本发明涉及铸造领域，具体的说涉及一种能显著加快车轮铸件中心热节的凝固速度，提高轮心部位力学性能的铝车轮低压铸造模具的顶模冷却结构。
背景技术：
随着汽车行业的飞速发展，人们对车辆安全性的要求也变得愈发的严格，作为汽车系统中重要安全构件的车轮则需要不断的提升自身的性能品质，才能跟得上日益激烈的市场竞争。
在车辆的行驶中，车轮的各处结构都发挥着重要的安全作用。其中，轮心法兰盘是将车轮与汽车传动主轴相联接的关键部位，因此各主机厂均对其铸造质量及力学性能制定了较高的标准。为了达到使用强度，轮心部位的造型往往设计的比较厚大，对于一些欧系、日系市场的轮型，其厚度甚至会>60mm(图1中的a区域)，这就形成了明显的铸造热节，严重的影响了工艺方案的制定，是生产中最易出现缺陷的部位。
目前，针对轮心部位的冷却，传统的风冷结构仍是诸多铝车轮生产厂家最常用的方式，该技术便于控制且成本低廉，但同时也存在着明显的不足：压缩空气的热容很小，导热系数低，致使轮心区域集中的热量无法快速的导出，造成铝液凝固速度缓慢，便会在铸件内部出现缩松、缩孔等缺陷；由于风冷的过冷度偏低，使得轮心处的晶粒往往会很粗大，造成组织疏松不致密，力学性能低下；另外，轮心作为铝液的充型与补缩源头，并不希望过早的凝固，而是需要在工艺过程的后期实现快速的强冷，很显然风冷冷却已经无法满足这一要求。因此，如何实现轮心厚大热节区域的冷却降温，保证合理的凝固区间，完成良好的顺序凝固，是摆在众多铸造工艺人员面前的重要课题。
综合上述分析，面对日益增高的产品质量要求，现有的技术手段已经很难满足，因此有必要进行一定的优化与改进，解决铸造生产问题，改善铸件的成形品质。
技术实现要素：
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提出了一种改进的低压铸造车轮模具的中心冷却结构，该新型结构可以有效的解决车轮铸件轮心法兰区域易出现缩松、缩孔、晶粒粗大、力学性能低下等问题，从而提高生产质量与综合成品率。
在本发明的一个方面，提供了一种用于提高铝合金铸造热节凝固速度的模具，所述的模具包括顶模、边模和下模，所述的顶模设置在上方并且设置为完成车轮的背腔，底模设置在顶模的下方并且设置为完成车轮的正面轮盘造型，边模设置在顶模和底模的侧面，顶模、边模和底模共同围绕出铝合金车轮的铸造型腔；其特征在于，所述的顶模的中心包括阶梯孔，并且通过该阶梯孔安装有分流锥，所述的分流锥和顶模之间通过螺栓进行连接；所述的分流锥的上部和模具顶模中心孔进行装配，并且两者为零间隙配合；所述的分流锥的上部和模具顶模中心孔的轴向装配高度为8-12mm；所述的分流锥的下端包括圆盘形的冷却部，并且在内部包括环形的水道，所述的冷却部的外径和顶模法兰圈外圈一致，并且所述的水道和模具的顶模同轴；所述的水道的截面为u字形，并且水道的根部距离分流锥下端面6-8mm，水道的根部为圆角设计，其圆弧直径为1.5-2.5mm；所述的分流锥的底面的粗糙度为小于1.6；所述的分流锥的水道有同心分布的两圈，并且内圈对应于车轮的法兰减重窝区域，外圈布置在车轮的轮辐和法兰盘的衔接处；所述的冷却部的侧壁上包括导流孔，并且该导流孔联通了内侧和外侧的水道；所述的分流锥的水道上方覆盖有环形盖板，在盖板的开孔上设置有进水管和出水管；在所述的分流锥的上部的顶端包括连接部，并且所述的连接部设置为连接到分歧管；所述的分流锥的中心包括深水孔，该深水孔一直延伸到分流锥的下端锥头。
所述的分流锥由2cr13不锈钢制成，所述的顶模和底模由h13模具钢制成。
所述的分流锥的下端设计为纺锤形，圆角部分的直径在8mm以上。
所述的分流锥和顶模之间的连接螺栓为m16螺栓，并且通过五个螺栓进行连接，螺纹的旋入深度为20mm以上。
所述的分流锥的上部和模具顶模中心孔的轴向装配高度为10mm；
所述的分流锥的下部的冷却部的厚度为25-30mm。
