專利名稱：車輛用輕合金制車輪及其制造方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛用金屬模型鑄造輕合金車輪及制造所述車輪的方法和裝置，由于輪輻部很細，故可帶來非常鮮明的印象。
背景技術：
機動車的負載車輪具有各種形狀，同時，為了減輕機動車的重量，提高其外觀美感，其材質(zhì)也正在自鐵向鋁合金、鎂合金及鈦合金轉換。尤其是鋁合金由于重量輕、成本低，故最近安裝鋁合金車輪的機動車的比率正在顯著增加。
如圖18所示，通常，輕合金制車輪30包括由螺栓和螺母安裝在車軸上的厚壁輪轂部31；具有厚壁部和薄壁部混在的裝飾部32的輪盤部；和安裝輪胎的薄壁輪圈部33。輪圈部33由前凸緣部、后凸緣部、輪圈部和輪盤部交叉的交叉部及輪圈中央部構成。裝飾部32具有輪輻部34和裝飾凹部35。輪轂部31設有用于用螺栓和車體進行固定安裝的螺栓孔凹部36。
影響車輛外觀的車輪具有各種形狀，大致可分為輪輻型、碟型、翅片型和網(wǎng)眼型四種類型。輪輻型車輪是以自輪轂部至輪圈部延伸的3～10根輪輻為主體而設計的車輪。碟型車輪輪轂部在遠大于輪輻型車輪的范圍內(nèi)具有平緩面，是具有由輪圈部和短的輪輻連結的大致圓盤形的裝飾部的車輪。翅片型車輪是具有較多的細輪輻的車輪。網(wǎng)眼型車輪雖然也具有較多的細輪輻，但是，是輪輻在輪轂部和輪圈部之間形成網(wǎng)眼狀的車輪。
網(wǎng)眼型車輪、輪輻型車輪及翅片型車輪中，自厚壁的輪轂部至輪圈部延伸的輪輻部具有多種形狀，但為了在外觀上給車輛整體以速度感和機動性等印象，需要設計具有鮮明外觀的輪輻部形狀。
為了得到鮮明的外觀，減小裝飾部的輪輻部寬度是很有效的，但減小輪輻部的寬度(減小輪輻部的斜角)在鑄造工藝上是困難的。這是由于在車輛用輕合金制車輛的金屬模型鑄造中，要組裝具有用于裝飾部表面的模腔的金屬模型部和具有用于裝飾部背面的模腔的金屬模型部，并將金屬熔液注入得到的模腔整體中，而為了容易將裝飾部自金屬模型模腔沿車輛軸向分離，必須使輪輻部的斜角大到一定程度。例如，在如圖18所示的車輪中，輪輻部的斜角為6～8°。若斜角小則難于自金屬模型脫模，斜面和金屬模型會產(chǎn)生滑動而拉傷。另外，如果采用鍛造和切削加工等方法，則可減小輪輻部的斜角，但會使成本提高。
即使在形成于輪輻部背面?zhèn)鹊陌文２?，也要設置用于從模型脫模的斜角，但是，與上述同樣，目前在大量生產(chǎn)中，難于減小該斜角，當斜角非6～8°時，拔模就不順利。因此，如圖9所示，必須在輪轂部和輪輻部的拔模部37設置具有較大的傾斜角α′的斜面39。于是，在金屬模型鑄造中，除最低強度所需的鑄造部分34a(具有傾斜角為α的斜面)外，還會殘留具有傾斜角為α′的斜面的鑄造工藝余量部分34b，鑄造工藝余量部分34b必須在后加工中切除。因此，難于減輕具有細輪輻部的車輪的重量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種車輛用輕合金車輪，通過減小輪輻部的斜角，減小輪輻的寬度，賦予鮮明的印象，同時減輕重量。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種車輛用輕合金車輪，通過減小輪輻部的斜角，即使具有各種形狀的裝飾部，也可減輕重量。
本發(fā)明的再一目的在于，提供一種車輛用輕合金車輪，通過減小輪輻部的斜角，同時在背面?zhèn)仍O置拔模部，使得即使輪輻部的斷面積小，該車輛用輕合金車輪也是高強度而無鑄造缺陷的車輪。
本發(fā)明又一目的在于，提供一種廉價制造所述車輛用輕合金制車輪的方法及其裝置。
本發(fā)明的發(fā)明人針對上述目的進行了深入研究，其結果發(fā)現(xiàn)作為車輛用輕合金制車輪的金屬模型鑄造條件，通過改善開模的控制及可動工作臺的上升條件可得到輪輻部的斜角小、能賦予鮮明印象并減輕重量的車輛用輕合金車輪，從而實現(xiàn)了本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部，所述裝飾部具有實際上保持金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部，所述輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°。其中，所謂“實際上保持金屬模型鑄造狀態(tài)”表示在用金屬模型鑄造后不進行會對斜角產(chǎn)生影響的加工。
理想的是，所述輪輻部的背面?zhèn)刃纬捎袑嶋H上為金屬模型鑄造狀態(tài)的拔模部，所述拔模部的斜角至少一部分為5.0°以下。
制造本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪的第一方法是使用如下鑄造裝置，所述鑄造裝置包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；為驅動所述可動工作臺安裝在所述裝置的箱體上的一個驅動缸，通過驅動所述驅動缸來緩緩解除所述上模和所述下模的緊模力。利用所述驅動缸解除緊模力最好是在對所述驅動缸施加一定的上升油壓的狀態(tài)下，用0.05秒以上的時間使所述驅動缸的下降油壓降低至零。
制造本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪的第二方法是使用如下鑄造裝置，所述鑄造裝置包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；為驅動所述可動工作臺安裝在所述裝置的箱體上的第一驅動缸及至少三個同步的第二驅動缸，通過同步驅動所述第二驅動缸，即使所述可動工作臺傾斜，也使所述可動工作臺自所述下模和所述上模的緊模位置平行上升至所述車輪與所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驅動缸使所述可動工作臺進一步上升。
