角至少一部分是5.0°以下。
17.一种制造车辆用轻合金制车轮的装置，所述车辆用轻合金制车轮具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部，所述装饰部具有实际上是金属模型铸造状态的轮辐部，所述轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°，所述制造车辆用轻合金制车轮的装置的特征在于，包括至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体；固定所述上模的可动工作台；设在所述铸造装置的箱体上的所述可动工作台的升降机构，所述升降机构包括(a)使所述可动工作台升降的第一驱动缸；(b)同步驱动的至少三个第二驱动缸，即使所述可动工作台倾斜，也使所述可动工作台自所述下模及所述上模的紧模位置平行上升至所述车轮和所述下模不再相碰的位置，在所述第二驱动缸的上限位置之上，利用所述第一驱动缸使所述可动工作台上升。
18.如权利要求17所述的车辆用轻合金制车轮的制造装置，其特征在于，所述第一驱动缸在开模时，缓缓解除所述下模和所述上模的紧模力。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，通过在对所述第一驱动缸施加一定的上升油压的状态下，用0.05秒以上的时间使所述第一驱动缸的下降油压降低至零，来缓缓解除所述紧模力。
20.如权利要求17～19任一项所述的车辆用轻合金制车轮的制造装置，其特征在于，所述第二驱动缸是配置在所述箱体的对称位置的四个油缸。
21.如权利要求17～20任一项所述的车辆用轻合金制车轮的制造装置，其特征在于，所述轮辐部背面侧形成有金属模型铸造的拔模部，所述轮辐部背面侧的拔模部的斜角至少一部分是5.0°以下。
全文摘要
一种车辆用轻合金制车轮及其制造方法和制造装置,所述车辆用轻合金制车轮具有包括轮毂部及装饰部的轮盘部和轮圈部,装饰部具有保持金属模型铸造状态的轮辐部,轮辐部的斜角至少一部分小于5.0°,所述方法使用如下铸造装置,所述铸造装置包括:至少具有静置下模和可动上模的金属模型组装体;固定上模的可动工作台;为驱动可动工作台安装在装置的箱体上的第一驱动缸及至少三个同步的第二驱动缸,通过驱动第一驱动缸来缓缓解除下模和上模的紧模力,通过同步驱动第二驱动缸,即使可动工作台倾斜,也使可动工作台自紧模位置平行上升至车轮与下模不再相碰的位置,然后,利用第一驱动缸使可动工作台进一步上升。
文档编号B60B3/10GK1367098SQ02100988
公开日2002年9月4日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年1月11日
发明者伊藤哉, 金井稔, 谷口正信, 臼居谦治 申请人:日立金属株式会社