專利名稱：制造壓力鑄造件的方法及鑄造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造壓力鑄造件的方法，尤其是鋁材料或鎂材料鑄造件。本發(fā)明尤其涉及用于車輛工業(yè)的輪輞或車輪的制造。
現(xiàn)在，用于車、尤其是汽車的輪輞或車輪是根據(jù)低壓鑄造方法用鋁材料制造的。其中通常涉及一種簡單控制的、具有大量手動(dòng)操作的工作部分的低壓鑄造機(jī)。每個(gè)機(jī)器需要一個(gè)操作人員，他不但經(jīng)受熔化金屬的高溫，而且經(jīng)受鑄造過程的廢氣。鑄件的脫模非常費(fèi)事。
較多的手工操作將影響零件質(zhì)量，用于一個(gè)車輪鑄件的周期時(shí)間為7至12分鐘。設(shè)計(jì)上的改變要求制造新的模具。
制造者(低壓鑄造者)購進(jìn)所需的棒形鋁合金及在低壓鑄造機(jī)附近的熔爐中熔化，這就是說，質(zhì)量可能隨機(jī)器的不同有所偏差。
用鋁，鎂或類似輕金屬在低壓鑄造機(jī)中鑄造機(jī)動(dòng)車輪輞的方法被描述在DE-C-3619525中，該低壓鑄造機(jī)主要由一個(gè)保溫熔液的坩堝、一個(gè)設(shè)在坩堝上面的鑄模及一個(gè)從鑄模中出來穿過坩堝蓋并伸入到熔液中的立管組成，其中，通過鑄造成形件所消耗的金屬被補(bǔ)充上料到鑄造機(jī)中。該方法的特征是在每次澆鑄前將質(zhì)量與鑄件重量基本相當(dāng)?shù)慕饘賶K(金屬錠)置入鑄造機(jī)熔池水平面以上的氣體空間中，在鑄件拉出或推出之前或之后置入到鑄造機(jī)的熔池中。
已經(jīng)普遍公知，用鋁或鎂材料制成的件通過用熔液壓力鑄造或半固態(tài)的下料錠(SSM方法或觸變模制法)來制造。但迄今對(duì)于這類高負(fù)載零件未能成功地開發(fā)出經(jīng)濟(jì)的替換方法。
DE-C-195 38 243公開了一種用于制造半熔化的觸變鑄造材料的方法，其中包括外層區(qū)段的觸變鑄造材料具有在一個(gè)主體區(qū)段外圍的樹枝狀晶體，并經(jīng)受熱處理，以便產(chǎn)生其中帶有共存的固態(tài)及液態(tài)相的半熔化鑄造材料。在此，樹枝狀晶體、各個(gè)樹枝狀晶體碎塊通過外層區(qū)段或主體外層的溫度升高轉(zhuǎn)變到球狀的固態(tài)相，外層區(qū)段變成半熔化狀態(tài)。通過趨膚效應(yīng)的應(yīng)用可防止主體的過快加熱。這種逐步的加熱方法是費(fèi)事的，需要具有不同頻率(功率)的多個(gè)感應(yīng)加熱步驟。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，開發(fā)一種用于制造壓力鑄造件的方法，尤其是制造用于車輛的車輪或輪輞，借助該方法可克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。尤其是可用降低的費(fèi)用制造高質(zhì)量的車輪或類似件。結(jié)合工作條件的改善，可明顯減小對(duì)環(huán)境的影響。
所提出的任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征來解決。有利的實(shí)施形式公開在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明的另一任務(wù)在于，提供一種用于實(shí)施該方法的鑄造裝置。
這種已公知的壓力鑄造單元具有用于鑄造材料的供送及加熱裝置，壓力鑄造機(jī)，操作儀器和控制裝置，在這種壓力鑄造單元中集成有加熱裝置，它們可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁材料錠的分級(jí)加熱(有時(shí)也可是鎂材料)，然后，這些錠在可以說與周圍空氣不接觸的情況下到達(dá)壓力鑄造機(jī)中。在壓力鑄造或壓力變形后，鑄件在一個(gè)專門的工序中被冷卻和時(shí)效硬化，比迄今通用的方法快得多。其加熱的特點(diǎn)是，以恒定的高能量輸入開始并且在材料區(qū)域中達(dá)到觸變(thixotropes)組織時(shí)減少能量輸入。