制造本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪的第三方法是使用如下鑄造裝置，所述鑄造裝置包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；為驅動所述可動工作臺安裝在所述裝置的箱體上的第一驅動缸及至少三個同步的第二驅動缸，通過驅動所述第一驅動缸來緩緩解除所述上模和所述下模的緊模力，通過同步驅動所述第二驅動缸，即使所述可動工作臺傾斜，也使所述可動工作臺自所述下模和所述上模的緊模位置平行上升至所述車輪與所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驅動缸使所述可動工作臺進一步上升。利用所述第一驅動缸解除緊模力最好是在對所述第一驅動缸施加一定的上升油壓的狀態(tài)下，用0.05秒以上的時間使所述驅動缸的下降油壓降低至零。
制造本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪的裝置，包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；設在所述鑄造裝置的箱體上的所述可動工作臺的升降機構，所述升降機構包括(a)使所述可動工作臺升降的第一驅動缸；(b)同步驅動的至少三個第二驅動缸，即使所述可動工作臺傾斜，也使所述可動工作臺自所述下模及上模的緊模位置平行上升至所述車輪和所述下模不再相碰的位置，在所述第二驅動缸的上限位置上方，利用所述第一驅動缸使所述可動工作臺上升。
所述第二驅動缸最好是配置在所述箱體的對稱位置的四個油缸。
最好使輪輻部的斜面總體的30％以上特別是50％以上的部分形成5.0°以下的斜角。理想的是輪輻部的斜角至少一部分為4.0°以下，尤其是3.5°以下。
當輪輻部中斜角為5.0°以下的部分具有5mm以下的最小寬度及20mm以上的高度時，可賦予車輪非常鮮明的印象。也可鑄造為輪輻部背面?zhèn)鹊陌文２康男苯且彩?.0°以下。另外，輪輻部的頂部壁厚最好為5mm以下。
輪輻部的至少一部分的DAS值最好小于30μm。輪圈部的最大DAS值最好大于輪轂部的DAS值。
由于利用本發(fā)明的方法可形成窄而深的拔模部，故不僅輪輻型車輪，而且網(wǎng)眼型及翅片型的細輪輻部也可減輕重量。可以使裝飾面?zhèn)鹊男苯羌氨趁鎮(zhèn)鹊陌文２康男苯莾烧咴O定在4.5°以下，甚至4.0°以下，尤其是3.5°以下。
另外，也可制造設于輪轂部的螺栓孔凹部的斜角為5°以下的車輛用輕合金制車輪。由此，可進一步強調(diào)目前難于表現(xiàn)的螺栓孔凹部的精密度、高級感等。
具有上述特征的本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪可通過低壓鑄造法整體鑄造。


圖1是本發(fā)明一實施例的車輪的正面圖；圖2是本發(fā)明一實施例的車輪的背面圖；圖3是本發(fā)明另一實施例的車輪的背面圖；圖4是顯示輪輻部的斜面之一例的局部剖面圖；圖5是顯示輪輻部的斜面之另一例的局部剖面圖；圖6是顯示輪輻部的斜面之再一例的局部剖面圖；圖7是顯示輪輻部的拔模部的斜面之一例的局部剖面圖；
圖8是顯示輪輻部的拔模部的斜面之另一例的局部剖面圖；圖9是顯示輪輻部的拔模部的斜面中傾斜與壁厚的關系的示意圖；圖10(a)顯示本發(fā)明車輛用輕合金制車輪的鑄造裝置的一例，是上模上升到最高位置狀態(tài)下的示意圖；圖10(b)顯示本發(fā)明車輛用輕合金制車輪的鑄造裝置的一例，是上模下降到緊模位置狀態(tài)下的示意圖；圖10(c)顯示本發(fā)明車輛用輕合金制車輪的鑄造裝置的一例，是第二油缸上升到上限位置狀態(tài)下的示意圖；圖11(a)是圖10(a)的A-A剖面圖，顯示橫可動模打開的狀態(tài)；圖11(b)是圖10(a)的A-A剖面圖，顯示橫可動模封閉的狀態(tài)；圖12是本發(fā)明車輛用輕合金制車輪的鑄造裝置另一例的示意圖；圖13是本發(fā)明車輛用輕合金制車輪的鑄造裝置再一例的示意圖；圖14是顯示實施例1中用于自下模打開上模的第一油缸的下降油壓及上升油壓的變化和工作臺變位的曲線圖；圖15是顯示比較例1中開模狀態(tài)下的第一油缸的下降油壓及上升油壓和工作臺變位的曲線圖；圖16是顯示下模的冷卻結構的剖面圖；圖17是顯示測定車輪的DAS值的部位的剖面圖；圖18是現(xiàn)有車輪的正面圖。
具體實施例方式
具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部的本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪不僅包括用金屬模型整體鑄造為一體的單構件車輪，也包括將金屬模型鑄造的輪盤部和用其他方法制造的輪圈部接合構成的兩構件車輪或三構件車輪。但是，本發(fā)明在鑄造單構件車輪的輕合金制車輪時最有效。
輪輻部是在車輪的輪轂部和輪圈部之間延設的多個細長的凸狀部。輪輻部的斜角是輪輻部的斜面對車輪的軸向所成的角，圖4～圖6中用θ表示。例如，如圖4及圖5所示，在斜面40平坦的情況下，無論輪輻部34在裝飾面?zhèn)仁蔷哂衅教沟捻斆?1(圖4)還是凸狀的頂面41(圖5)，斜角均是車輪的軸向A與斜面40的角度θ。但是，如圖6所示，在輪輻部34自裝飾面41至斜面40連續(xù)彎曲，斜面40具有變化的曲率的情況下，斜面40的傾斜角為與車輪的軸向A的角度最小的部分處的角度θ。