所述的水道的两侧边缘之间距离为8-10mm，上下边缘之间距离为8-10mm。
所述的水道的外圈中部包括挡板，并且将该外圈的水道平分为两部分。
所述的导流孔的孔径为8mm。
所述的环形盖板使用q235不锈钢来制作，并且盖板的上端面开设有坡口，在盖板上的进水管有2个，出水管有1个。
通过设置五个螺栓连接并且设置螺栓的旋入深度，确保了连接强度。通过选用新型的分流锥和材料，使得其具有其强度高、耐磨性及耐蚀性好的特点，并且具有较长的使用寿命。为实现铝液平稳的分流充型，并降低腐蚀的风险，将锥头部分设计为纺锤型，轮廓线要求光滑过渡。所述的分流锥的上部和模具顶模中心孔的轴向装配高度的选择使得分流锥安装牢靠，又避免了拆装困难等问题。水道的根部为圆角设计，避免了水道开裂，减少了应力集中点。通过限定冷却部下端面的精加工粗糙度，确保了优良的导热能力。
较现有方案，新的模具设计改善效果显著：轮心区域的材料延伸率提高了50％以上，缩松、缩孔等铸造缺陷减低了80％左右，二次枝晶间距减小了40％，单件生产周期缩短了约30s。
在本发明的其他方面，还公开了以下的技术方案：一种新型的车轮低压铸造模具结构，包括：底模、顶模、分流锥、螺栓、分歧管、出水管、进水管、盖板、垫片。
为保证良好的模具使用状态及导热能力，顶模、底模均选用优质的合金模具钢h13制作；
在顶模的中心加工阶梯孔，用于安装分流锥，分流锥与顶模之间通过5个m16的螺栓进行紧固连接，要求螺纹的旋入深度>20mm，保证连接强度；
制作新型的分流锥，材料选用2cr13，其强度高、耐磨性及耐蚀性好，具有较长的使用寿命；为实现铝液平稳的分流充型，并降低腐蚀的风险，将锥头部分设计为纺锤型，轮廓线要求光滑过渡，圆角尺寸>r8mm；
锥头的上端为分流锥的肩部，是和顶模中心孔进行装配的部位，并将二者设计为零间隙配合；轴向的重合高度确定为10mm，太短会使分流锥安装不牢，太长又会导致拆装困难；
分流锥的最大尺寸结构为冷却部，是主要的工作部位，为圆盘状造型；冷却部的外径与顶模法兰外圈一致，厚度设计为25-30mm；冷却部加工有水道，为环形结构，与模具同轴设计，以保证铸件周向各处冷却的均匀性；水道的截面设计为u型，尺寸为8x10mm，保证有足够大的导流通道；水道根部距下端面6-8mm，圆角设计为r2mm，以消除应力集中点，降低水道开裂的风险；冷却部的下端面为主要的导热面，必须进行精加工，要保证ra<1.6，以实现优良的导热能力；环形水道分为内侧水道和外侧水道两种，二者同心设计；内侧水道对应法兰减重窝区域，外侧水道则布置在轮辐与法兰盘的衔接处；在位于轴线上的外侧水道中部焊接一处挡板，厚度为10mm，将水道平均分成两部分；在冷却部的侧壁上钻出导流孔，并将开口端进行堵焊密封；导流孔孔径取为
制作环形盖板，材料选用q235，用于将各水道进行密封；在盖板的上端面开设c4的坡口，以保证焊缝熔池的深度，提高焊接强度；在生产中，需制定严格的焊接工艺，保证水道在使用过程中不能出现焊缝开裂，水道漏水的现象，以提高模具的使用寿命，降低生产成本；在一块外侧盖板上加工出2个进水孔，沿中心面对称分布，孔距为16mm，直径
在盖板的水孔上焊接进、出水管，材料为不锈钢，减小水管的腐蚀；进水管为2个，外径
分流锥的顶端为连接部，是与分歧管进行装配的部位；在分流锥的中心加工出深水孔，孔径
制作垫片，厚度取为2mm，材质可选石墨或者紫铜，前者的导热效果更优，但成本偏高，而后者则反之；将垫片放置在顶模冷却面与分流锥中间，并通过螺栓的紧固，将顶模、垫片、分流锥连成一体，这样顶模上的热量即通过垫片传递给分流锥，然后借助分流锥内的冷却水循环流通带走，从而实现模具的冷却降温；在安装完成后，要求垫片的压缩量达到50％左右，以实现紧密贴合，保证优良的导热效果；在模具下机维修时，要仔细检查垫片的状态，一旦出现破损，应立即更换后再重新上机，以免影响工艺的稳定性；