本發(fā)明方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可完全自動(dòng)化地實(shí)施，省去了對(duì)液態(tài)金屬的處理，包括相應(yīng)的熔爐及潛在的危險(xiǎn)因素。廢氣等不直接與操作人員和環(huán)境接觸。每個(gè)輪子的鑄造周期時(shí)間下降到約1分鐘。
以下通過實(shí)施例并借助附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明。在附圖中示出


圖1一個(gè)鑄造單元，圖2一個(gè)固定型框的立體圖，圖3一個(gè)型框的局部剖面。
該鑄造單元包括帶有一個(gè)模具、一個(gè)用于加熱裝置2的變頻器的一個(gè)壓力鑄造機(jī)1；一個(gè)監(jiān)視器3；一個(gè)具有控制單元5的用于取出零件的取件機(jī)器人4；一個(gè)具有控制單元7的用于供送坯的裝料機(jī)器人6以及一個(gè)帶有控制單元9的噴淋機(jī)器人8。還設(shè)有用于模具退火的裝置10，冷卻站11及13，用于加熱坯(錠)的電加熱單元、例如感應(yīng)加熱單元12，一個(gè)用于在輸出不合格零件的傳送帶16及輸出合格鑄件的另一傳送帶15前面控制零件的裝置。還設(shè)有一個(gè)金屬供給裝置(坯庫)17，用于鑄件的一個(gè)自動(dòng)清潔站18及一個(gè)手動(dòng)清潔站20，一個(gè)秤19和一個(gè)維修區(qū)域21。
對(duì)壓力鑄造機(jī)1直接供送事先在加熱單元12中被加熱的坯或錠或份額料(Portionen)。它們可在氣密情況下被直接輸送到壓力鑄造機(jī)1的澆注腔中。在使用鎂材料的情況下(在使用鋁材料情況下也是有意義的)，在封閉容器中被加熱的坯借助機(jī)器人6被輸送給壓力鑄造機(jī)1的澆注腔。這些容器被一個(gè)蓋封閉，使得坯在該容器中已被加熱并且能夠在達(dá)到額定溫度時(shí)在無保護(hù)氣體情況下被從加熱單元12供送給澆注腔。容器設(shè)有一個(gè)蓋，這個(gè)蓋可抬起或與容器鉸接式連接?？赡苄枰苽淙垡籂畹姆蓊~料，為此，容器的蓋或底也可設(shè)有一個(gè)附加的并且可封閉的孔，用于壓力排空或真空排空。該容器可被作成平的或高又窄的，這樣比較好。不需要使容器與材料份額的形式完全適配，盡管在封閉容器中盡可能小的空氣體積是有利的。尤其在蓋與材料表面(份額料)之間應(yīng)給出一個(gè)小的氣隙。通過蓋的構(gòu)型及自重可達(dá)到的密封性通常是足夠的。在材料呈半固態(tài)情況下簡單地通過容器邊緣進(jìn)行容器的排空。變換地，也可直接從一個(gè)可加熱的準(zhǔn)備空間/供給通道供給錠，需要時(shí)該通道也可直接與澆注腔相連接，其中在需要時(shí)也可在轉(zhuǎn)送期間將溫度再升高。在使用鋁材料的情況下，可以例如優(yōu)選使用A357號(hào)合金(AlSi7Mg0.6)，它可使鑄造件的淬火和時(shí)效硬化花費(fèi)少的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)(T5處理)。在鑄造前的加熱階段式地進(jìn)行。這可調(diào)整成三個(gè)區(qū)域。開始時(shí)的高功率加熱，在錠外皮區(qū)域中達(dá)到觸變組織后的“精煉”和用于在預(yù)制材料中最后出現(xiàn)球雛晶組織的均質(zhì)化。
在此，將一個(gè)直徑5至6″的鋁錠首先用恒定的高能量加熱到約550至570℃，其中到錠內(nèi)部的溫度差達(dá)到約20℃。接著使能量輸入在很短時(shí)間內(nèi)急速下降，在很短時(shí)間上保持(“精煉”)并且然后再增高，重新保持，直到達(dá)到約585℃的溫度并且溫度差降低到約2至3度。在錠直徑至多4″的情況下，可將該方法程序在這種程度上簡化使得能量輸入的下降步伐可以更慢并且在更長的時(shí)間上均勻地進(jìn)行。
單個(gè)的錠也可在加熱前被“包裹”在薄膜中，最好在鋁箔中，以避免形成氧化物等。同樣可以使用保護(hù)氣體，以避免形成氧化物。