在圖4～圖6所示的例子中，輪輻部34的斜面40由裝飾部表面?zhèn)鹊慕饘倌Ｐ托纬?，但也可以由背面?zhèn)鹊慕饘倌Ｐ托纬?，這種情況下，輪輻部34形成裝飾面?zhèn)确鶎捲酵镌秸牡瑰F形。
斜面不會全部具有相同的傾斜角，故具有小于5°的傾斜角的斜面的比例用具有該傾斜角的斜面的輪廓長度和輪輻部總體的輪廓長度之比(％)表示。例如在裝飾面上設有多個Y字形輪輻部34的圖1所示的車輪中，Y字形輪輻部34內(nèi)側的斜角大于5°，外側的斜角小于5°。若Y字內(nèi)側的總長為144mm，Y字外側的總長為240mm，則具有小于5°的傾斜角的斜面的比例為[240/(240+144)]×100＝62.5％。
輪輻部的粗細自輪轂部至輪圈部不是完全相同的，形狀也很復雜，故裝飾面上斜角小于5°的部分和大于5°的部分混在。因此，輪輻部的根部寬度W也不是一定的。再此，將根部寬度W中的最小值定義為輪輻部的最小寬度Wmin。賦予鮮明印象的輪輻部34最好具有小于5°的斜角，同時具有5mm以下的最小寬度Wmin。
當然，若輪輻部34的斷面積小，則熔液流動性就差，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。當輪輻部的斜角小于5°、最小寬度Wmin小于5mm時，使用僅在輪圈部設置澆口的側澆鑄法或僅在輪盤部設置澆口的中心澆鑄法，由于輪輻部熔液的流動惡化，會產(chǎn)生鑄造狀態(tài)的惡化及鑄造周期延遲等問題。
因此，當在輪圈部模腔設置側澆口，并在輪盤部模腔設置中心澆口時，即使是具有包括小于5.0°的斜角和5mm以下的最小寬度Wmin的輪輻部的車輪也變得容易鑄造。當將側澆口設在輪盤部模腔的上方時，在輪盤部(輪輻部)上不產(chǎn)生來自中心澆口及側澆口的熔液的冷隔，故很理想。如圖4～圖6所示，如果是無拔模部的輪輻部34，則即使斜角小于5°，也可得到具有4mm以下的最小寬度Wmin及25mm以上的高度T1的輪輻部34。
拔模部37的斜面39的傾斜角在圖7及圖8中用α表示。例如，如圖7所示，在設于輪輻部34的拔模部37的斜面39具有一定的斜度的情況下，拔模部37的斜角α為車輪軸向A與斜面39的角度。如圖8所示，在拔模部37為曲面形狀的情況下，拔模部37的斜角α為與車輪的軸向A形成的角度最小的部分的角度。即使在輪輻部34的背面?zhèn)染哂邪文２?7，輪輻部34也可具有4.5mm以下的最小寬度Wmin、30mm以上的高度T1、小于5mm理想的是小于4mm的頂壁厚T2。
為了無缺陷地鑄造輪輻部34的斜角θ小(具有拔模部37的情況下其斜角α也小)的車輪，不僅要改變澆口的配置，在從金屬模型中取出凝固的車輪時，還需要嚴密的金屬模型的控制。為此，要用油缸等平行控制驅動裝置，該平行控制驅動裝置在對稱的三處以上部位同步將可動工作臺14抬起，以使形成輪盤部的下模8或上模12自另一側的模打開。
在圖10(a)～圖10(c)和圖11(a)及圖11(b)中所示的理想的一實施例中，利用固定在上方工作臺13的四個同步驅動缸21將上板17自最下端位置(圖10(b))平行抬起到20～30mm左右的高度的位置P2(圖10(c))?；蛘?，也可以在下方工作臺3上設置三個以上的同步驅動缸，直接將可動工作臺14平行抬起。如果是兩個以下的同步驅動缸，則可動工作臺14容易傾斜，難于鑄造斜角小的車輪。
由于在下方工作臺3附近設置的保持爐，下方工作臺3熱膨脹大于上方工作臺13，故要在導向件16和導柱15之間設置約0.3～0.5mm的間隙。但是，在僅用一個油缸20抬起可動工作臺14進行開模的情況下，當鑄造裝置存在振動時，由于該間隙，可動工作臺14有可能一邊向某一側傾斜一邊上升。如果輪輻部和輪轂部的斜面具有6.0～8.0°的傾斜角，則即使可動工作臺14傾斜，也可在不損壞外形的前提下將鑄造車輪脫模。但是，在斜角小于5°的鑄造車輪中，輪輻部或輪轂部容易產(chǎn)生粘附。
為了防止開模時在鑄造車輪上產(chǎn)生傷痕，盡力控制對金屬模型的振動，同時控制固定有上模12的可動工作臺14的上升是很重要的。
(1)對施加給金屬模型的振動的控制通常，上模12以200KN左右的緊模力按壓下模8。該緊模力相當于施加在第一油缸20的10Mpa左右的下降油壓。當將10Mpa的下降油壓用不足0.01秒降低到0Mpa時，鑄造裝置的應力變形瞬時被釋放，油壓回路中會產(chǎn)生沖擊壓力。從而，鑄造裝置整體會產(chǎn)生振動，不僅可動工作臺14不會在無同步油缸的情況下平行于下模8上升，而且，上模12還會橫向偏移，產(chǎn)生下模8和裝飾面的粘附。
通常，油缸是利用使活塞上升的油壓和使活塞下降的油壓驅動的。在第一油缸20的情況下，通過在施加一定的上升油壓的狀態(tài)下降低下降油壓，來使緊模力為零，進行開模。假定下降油壓的閥門全部打開所需的時間約為0.02秒，則下降油壓變?yōu)?Mpa所需時間約為其兩倍以上。因此，通過以0.05秒以上最好是0.1秒以上的長時間使所述第一驅動缸的下降油壓為零，可防止油壓的急劇降低引起的鑄造裝置的沖擊，從而可鑄造具有無粘附的裝飾面的車輪。為了使緊模力緩慢地變?yōu)榱悖荒苡矛F(xiàn)有的油缸的閥門進行控制，為了進行精密的控制，最好采用油壓流量比例控制閥或電磁閥。
