[发明专利]一种汽车铝合金车轮半固态流变成形可视化方法

说明书

技术领域

本发明涉及半固态成形技术领域，具体地说，涉及一种汽车铝合金车轮半固态成形可视化技术。

背景技术

汽车铝合金车轮半固态成形是一个复杂多参数控制的过程，浆料温度、浆料中颗粒比率、模具型腔的结构、充型过程模具型腔的温度梯度的分布、浆料充型速率等因素都将影响铸件的质量。半固态成形过程是在封闭不透明的金属型腔内进行的，浆料的流动状态、金属型腔温度场对半固态浆料充型过程的影响、模具型腔冷却梯度对凝固过程的影响都不可见的，导致半固态成形铸件出现不可预知部位的欠铸、冷隔、疏松、缩孔等宏观缺陷。半固态铝车轮设计人员与制造人员非常想观察到它的实际充型和凝固过程，以便更好地设计浇注系统，控制浆料的状态，消除半固态铸件缺陷。

目前，在铸造开发过程已有PROCAST与FLOW-3D等铸造过程模拟软件，对产品模具开发以及铸造工艺开发虽有帮助，但是该模拟软件在在模拟过程与实际生产过程差异较大，在应用过程中往往需要多次模具结构与铸造工艺的修改；另外，国内也有研制了一些水模拟实验台，应用于重力铸造、低压铸造等工艺模拟，并且充型液态介质用氯化铵水溶液、聚丙烯酰胺水溶液、丁二腈水溶液等透明溶液模拟铸件充型过程，该方式虽能够直观形象地观察铸件的充型过程，但是模拟介质流动性与金属液差异非常大，并不能够客观再现金属液的粘度、流动性以及在金属型腔内的填充过程的真实状态。再者，由于水、氯化铵水溶液、聚丙烯酰胺水溶液以及丁二腈水溶液等透明溶液不能够模拟铸件的凝固结晶过程，该方法对半固态铸造的前期开发虽有帮助，但并不能够真正再现金属半固态浆料在模具型腔内的充型过程及凝固结晶过程。因此如何在半固态产品先期开发过程能够客观的模拟半固态浆料在模具型腔内充型及凝固的过程，真正为半固态成形提供针对性的参考是半固态成形工作人员梦寐以求的事情。

发明内容

本发明的目的是根据汽车铝合金车轮半固态成形的特点研究一种充型及凝固过程的可视化装置，实现在制造前有针对性的模拟，具体地说是一种汽车铝合金车轮半固态成形可视化技术。

实现以上方法的技术方案是，一种汽车铝合金车轮半固态成形可视化技术，该技术研制了一套可客观再现汽车铝合金车轮半固态充型及凝固过程的装置，该装置由模拟浆料制备装置、定量坩埚、半固态浆料充型与凝固模拟装置、视频记录仪组成。模拟浆料制备装置由控制柜一、电源导线、丝杠、驱动马达一、驱动马达二、粘度测量仪、热电偶、搅拌转子、加热器、浆料熔化箱、水箱组成。控制柜一通过电源导线与驱动马达一、驱动马达二、热电偶、加热器、粘度测量仪相连接并控制其工作；驱动马达一装配在丝杠上，用以控制搅拌转子的上下移动；驱动马达二通过皮带控制搅拌转子的转动；搅拌转子目的是对模拟浆料进行搅拌使其成分均匀分布；驱动马达一与驱动马达二通过角钢装配在一起；粘度仪安装在浆料熔化箱的左侧壁上端部，可对所配置的浆料进行粘度测量；浆料熔化箱安装在水箱的中间区域，其目的是保持浆料熔化箱内的浆料在稳定的温度区间；在水箱的侧壁中间安装热电偶，可实时测量水箱内水的温度，在水箱的底部安装水加热器，可依据浆料要求对水箱内的水进行加热；通过该装置可配置该技术方案所需要的模拟半固态浆料。其中半固态浆料的原料为棕榈蜡，其熔化温度在80～92℃区间，其粘度与流动性接近铝合金的半固态浆料，能够仿真模拟半固态浆料的充型过程，该材料有一定的熔化与凝固温度区间，能够仿真模拟浆料充型后凝固过程；在熔化过程加入蓝色、红色或绿色色素进行染色，其目的为便于浆料充型过程与浆料凝固过程呈现清晰的视觉效果；在熔化的棕榈蜡内按照一定比例加入密度稍大于棕榈蜡的有机物颗粒充当半固态浆料中的颗粒，颗粒尺寸在30～50μm，颗粒占棕榈蜡容积的15～50％，其目的是模拟铝合金的半固态浆料内颗粒比例；制备合格的浆料使用定量坩埚转移，定量坩埚采用石墨材质，其保温性能良好，在坩埚内侧面有溶积刻度线，可依据模拟型腔溶剂大小定量舀取所制备的半固态浆料。半固态浆料充型与凝固模拟装置由控制柜二、液压输送管、夹具板一、液压油缸一、液压油缸二、提升钢板、连接导柱、浆料输送钢管、浆料入口、浆料挤压活塞、液压油缸三、夹具板二、左侧模、边摸、右侧模、热电偶、加热棒组成；控制柜二通过液压输送管与电源导线、各液压油缸、热电偶、加热器相连接；液压油缸一有上下两个，分别安装在夹具板一上，液压油缸一的另一端与提升钢板相连接；连接导柱与提升钢板、左侧模相连接，通过液压油缸一可控制左侧模的左右开模与合模；液压油缸二安装在提升钢板的中间部位，液压油缸二的右端与浆料挤压活塞相连接，可控制浆料在模具型腔内的充型速度与对浆料的挤压力的大小；浆料输送钢管与左侧模中间的冒口相连接，在浆料输送钢管的上部有浆料入口，加工合格的半固态浆料通过浆料入口加入，在浆料挤压活塞的作用下完成浆料在模具型腔内的充型；右侧模安装在夹具板二上，液压油缸三也安装在夹具板二上，液压油缸三分上下两个，液压油缸三与边模相连接，可控制两块边摸的开模与合模；在边摸与右侧模的不同位置分别装配有热电偶与加热棒，目的是实验过程控制模具温度场的分布；左侧模、边摸、右侧模造型与所开发的产品一致，尺寸比例为1:1，材质为透光性良好的钢化玻璃玻璃，该材质不仅仅透光性良好，而且能耐200℃左右的温差，韧性也较好，目的为在浆料充型过程以及凝固过程能够清晰的在视频记录中呈现；视频记录仪安装在夹具板三的中间区域，在试验过程通过其中的高速摄像机记录浆料在模具型腔内的流动及凝固过程，并在铸件设计开发过程通过视频慢放进行研究分析，为模具开发以及半固态铸造工艺开发提供客观的技术参数。