作為坯的原始材料，考慮使用均勻分布的、細(xì)顆粒的材料，該材料通過加熱過程構(gòu)成均勻分布的球形顯微結(jié)構(gòu)，顆粒細(xì)度約為50-100μm。后者對(duì)于要按照SSM方法制造的例如高質(zhì)量的車輪或輪輞是必需的。
不再需要處理液態(tài)的材料。全部廢氣被抽走，模具噴淋被優(yōu)化，使得不必清除剩余噴淋劑。煙氣的形成幾乎可被排除。
模具及鑄造工具模塊式構(gòu)成，使得對(duì)于每種輪型可給出成本合適和可簡單更換的模具組?？梢詫?shí)現(xiàn)模具的相應(yīng)造型部分的快速更換。
壓力鑄造機(jī)1中的模具例如為兩件式或三件式的并且可變換地使用。因?yàn)楦鶕?jù)車輪尺寸不同輪輞底保持不變，因此只必須使兩個(gè)模板與不同的前部造型相適配。它們還可以包含由合適的和較弱高強(qiáng)度的材料制成的嵌入件。因此，這些嵌入件的壽命可適應(yīng)所要求的壓射次數(shù)并且只有底模必須用高強(qiáng)度材料制成。
此外，這些模板可包括滑動(dòng)嵌入件，它們?cè)试S在確定區(qū)域內(nèi)具有可調(diào)節(jié)的高度和在前部造型中的寬度(根據(jù)輪胎及輪輞尺寸而定)，由此，不是對(duì)于每個(gè)尺寸必需一個(gè)單獨(dú)的模具。
專門的脫模器使得即使在具有復(fù)雜的造型或側(cè)凹的情況下也可容易地脫模。這些脫模器是這樣布置的使得在一個(gè)開模行程后通過一個(gè)推出行程被向上移動(dòng)，其中輪廓部分/滑動(dòng)件也可垂直于脫模方向移動(dòng)并且與鑄造件脫離。
根據(jù)另一實(shí)施例，用于制造例如用鋁材料制成的車輪的鑄造模具具有一個(gè)固定的型框30，該型框具有一個(gè)模具對(duì)中心裝置31以及成形件或滑動(dòng)件32和冷卻盤管。固定型框30以通常方式與澆注腔34相連接。它還具有零件特定的芯件，用于輪35的輪轂36中的孔，這些芯件同時(shí)也用作輪35的頂出器。因此不需要附加的頂出器，而是使用為其它任務(wù)所必需的功能零件(在這里作為芯件)。鑄模的填充從輪35的輪轂36開始，并且，在輪轂面與澆注腔34的切口37之間安置了一個(gè)作為插入件的過濾器或篩38，它支承在輪轂36上，主要用于擋住要被壓入的SSM錠的氧化皮，或者是將其撕裂并粉碎。該篩38是一個(gè)用鋁或鋼制成的沖壓件并且可根據(jù)輪轂面被任意穿孔。未示出的錠被貧氧地加熱和供入。模腔的填入盡可能干燥地進(jìn)行，即，不使用潤滑劑。由于使用篩，可以放棄使用用于去除錠的氧化皮的剪刀。
澆注腔34和壓鑄機(jī)1的壓鑄活塞最好用陶瓷材料制成，以便盡可能放棄使用潤滑劑及噴淋劑。
與迄今的從輪的可見面開始的鑄造方向相比，產(chǎn)生小得多的材料剩余并且輪轂本身變成壓鑄余料。在此，篩38的殘留物隨著輪轂面的切削加工被去除(篩38用鋼制成，故鋁-鋼切屑可例如使用在煉鋼中)。輪35的可見面被最終輪廓準(zhǔn)確地鑄造出。
成形件或滑動(dòng)件32設(shè)置有未示出的驅(qū)動(dòng)裝置及導(dǎo)向裝置，以保證成形件或滑動(dòng)件32的駛?cè)牒婉偝觥?br> 大致垂直于固定型框30的接觸面地設(shè)置有用于鎖住滑動(dòng)件32的面。此外還設(shè)有平行于所述接觸面的、用于鎖止滑動(dòng)件32的面，這些面安置在滑動(dòng)件32或成形件上。同樣大致垂直于所述接觸面地設(shè)有另外的面，它們用于組合地對(duì)應(yīng)鎖止和使模具對(duì)中心。
在可動(dòng)的型框33中構(gòu)成相應(yīng)的對(duì)應(yīng)輪廓。
用于鎖止滑動(dòng)件32的面最好位于固定型框30上或該定型框內(nèi)，并且特別是最好在一條線上。用于使模具對(duì)中心的面與成形件或滑動(dòng)件32無關(guān)地環(huán)繞模具四周。
這樣，在鑄造時(shí)起作用的力在固定型框30中被分配到滑動(dòng)件32的左邊和右邊用于組合地對(duì)應(yīng)鎖止和使模具對(duì)中心的面上，由此，力的導(dǎo)入和力的繼續(xù)傳導(dǎo)大致位于一條線上，可以更簡單地掌握。
