大型Al-Cu-Mn轮毂间接挤压铸造的研究

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用上述设计的挤压铸造Ｔ艺和压射参数对轮毂挤压铸造件进行了试制实验。对轮毂铸件不同部位的 横截面和盟微组织进行ｒ检测分析，表明轮彀铸件组织致密、晶粒细化。对轮魏铸件进行ｒ竹态热 处理，在轮轴．轮辐、轮缘处分别取样进行了力学性能测试，测试结果表明铸件平均抗拉强度和延伸率
分别达到３９０ＭＰａ和１０％。 致谢 本项目得到教育部科学技术研究重点项目（１０５１３８）和博士点专项基金（２００柏５６１０１０）和广东省 舟然科学基金（０５００６４９８）的支持。 参考文献：
面温度。铸造５次过后，表面温度为５２３—５９３。Ｆ。
图５显示轮毂挤压铸造件嘲柱断面圈。图６显示轮轴和轮缘试样的铸惫封ｉ织．这ｉ兑峨‘ｊ文献中眼
力铸造Ａｌ—ｃｕ合念相比．轮毂挤压铸造组织致密、品牲细化。，，此外，由ＨＥ力施ＪＪｔｆｆｉ＋轮轴』．．故轮轴
ｔ的品粒比轮缘更细。
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图１轮毂立式间接挤压铸造工艺图
（１．冲头，２．电加热器，３．压室，４．下模具板，５．下模，６．上模，７．上模具板，罨脱料机构）
３压射工艺的分析和优化
间接挤压铸造过程中，型腔中液态金属的充型过程对铸件的质量和力学性能有重大影响。合理的 压射工艺应使紊流最小化，以避免可能的气体和氧化膜的卷入，并减少充型过程的凝同。为了分析轮 毂间接挤压铸造压射充型过程和设计压射工艺，采用Ｆｌｏｗ３Ｄ软件对该过程进行了模拟。由于轮毂具 有柱面对称几何特征，故只模拟了轮毂的四分之一。模拟过程中考虑了紊流、液态金属流体与模具之 间的传热和型壁的摩擦【６］。液态金属充型初始温度和模具温度分别设为９９３０Ｆ和５７３０Ｆ，整个充型过 程初选０．０２８ｍ／ｓ模拟压射速度。图２显示为定值压射速度的模拟结果。通过对模拟结果的分析，以及 根据液态金属流体界面的位置将该充型过程分为如下三个阶段： （１）充型开始至位置Ｐｌ（图２ａ）：该阶段充型液态金属流体充型比较平稳，无紊流；但在与型壁
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Ｐｒｏｃｅｓｓ挡，１６．Ｓ印，２００１，５９５－６１７
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本文链接：/Conference_6670085.aspx
一３７
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“茹７轮毂铸件；辚位的力学性誉
５结论
本文提出了大型轮毂Ａｌｏ ５ｗｔ％Ｃｕ４）５Ｍｎ间接挤压铸造！Ｊ：艺方法，并没汁了工艺流程。为ｒ减 少轮毂充型过程的紊流和凝周．采用Ｆｌｏｗ３Ｄ软件对充型过程进行了模拟和分析。提ｍ了改进的压射
Ｊ：艺。压射的模拟结果表明：充型迸程中，液态金属流体朱出现紊流，并减少了充型过程的凝固。利
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接触的液态金属热量损失较多，温度下降较快（图２ｂ）。
、