另外，緊模時，最好緩緩提高緊模力，以不帶來超過允許范圍的振動及應力。若急劇地進行緊模，則鑄造裝置整體會產(chǎn)生振動。另外，由于可動工作臺14、下模8等的總重量約有3～4噸，故上方工作臺13及下方工作臺3會在垂直方向產(chǎn)生約1mm的應力變形。另外，由于緊模時，對平行方向也會帶來影響，故在制造輪輻部斜角小的鋁車輪時，最好以不使其產(chǎn)生變形的速度進行緊模。為此目的，最好也采用油壓流量比例控制閥和電磁閥。
(2)可動工作臺的上升的控制自下模8脫模時，鑄造的車輪處于400～450℃的高溫，強度很低。特別是在裝飾面具有復雜形狀的情況下難于自下模8脫模，拉拔方向的強度也很弱，故如果不使鑄造車輪順暢地垂直上升，則會在裝飾部產(chǎn)生粘附。因此控制固定有上模12的可動工作臺14的上升是非常重要的。
上模12相對于下模8必須完全平行地上升的距離是自緊模位置起5～20mm左右。由此再上升時即使可動工作臺14多少有些傾斜，裝飾面和下模8也不會相碰。為了在該距離內(nèi)，在嚴密的控制下使可動工作臺14上升，最好在三個以上的部位同步使上模12或與上模12固定的可動工作臺14平行抬起。為此，使用對稱配置的四個同步垂直驅動缸是有效的。同步驅動缸的驅動可采用電流控制閥或伺服閥。
另外，在距緊模位置5mm以上最好10mm以上的高度范圍內(nèi)，將可動工作臺14的上升速度設定為10mm/秒以下是重要的。在緊模位置，由于下模8和車輪的裝飾面全面接觸，所以，略微的振動就會損傷裝飾面。鑄造后如果加工整個裝飾面則沒有問題，但是，如果是以鑄造面為裝飾面的車輪，則稍有損傷，就是不合格品。
特別是當輪輻部的斜角小時，該問題非常顯著。例如，在金屬模型和車輪的裝飾面僅有不足5mm的距離的位置對鑄造裝置產(chǎn)生沖擊時，由于5mm×tan5°＝0.5mm，故只要金屬模型橫向偏移0.5mm就會損傷車輪的裝飾面。在圖10(a)～圖10(c)所示的鑄造裝置中，僅靠導向件16和導柱15的間隙來矯正該金屬模型的橫向偏移存在很多困難。因此，在到達規(guī)定的上升位置之前，最好以較低的速度進行脫模，以不產(chǎn)生振動。當然，最好是輪輻部的斜角越小可動工作臺14的上升速度越小。為此，最好是可根據(jù)上升距離改變上升速度。
通過使鑄造工藝及冷卻結構最佳化，可鑄造輪輻部的至少一部分的DAS(枝狀晶臂間隔(dendrite·arm·spacing))值為30μm的車輪。由于鋁合金中的枝狀晶會在主軸兩側生長二次臂，故通過測定二次臂的間隔，可求出DAS值。
DAS值小于30μm意味著輪輻部的熔液冷卻快，得到的車輪鑄造缺陷少。由此，可適用蒸鍍或電鍍等涂敷技術。若DAS值大，則進行蒸鍍或電鍍時，輪輻部表面會產(chǎn)生鑄造缺陷帶來的微小的孔，車輪外觀不合格。DAS值也是衡量鋁鑄件強度的尺度，其越小則表示強度越高。
也可以使輪輻部整體的50％以上、特別是80％以上、最理想的是整體的DAS值小于30μm。在本發(fā)明中，輪輻部的DAS值小是通過使斜角小于5°，并減小輪輻部的斷面積而實現(xiàn)的。由此，輪輻部的寬度變窄，斷面積也變小，故輪輻部的冷卻速度快。因此，可得到強度高而具有細的輪輻的整體鑄造車輪。
為了加快冷卻速度，要在金屬模型的相當于輪轂部的部分設置冷卻結構。輪轂部的DAS值遠小于現(xiàn)有輪轂部的DAS值。中心澆口附近由于熔液溫度高，涂模材料容易剝離，故容易產(chǎn)生熔液的粘砂，通過冷卻相當于輪轂部的金屬模型部分，可大幅度降低熔液的粘砂，且可提高輪轂部的強度。從而，可得到輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°且輪轂部的DAS值小于輪圈部的最大DAS值的輕合金制車輪。得到的輕合金制車輪拔模部的斜角至少一部分小于5.0°。另外，由于，輪轂部具有澆口，故輪轂部的DAS值是精加工后測定的值。
在中心澆口工藝中，當冷卻該部分時，輪轂部熔液首先凝固，輪圈部的補縮效果不足。在側澆口工藝中，由于輪盤部距澆口遠，熔液難于流入細的輪輻部模腔，如果通過在形成輪轂部和輪圈部的模腔的各個部分設置熔液用內(nèi)澆口進行澆鑄的多澆口工藝，進行鋁車輪的整體澆鑄，則即使在輪轂部附近進行冷卻，也容易與其他部分的冷卻機構結合，進行具有補縮效果的指向性凝固。用于防止輪輻部的縮孔的補縮效果由來自側澆口的壓力決定，故即使在輪轂部設置冷卻機構也不會產(chǎn)生鑄造缺陷，可良好地平衡鑄造周期的縮短和輪轂部的強度提高。輪轂部附近是緊固螺栓而固定在車體上的部分，需要一定的強度。由于冷卻速度快，故輪轂部具有足夠的強度，可實現(xiàn)薄壁而減輕重量。
具有如上特征的本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪，不限于鋁合金，也可以利用鎂合金等的鑄造而得到。
下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪及其鑄造裝置和鑄造方法的具體例，各具體例中相同的部件賦予相同的參照符號。
實施例1圖10(a)～圖10(c)示意性顯示用于通過低壓鑄造法整體鑄造作為本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪的鋁合金制車輪的裝置。密閉容器1內(nèi)具有保持爐2，安裝在密閉容器1之上的下方工作臺3密封密閉容器1。下方工作臺3的中央部安裝有用于將鋁合金熔液5補給到靜置下模8的供液部件4b，供液部件4b的下端部浸沒于保持爐2內(nèi)的熔液5中。供液部件4b通過嵌入在下方工作臺3及下模8的澆口襯套6，使供液部件4b的上端連結在下模8的澆口部7上。保持爐2內(nèi)的熔液通過供液部件4b流入下模8中的用于形成車輪的模腔的輪轂部的位置。