這些成形件或滑動(dòng)件32用于車輪尺寸的常用范圍(例如從13″至22″)，并且只能被安置在一組型框30，33中。
權(quán)利要求
1.用于制造壓力鑄造件的方法，尤其是通過鑄造制造用于車輛的車輪或輪輞，其中，原始材料以錠或坯的形式供給并被加熱，其特征在于被加熱的原始材料具有球雛晶的顯微結(jié)構(gòu)，以半固態(tài)形式被供送給一個(gè)壓力鑄造機(jī)(1)并且在使用高壓力的情況下被鑄造或變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于原始材料的加熱分級(jí)地進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于冷卻到至少180℃，鑄件的時(shí)效硬化時(shí)間可以縮短(T5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)的方法，其特征在于周期時(shí)間為約1分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于被加熱的原始材料到壓力鑄造機(jī)(1)的供給在很大程度地氣密的情況下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于用一種鋁材料制成的錠首先以高的恒定的能量輸入一直被加熱到一個(gè)溫度，在該溫度上在外層區(qū)域中出現(xiàn)觸變的組織，然后急劇和快速地減少能量輸入，短時(shí)地保持然后再提高并保持能量輸入，直到內(nèi)部的和外層區(qū)域中的溫度很大程度地相平衡。
7.用于制造壓力鑄造件的鑄造裝置，尤其制造用于車輛的車輪或輪輞，具有一個(gè)鑄造裝置，用于加熱原始材料的加熱裝置和操作裝置，尤其是用于操作原始材料和壓鑄件的機(jī)器人，其特征在于該鑄造裝置包括一個(gè)壓力鑄造機(jī)并且作為自動(dòng)化的鑄造單元構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的鑄造裝置，其特征在于它具有可變的模具和模具嵌入件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的鑄造裝置，其特征在于嵌入件的材料適應(yīng)所要求的壓射次數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的鑄造裝置，其特征在于設(shè)有頂出器，它同時(shí)是鑄造過程中的功能元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或10的鑄造裝置，其特征在于模具包括一個(gè)固定的和一個(gè)可動(dòng)的型框(1，4)并且在其內(nèi)包括安置在導(dǎo)向裝置中的成形件或滑動(dòng)件(3)，它們模塊式地構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或10或11的鑄造裝置，其特征在于用于一定零件尺寸的成形件或滑動(dòng)件(3)可被放置在型框(1，4)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中至少一項(xiàng)的鑄造裝置，其特征在于澆注腔和壓力鑄造機(jī)(1)的活塞用一種陶瓷材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造壓力鑄造件的方法以及用于此的鑄造裝置，尤其是通過鑄造制造用于車輛的車輪或輪輞。為了制造高質(zhì)量的車輪或輪輞，原始材料在鑄造單元中被分級(jí)加熱，以半固態(tài)形式被供送給一個(gè)壓力鑄造機(jī)并變形成壓鑄件。
文檔編號(hào)B22D17/00GK1596168SQ02823757
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
發(fā)明者本諾·尼德曼, 羅伯托·博洛尼亞, 馬克·富克斯 申請(qǐng)人:布勒壓力鑄造股份公司