（２）位置Ｐ１至位置Ｐ１２：该阶段充型液态金属流体从轮辐流至轮缘底部，因而流体出现断流（图 （３）位置Ｐ３至充型结束：该阶段液态金属流体平稳充型（图２ｅ），如图２ｆ所示，充型结束时轮缘 底部为轮毂的温度最低部位，其温度为８９５。Ｆ，低于灿一Ｃｕ—Ｍｎ合金液相线温度９１ｌ。Ｆ较多，表明该部 位施压之前发生了部分凝固。．
对轮毂铸件进行了t5态热处理在轮轴轮辐和轮缘处分别取样进行了力学性能测试测试结果表明铸件平均抗掩强度和延伸率分别达到390mபைடு நூலகம்a和10
２００７中国铸造活动周论文集
大型ＡＩ—Ｃｕ—Ｍｎ轮毂间接挤压铸造的研究
李元元，张明，赵海东，张卫文，张克武
（华南理工大学机械工程学院，广州５１０６４０）
摘要：本文研究了制造大型Ａｌ一４．５ｗｔ％Ｃｕ一０．５ｗｔ％Ｍｎ铝合金轮毂（外径６７０ｍｍ间接挤压铸造成形工
艺）。首先设计了轮毂挤压铸造系统，包括液压机的改进、模具结构，整个铸造工艺流程。其次，采用 Ｆｌｏｗ３Ｄ软件对轮毂间接挤压铸造压射充型过程进行了模拟。结果表明：当充型液态金属流体从轮辐
流至轮缘．自由表面处出现紊流，并且充型结束时轮缘底部发生凝固。为了减少轮毂充型过程的紊流
和凝同。提ｌ叶Ｊ了改进的压射工艺，改进工艺的模拟结果表明：液态金属流体未出现紊流，并减少了充型 过程的凝固。采用改进的压射Ｔ艺进行了轮毂间接挤压铸造的试制。对轮毂挤压铸造件断面进行了检 查，在轮毂不同部位取样进行了微观组织检测分析，表明轮毂挤压铸造组织致密、晶粒细化。对轮毂铸 件进行了Ｔ５态热处理，在轮轴、轮辐和轮缘处分别取样进行了力学性能测试，测试结果表明铸件平均
用固溶热处理和时效强化．以获得组织致密和晶粒细化的轮毂铸件。
对１６０００ｋＮ立式液压机进行改造用于轮毂间接挤压铸造实验（图１）。液压机下面安装了６３００ｋＮ
油缸用于压射液态金属流体；直径为２５８ｍｍ的压室型腔固定在液压机的底部；连接压射油缸的冲头
作上下运动；电加热器２固定在压室型腔的四周以防止压室内液态金属流体的凝同和分凝；上模具板 固定在液压机上，故液压机可以带动上模具板、上模具垂直运动；下模具固定在下模具板上。设计的挤
‘
２ｃ）；同时，自由表面处相对流速较快，超过１．０ｍ／ｓ，且出现紊流（图２ｄ），易引起气体和氧化膜的卷人。
一３５—
２００７中国铸造活动周论文集
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图２初选工艺轮鞋Ｊ碰接挤压铸造宽型过程模拟结果
为了减少轮毂克型过程的紊流和凝同，提高轮毂挤压铸造件的性能，对充型过程各阶段，提出了
体仍平稳充型，见图４ｌｉ，采用改进的压射工艺缩短了轮毂充型时问，竞型结束时轮毂最低温度为９０４０Ｆ． 比初选工艺减少了充型过程的温度降低与凝固，且从挤压料饼至轮轴、轮辐、轮缘处．温度呈现依次从 高到低的分布见圃４ｅ．有利于轮毂凝同过程的挤压力传输和补缩。
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躅３改进的压射工艺
一３６
太型＾ｌ—ｃｕ—Ｍｎ轮载自ｌ接挤月；铸造的研究
抗掩强度和延伸率分别达到３９０ＭＰａ和１０％。 关键词：挤压铸造；压射工艺；数值模拟ｊ显微组织和力学性能；大型轮毂；Ａｌ—Ｃｕ—Ｍｎ
１前言
挤压铸造有许多优点，例如：减少气孑Ｌ，细化晶粒，提高力学性能，制造近净成形铸件。因此，该铸 造工艺已用于安全结构件的生产，尤其是应用在汽车工业领域。挤压铸造分为直接挤压铸造和间接挤
㈣抡缘）
髑６轮赶挤艇铸造件的铸志组织