新型的分流锥设计，形成了两条冷却线路：①锥头部位对冒口的水孔集中冷却；②圆盘部位的水道对法兰区域的冷却；较好的兼顾了车轮铸件的整个中心热节区域，实现了更加快速、均匀、稳定的冷却降温；
在实际生产中，制定工艺方案如下：①锥头部位的冷却一般在保压结束前30-50s内开启，水冷的流量为400-600l/h，而风冷的流量为80-100m3/h；②环形水道冷却一般在中心冷却开启前20-40s内使用，水冷流量为100-200l/h；按上述参数进行压铸，即可实现中心法兰区域无缺陷的连续、稳定生产。
本发明结构简单，其优点在于：新型的顶模中心冷却形式及优化的分流锥结构，形成了中心水孔及外侧水道的双重冷却通道，较好的兼顾了整个车轮轮心法兰区域；借助冷却水强大的蓄热能力，以及石墨垫片优异的导热性能，将聚集的热量快速而高效的导出，实现了热节的迅速凝固结晶，消除了缩松、缩孔等铸造缺陷；通过加大过冷度，内部晶粒组织也得到了明显的细化，提高了轮心的力学性能；另外，生产周期有了明显的缩短，提高了生产效率，实现了车轮铸件的高品质生产。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是本发明中改进的低压铸造车轮模具装配示意图；
图2是本发明中新型的分流锥结构示意图；
图3是本发明中分流锥冷却结构设计示意图；
图中：1-底模；2-顶模；3-分流锥；31-锥头；32-肩部；33-冷却部；34-连接部；35-深水孔；36-螺栓过孔；37-顶杆过孔；38-环形水道；39-导流孔；310-进水口；311-出水口；312-挡板；4-螺栓；5-分歧管；6-出水管；7-进水管；8-盖板；9-导热垫片。
具体实施方式
实施例1
在本实施例中，公开了一种新型的车轮低压铸造模具结构，包括：底模(1)、顶模(2)、分流锥(3)、螺栓(4)、分歧管(5)、出水管(6)、进水管(7)、盖板(8)、导热垫片(9)。
为保证良好的模具使用状态及导热能力，顶模、底模均选用优质的合金模具钢h13制作；在顶模(2)的中心加工阶梯孔，用于安装分流锥(3)，二者通过5个m16的螺栓(4)进行紧固连接，要求螺纹的旋入深度>20mm，保证连接强度；制作新型的分流锥(3)，材料选用2cr13，其强度高、耐磨性及耐蚀性好，具有较长的使用寿命；为实现铝液平稳的分流充型，并降低腐蚀的风险，将锥头(31)部分设计为纺锤型，轮廓线要求光滑过渡，圆角尺寸>r8mm；锥头(31)的上端为分流锥的肩部(32)，是和顶模(2)的中心孔进行装配的部位，二者设计为零间隙配合；轴向的重合高度确定为10mm，太短会使分流锥安装不牢，太长又会导致拆装困难；分流锥的最大尺寸结构为冷却部(33)，是主要的工作部位，为圆盘状造型；冷却部(33)的外径与顶模法兰外圈一致，厚度设计为25-30mm；冷却部(33)加工有水道(38)，为环形结构，与模具同轴设计，以保证铸件周向各处冷却的均匀性；水道(38)的截面设计为u型，尺寸为8x10mm，保证有足够大的导流通道；水道根部距下端面6-8mm，圆角设计为r2mm，以消除应力集中点，降低水道开裂的风险；冷却部(33)的下端面为主要的导热面，必须进行精加工，要保证ra<1.6，以实现优良的导热能力；环形水道(38)分为内侧水道和外侧水道两种，二者同心设计；内侧水道对应法兰减重窝区域，外侧水道则布置在轮辐与法兰盘的衔接处；在位于轴线上的外侧水道中部焊接一处挡板(312)，厚度为10mm，将水道平均分成两部分；在冷却部(33)的侧壁上钻出导流孔(39)，并将开口端进行堵焊密封；导流孔(39)的孔径取为
较现有方案，新的模具设计改善效果显著：轮心区域的材料延伸率提高了50％以上，缩松、缩孔等铸造缺陷减低了80％左右，二次枝晶间距减小了40％，单件生产周期缩短了约30s。