靜置下模8具有形成車輪裝飾部的面。在本實施例中，使斜面的最小傾斜角為3.5°，如圖7所示，輪輻部的背面?zhèn)仍O有拔模部。另外，設高度T1為30mm，最小寬度Wmin為40mm，頂壁壁厚T2為10mm。如圖11(a)及圖11(b)所示，組裝在下模8的一對橫可動模10、10形成車輪的輪圈部的外周面。安裝在可動工作臺14上的可動上模12形成車輪的背面及輪圈部的內(nèi)周面。
可動工作臺14固定安裝在兩個導柱15上，導柱15沿設置在上方工作臺13的導向件16升降自如。導柱15的上端固定有上板17，上板17利用上方工作臺13上安裝的第一油缸20升降，從而使可動工作臺14及上模12上下運動。圖10(b)顯示上板17到達最下端位置P1的狀態(tài)。該最下端位置P1是上模12和橫可動模10及下模8進行緊模的位置。
在上方工作臺13的上面的對稱位置固定有四個第二油缸21。四個第二油缸21被同步驅動，它們的活塞21a的上端即使可動工作臺14傾斜也可使其自緊模位置P1至車輪和下模8不再相碰的位置P2可動。在位置P1和位置P2之間，通過使四個第二油缸21同步上升，使可動工作臺14足夠平行地上升。在行程S之間驅動第二油缸21的過程中，第一油缸20處于備用狀態(tài)。在活塞21a到達位置P2后，第一油缸20被驅動，使上板17上升到最上端。
使用圖10(a)～圖10(c)所示的裝置，按下述步驟進行車輪的鑄造。在本實施例中，不使用第二油缸21，通過使第一油缸20的下降方向的油壓緩慢降低，防止了在鑄造裝置產(chǎn)生振動的情況。
首先，如圖10(b)所示，使第一油缸20下降，使下模8與上模12及橫可動模10接觸，用10Mpa的壓力封閉金屬模型組裝體。然后，利用管18將空氣或惰性氣體等0.02～0.05Mpa的加壓氣體送入密閉容器1內(nèi)。在保持爐2內(nèi)保持在700℃的鋁(AC4CH)熔液5利用加壓氣體被壓進供液部件4b內(nèi)，進入保持在350～450℃的金屬模型組裝體內(nèi)的模腔中。模腔的內(nèi)面涂敷有保溫及脫模用涂模材料。
在澆鑄約2～3分鐘后，排出加壓空氣，同時，使供液部件4內(nèi)的未凝固的熔液5返回保持爐2內(nèi)。在金屬模型模腔內(nèi)的熔液的凝固結束，并且溫度降低到約400～450℃時，使金屬模型組裝體的緊模力為0Mpa。
鑄造的車輪25附著在上模12上，在該狀態(tài)下使上模12上升。通過在使第一油缸20的上升油壓保持2.5Mpa一定的狀態(tài)下，用0.1秒將第一油缸20的下降油壓自10Mpa降低至0Mpa，緩緩使上模12上升。在上模12充分上升后的時刻，利用固定安裝在上方工作臺13上的推桿(未圖示)使鑄造車輪25自上模12脫離，利用回轉至鑄造車輪25正下方的取出部件11接收鑄造車輪(圖10(a))。通過重復該循環(huán)，連續(xù)鑄造多個鋁車輪。
圖14顯示在0.1秒內(nèi)將用于使可動工作臺14下降的第一油缸20的下降油壓自10Mpa下降至0Mpa時的下降油壓及上升油壓的變動和可動工作臺14的變位。圖中右上的線表示可動工作臺14自緊模位置的變位?？蓜庸ぷ髋_14(1780×1020mm)的變位由四個角測定。圖10(a)～圖10(c)所示的鑄造裝置的可動工作臺14的四個角安裝了反射式激光器，自緊模位置至80mm的上升位置，以0.05mm的精度在四個部位同時連續(xù)地進行測定，求出上升時可動工作臺14對下模8的平行度。利用安裝在第一油缸20的連接口的壓力傳感器(最大負載為20Mpa)連續(xù)測定上模12的緊模及脫模時的下降油壓及上升油壓的變化。
如圖14所示，第一油缸20的下降油壓在0.1秒間緩緩下降，未對鑄造裝置施加振動。另外，使可動工作臺14以3mm/秒的速度上升到距緊模位置P15mm的位置P2。
這樣鑄造了輪輻部的斜角50％以上小于5°的20個鋁車輪，觀察裝飾面有無粘附及變形。其結果，未發(fā)現(xiàn)裝飾面的粘附及變形，確認了所有車輪均具有良好的形狀。
實施例2除利用圖12所示的具有多個供液部件4a、4c的鑄造裝置外，其他與實施例1同樣，鑄造了鋁車輪。在本例中，熔液5通過下模8流入橫可動模10，流入成形車輪的輪圈部的模腔。使熔液相對于模腔的車輪軸向以一定角度流入，以使自供液部件4a、4c流入的熔液5容易沿輪圈的周向流動。這樣制造了20個鋁車輪，觀察裝飾面有無粘附及變形，未發(fā)現(xiàn)裝飾面的粘附及變形，得到了具有良好形狀的車輪。
實施例3如圖13所示，除利用具有三個供液部件的鑄造裝置外，其他與實施例1同樣，制造了具有圖1所示的裝飾面的鋁車輪。一個供液部件與實施例1同樣，定位為向形成車輪的輪轂部的模腔注入熔液，其余兩個供液部件如實施例2所示，定位為使熔液流入橫可動模10后流入成形車輪的輪圈部的模腔。另外，為使斜角為3.5°，改變下模8的形狀，使輪輻部形成圖4所示的斷面形狀。設定高度T1為30mm，最小寬度Wmin為4.0mm，輪輻部的斜角50％以上為3.5°。其他鑄造條件與實施例1同樣，制造了20個鋁車輪。得到的鋁車輪的裝飾面未發(fā)現(xiàn)粘附及變形，確認了所有車輪均具有良好形狀。
實施例4與實施例3同樣，利用具有三個供液部件的鑄造裝置進行鑄造。改變下模8及上模12的形狀，使輪輻部的斷面形狀形成如圖7所示的形狀。使裝飾面?zhèn)鹊男苯菫?.5°，輪輻部背面?zhèn)鹊陌文２?7的斜角α為5°。輪輻部具有30mm的高度T1(實際上與斜面的高度相等)、5mm的頂壁壁厚T2及4.5mm的最小寬度Wmin，輪輻部的斜角θ在輪輻部的50％以上區(qū)域為3.5°。其他鑄造條件與實施例1同樣，制造了20個鋁車輪。其結果，得到的鋁車輪的裝飾面未發(fā)現(xiàn)粘附及變形，確認了所有車輪均具有良好形狀。