对轮救铸件进行了，ｒｓ态热处理，从铸件＝；ｆｊ＝删部位取ｎ｛儿ｒ十吲柱托伸试样，蚓柱试样桥距为 ２００ｍｍ．直径为ｌＯｍｍ。试样的力学性能参数：最大抗扎应力和延伸率用ＩＮＳＴＲＯＮ仪器测齄．酬７显示 测得的最大抗拉应力和延伸率，铸件平均抗拉强度和延伸率分别达到３９０ＭＰａ和１０％。
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图４改进工艺轮较阔接挤雎铸遗充型过程模拟结果
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４试制和结果
在改进的压射工艺下。按照上述的工艺流程进行铸造实验。电炉中的赦态金属流体温度控制在
１０２３０Ｆ。浇人压室的液态金属温度为９９０－９９８。Ｆ。实验中用红外线温度测量仪测量摸具不同部位的表
压铸造过程如下： （１）
固定于液压机可动横梁上的上模具板７带动上模６向上运动，打开凹模；
（２）将电炉中熔化的液态Ａｌ合金浇注到压室３中；
．・－——３４－－———
大型Ａｌ—Ｃｕ—Ｍｎ轮毂问接挤压铸造的研究
（３）上模具板７快速向下运动，上模６和下模５形成封闭的型腔； （４）液压机施加合模力； （５）．挤压冲头１向上运行，进行铝合金熔液的压射充型； （６）充型完毕后，施加挤压力并保压至铸件凝固； （７）铸件凝固后，上模具板７和上模６往上运动，从而轮毂铸件与下模５脱离； （８）脱料机构向下运动打落铸件。
得到高抗拉强度和延伸率，用Ｆｌｏｗ３Ｄ软件对轮毂压射充型过程进行模拟，优化了压射工艺，减少紊流 和充型过程的凝固。采用优化的压射＿Ｔ艺和参数进行了轮毂间接挤压铸造的试制，对铸件断面进行了 检查，分析了轮毂不同部位取样的微观组织。对轮毂铸件进行了Ｔ５态热处理，并检测其力学性能。
２轮毂挤压铸造过程
轮毂试制成直径为６７０ｍｍ，并具有柱面对称几何特征。由于轮毂用于重载车辆。采用间接挤压铸 造工艺可以得到少气孔、晶粒细化和高力学性能的轮毂。选用了Ａ１４．５％ｗｔＣｕ一０．５％ｗｔＭｎ合金，并采
改进的压射工艺，如图３所承。对改进的压射工艺进行了克型过程模拟，与初选工艺模拟结果比较表 明：第一阶段，虽然提高了该阶段的压射速度，但液态金属流体仍能够保持平稳充型，同时，与型壁接 触处的液态金属热量损失降低，减少了其温度降低．见图４ａ；第二阶段，该阶段压射速度降低．使得液
态金属流体在自由表面处流速下降，自由表面平稳，未出现紊流，见图４ｂ和４ｃ；第三阶段．液态盘属流
压铸造，前者是压力直接施加在铸件上，后者则是通过中间的浇道系统，由于应用了浇道和浇１：３系统
以及无需精确测量液态金属，间接挤压铸造得到了更广泛的商业化应用［１．３］。因为在挤压力下充型和凝 固。可以采用间接挤压铸造工艺某些宽结晶范围的合金（例如Ａｌ—Ｃｕ合金）制造各种结构件［４＇５］。
本文研究了大型轮毂间接挤压铸造方法．采用Ａｌ—Ｃｕ—Ｍｎ合金可以通过固溶和时效处理方法以
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ｓｃｌ口∞．３３．１９９８，１５７９—１５８９
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Ｉ．Ｆｌｏｗ Ｓｃｌｅｎ㈣Ｉｎｃ．２００３
大型Al-Cu-Mn轮毂间接挤压铸造的研究
作者： 作者单位： 李元元， 张明， 赵海东， 张卫文， 张克武 华南理工大学机械工程学院，广州 510640