比較例1
使用除不具有第二油缸21外與圖10(a)～圖10(c)所示相同的鑄造裝置，在0.01秒內(nèi)將第一油缸20的下降油壓自10Mpa下降至0Mpa，此時的下降油壓及上升油壓的變動和可動工作臺14的變位如圖15所示。其他鑄造條件和測定方法與實施例1相同。
如圖15所示，用于使可動工作臺14下降的第一油缸20的下降油壓急劇下降，然后重復急劇變動五次左右，變動平靜下來是在開始使下降油壓下降時起約0.1秒后。顯然，由于該急劇的變動，可動工作臺14傾斜，在相對于下模8傾斜的狀態(tài)下上升?？蓜庸ぷ髋_14的各個角的最大變位在上升3～5mm左右的位置產(chǎn)生，確認了最大1.5mm左右的變位差。
這樣鑄造的與實施例1相同形狀的20個鋁車輪，雖然有一定程度的差異，但所有裝飾面上均發(fā)現(xiàn)了粘附及變形。
實施例5如圖10(a)～圖10(c)所示，使用上方工作臺13具有四個第二油缸21的鑄造裝置，首先，與比較例1同樣，在0.01秒內(nèi)將第一油缸20的下降油壓自10Mpa下降至0Mpa，然后，同步驅動第二油缸21，使上板17在距最下端位置P1約20～30mm的高度位置P2之間保持平行并上升。在上模12和下模8之間設置高度為20mm的導桿，使兩模8、12水平方向不相對移動。
在以上的條件下，測定使上模12上升時第一油缸20的下降油壓變動和可動工作臺14的變位。其結果，雖然下降油壓的變動與比較例1相同，但是，可動工作臺14的變位卻幾乎是一定的。由此，確認了可動工作臺14自下模8至位置P2利用四個同步的第二油缸21在保持平行的狀態(tài)下上升的情況。
實施例6除使用成形于輪轂部的螺栓孔凹部36的斜角為4°、凹部的深度為20mm的下模8外，其他與實施例3同樣，鑄造了鋁車輪。其結果，得到了螺栓孔凹部無粘附、鑄造外觀良好的車輪。
實施例7在圖13所示的鑄造裝置中，使用拔模部斜角為3.5°、具有圖8所示的斷面形狀的輪輻部的金屬模型，進行了鑄造。輪輻部的斜面具有30mm以上的高度T1、5mm以下的頂壁壁厚T2及4.5mm以下的最小寬度Wmin，拔模部的斜角α在斜面的50％以上范圍為3.5°。其他鑄造條件與實施例3同樣，制造了20個鋁車輪。圖2表示車輪的背面。得到的鋁車輪的裝飾面背面?zhèn)任窗l(fā)現(xiàn)粘附及變形，確認了所有車輪均具有良好形狀。
實施例8使用與實施例7同樣具有三個供液部件并改變了下模8及上模12的形狀的鑄造裝置，除使輪轂部背面的拔模部的斜角為3.5°外，其他鑄造條件與實施例1相同，低壓鑄造了20個輪輻型鋁車輪。圖3表示車輪的背面。得到的鋁車輪的拔模部的斜面未發(fā)現(xiàn)粘附及變形，確認了所有車輪均具有良好的形狀。
實施例9對實施例3使用的具有三個供液部件的鑄造裝置中金屬模型的冷卻進行了分析。一個供液部件與實施例1同樣，定位為向形成車輪的輪轂部的模腔注入熔液，其余兩個供液部件如實施例2所述，定位為經(jīng)橫可動模10向成形車輪的輪圈部的模腔注入熔液。
圖16表示下模8的詳細情況。如圖16所示，下模8內(nèi)設有多個水冷機構50和一個水冷機構51。各水冷機構50端部朝向形成設于車輪輪盤面上的各螺栓孔用凹部的各金屬模型凸部81而配置，主要冷卻輪轂部附近。各金屬模型的凸部81的斜角為3.0～10.0°左右。冷卻水經(jīng)管50b流入冷卻機構50a，朝向各金屬模型凸部81。冷卻部50a具有雙重管結構，內(nèi)管中的水的流向與外管和內(nèi)管之間的水的流向相反。從內(nèi)管到達各金屬模型凸部81的前端的冷卻水在管50c中流回。
用于冷卻輪盤部(特別是輪輻部)的冷卻機構51由冷卻水路構成，該冷卻水路由在下模8的下部形成車輪的輪輻部的部分82的附近以車輪軸為中心大致形成圓環(huán)狀的槽51b和密封槽51b的部件51a構成。水自冷卻管51c流入該冷卻水路，冷卻輪輻部金屬模型82附近。在金屬模型凸部81的斜角為3～10°的情況下，當金屬模型凸部的模腔表面溫度為450℃以上時，涂模材料剝離，熔液與金屬模型反應產(chǎn)生粘砂，故要設定冷卻條件以使模腔表面的最高溫度小于粘砂溫度。
利用上述方法鑄造的車輪輪輻部中央的DAS值非常小。圖17表示加工后的車輪的斷面形狀。表1記錄了測定圖17所示的I～IV部分得到的DAS值。使用該下模8制造的實施例3及實施例5的車輪的輪輻部中央的DAS值均為30μm以下。確認了輪輻部中央的DAS值及輪轂部的DAS值非常小，小于輪圈部中央的DAS值。表1中的DAS值是側澆口位置的測定結果，不過在由此偏移90°的位置的DAS值也看到了相同的傾向。表1中同時記錄了由中心澆口工藝制造的車輪的DAS值。
表1

參考例1除使用設于輪轂部的螺栓孔用凹部36的斜角為4°、凹部深度為20mm的下模8外，其他與實施例9同樣，制造鋁車輪。其結果，得到了凹部36無粘附、具有良好的鑄造表面的車輪。
參考例2在不進行螺栓孔附近的冷卻的情況下，以與實施例1相同的條件進行鑄造。若進行200～300個循環(huán)的鑄造，則在圖16的金屬模型凸部81的周圍產(chǎn)生熔液的粘砂，產(chǎn)生車輪的鑄造不合格，必須花費時間進行金屬模型的修復。DAS的測定值也記錄在表1中。
實施例10使用如圖10(a)～圖10(c)所示的鑄造裝置，利用低壓鑄造法制造與實施例1同樣的鋁車輪。
首先，如圖10(b)所示，使第一油缸20下降，使下模8與上模12及橫可動模10接觸，用10Mpa的壓力封閉金屬模型組裝體。然后，利用管18將空氣或惰性氣體等0.02～0.05Mpa的加壓氣體送入密閉容器1內(nèi)。利用加壓氣體將保持爐2內(nèi)保持在約700℃的鋁(AC4CH)熔液5壓進供液部件4b內(nèi)，進入保持在350～450℃的金屬模型組裝體內(nèi)的模腔中。模腔的內(nèi)面涂敷有保溫及脫模用涂模材料。
在澆鑄約2～3分鐘后，排出加壓空氣，同時，使供液部件4內(nèi)的未凝固的熔液5返回保持爐2內(nèi)。在金屬模型模腔內(nèi)的熔液的凝固結束，并且溫度降低到約400～450℃時，使金屬模型組裝體的緊模力為0Mpa。
鑄造的車輪25附著在上模12上，在該狀態(tài)下使上模12上升。上模12的上升通過同步驅動四個第二油缸21來進行。如圖10(c)所示，在活塞21a到達位置P2后，驅動第一油缸20，使上模12充分上升。在此時刻，利用固定安裝在上方工作臺13上的推桿(未圖示)使鑄造車輪25自上模12脫離，用回轉至鑄造車輪25正下方的取出部件11接收鑄造車輪(圖10(a))。通過重復該循環(huán)，連續(xù)鑄造了多個鋁車輪。
這樣鑄造了輪輻部的斜角50％以上小于5°的20個鋁車輪，觀察裝飾面有無粘附及變形。其結果，未發(fā)現(xiàn)裝飾面的粘附及變形，確認了所有車輪均具有良好的形狀。
如上所詳述的，本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪具有鑄造狀態(tài)的裝飾面，輪輻部的斜角小。本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪具有不加工斜面就可實現(xiàn)比現(xiàn)有車輪細的印象的輪輻部。具有拔模部的車輪也保持鑄造成的狀態(tài)，輪輻部的斜角小。
通過在下模的輪轂部附近設置最佳的冷卻結構，可得到強度遠高于現(xiàn)有車輪、尤其是輪輻部鑄造缺陷少且鑄造性能良好的車輛用輕合金制車輪。
具有以上特征的本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪實際上具有鑄造狀態(tài)的裝飾面，故不僅具有優(yōu)良的裝飾性，而且具有重量輕、成本低的優(yōu)點。
權利要求
1.一種車輛用輕合金制車輪，具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部，其特征在于，所述裝飾部具有實際上是金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部，所述輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°。
2.如權利要求1所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪輻部的背面?zhèn)刃纬捎袑嵸|(zhì)上為金屬模型鑄造狀態(tài)的拔模部，所述拔模部的斜角至少一部分為5.0°以下。
3.如權利要求1或2所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪輻部中斜角為5.0°以下的部分具有5mm以下的最小寬度及20mm以上的高度。
4.如權利要求1～3任一項所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪輻部的斜角為4.0°以下。
5.如權利要求4所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪輻部的斜角為3.5°以下。
6.如權利要求1～5任一項所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪輻部的頂部壁厚為5mm以下。
7.如權利要求1～6任一項所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪輻部的至少一部分的DAS值小于30μm。
8.如權利要求1～7任一項所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，所述輪圈部的最大DAS值大于所述輪轂部的DAS值。
9.如權利要求1～8任一項所述的車輛用輕合金制車輪，其特征在于，其整體是利用低壓鑄造法一體鑄造的。
10.一種制造車輛用輕合金制車輪的方法，所述車輛用輕合金制車輪具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部，所述裝飾部具有實際上是金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部，所述輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°，其特征在于，所述方法使用如下鑄造裝置，所述鑄造裝置包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；為驅動所述可動工作臺安裝在所述裝置的箱體上的一個驅動缸，通過驅動所述驅動缸來緩緩解除所述下模和所述上模的緊模力。
11.如權利要求10所述的制造車輛用輕合金制車輪的方法，其特征在于，通過在對所述驅動缸施加一定的上升油壓的狀態(tài)下，用0.05秒以上的時間使所述驅動缸的下降油壓降低至零，來緩緩解除所述緊模力。
12.一種制造本發(fā)明的車輛用輕合金制車輪的方法，所述車輛用輕合金制車輪具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部，所述裝飾部具有實際上是金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部，所述輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°，其特征在于，所述方法使用如下鑄造裝置，所述鑄造裝置包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；為驅動所述可動工作臺安裝在所述裝置的箱體上的第一驅動缸及至少三個同步的第二驅動缸，通過同步驅動所述第二驅動缸，即使所述可動工作臺傾斜，也使所述可動工作臺自所述下模和所述上模的緊模位置平行上升至所述車輪與所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驅動缸使所述可動工作臺進一步上升。
13.一種制造車輛用輕合金制車輪的方法，所述車輛用輕合金制車輪具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部，所述裝飾部具有實際上是金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部，所述輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°，其特征在于，所述方法使用如下鑄造裝置，所述鑄造裝置包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；為驅動所述可動工作臺安裝在所述裝置的箱體上的第一驅動缸及至少三個同步的第二驅動缸，通過驅動所述第一驅動缸來緩緩解除所述下模和所述上模的緊模力，通過同步驅動所述第二驅動缸，即使所述可動工作臺傾斜，也使所述可動工作臺自所述下模和所述上模的緊模位置平行上升至所述車輪與所述下模不再相碰的位置，然后，利用所述第一驅動缸使所述可動工作臺進一步上升。
14.如權利要求13所述的制造車輛用輕合金制車輪的方法，其特征在于，通過在對所述第一驅動缸施加一定的上升油壓的狀態(tài)下，用0.05秒以上的時間使所述第一驅動缸的下降油壓降低至零，來緩緩解除所述緊模力。
15.如權利要求12～14任一項所述的制造車輛用輕合金制車輪的方法，其特征在于，所述第二驅動缸是配置在對稱位置的四個油缸。
16.如權利要求10～15任一項所述的制造車輛用輕合金制車輪的方法，其特征在于，所述輪輻部背面?zhèn)刃纬捎薪饘倌Ｐ丸T造的拔模部，所述輪輻部背面?zhèn)鹊陌文２康男苯侵辽僖徊糠质?.0°以下。
17.一種制造車輛用輕合金制車輪的裝置，所述車輛用輕合金制車輪具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部，所述裝飾部具有實際上是金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部，所述輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°，所述制造車輛用輕合金制車輪的裝置的特征在于，包括至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體；固定所述上模的可動工作臺；設在所述鑄造裝置的箱體上的所述可動工作臺的升降機構，所述升降機構包括(a)使所述可動工作臺升降的第一驅動缸；(b)同步驅動的至少三個第二驅動缸，即使所述可動工作臺傾斜，也使所述可動工作臺自所述下模及所述上模的緊模位置平行上升至所述車輪和所述下模不再相碰的位置，在所述第二驅動缸的上限位置之上，利用所述第一驅動缸使所述可動工作臺上升。
18.如權利要求17所述的車輛用輕合金制車輪的制造裝置，其特征在于，所述第一驅動缸在開模時，緩緩解除所述下模和所述上模的緊模力。
19.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，通過在對所述第一驅動缸施加一定的上升油壓的狀態(tài)下，用0.05秒以上的時間使所述第一驅動缸的下降油壓降低至零，來緩緩解除所述緊模力。
20.如權利要求17～19任一項所述的車輛用輕合金制車輪的制造裝置，其特征在于，所述第二驅動缸是配置在所述箱體的對稱位置的四個油缸。
21.如權利要求17～20任一項所述的車輛用輕合金制車輪的制造裝置，其特征在于，所述輪輻部背面?zhèn)刃纬捎薪饘倌Ｐ丸T造的拔模部，所述輪輻部背面?zhèn)鹊陌文２康男苯侵辽僖徊糠质?.0°以下。
全文摘要
一種車輛用輕合金制車輪及其制造方法和制造裝置,所述車輛用輕合金制車輪具有包括輪轂部及裝飾部的輪盤部和輪圈部,裝飾部具有保持金屬模型鑄造狀態(tài)的輪輻部,輪輻部的斜角至少一部分小于5.0°,所述方法使用如下鑄造裝置,所述鑄造裝置包括:至少具有靜置下模和可動上模的金屬模型組裝體;固定上模的可動工作臺;為驅動可動工作臺安裝在裝置的箱體上的第一驅動缸及至少三個同步的第二驅動缸,通過驅動第一驅動缸來緩緩解除下模和上模的緊模力,通過同步驅動第二驅動缸,即使可動工作臺傾斜,也使可動工作臺自緊模位置平行上升至車輪與下模不再相碰的位置,然后,利用第一驅動缸使可動工作臺進一步上升。
文檔編號B60B3/10GK1367098SQ02100988
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月11日 優(yōu)先權日2001年1月11日
發(fā)明者伊藤哉, 金井稔, 谷口正信, 臼居謙治 申請人:日立金屬株式會社