NL7905472A - AUTOMOTIVE WHEEL. - Google Patents

Description

VV

11. P. Kenney 2 * ITT INDUSTRIES, INC., te New York, Verenigde Staten van Noord-Amerika AUTOMOBIELWIEL.11. P. Kenney 2 * ITT INDUSTRIES, INC., In New York, United States of North America AUTOMOTIVE WHEEL.

De uitvinding heeft betrekking op een automobielwiel vervaardigd van een metaallegering en in het bijzonder op een automobielwiel van ingewikkelde vorm welke een integrerend product van een smeedpersproces is.The invention relates to an automobile wheel made of a metal alloy and in particular to a complicated shape automobile wheel which is an integral product of a forging press process.

5 Automobielwielen en in het bijzonder die welke als "styled" wielen worden aangeduid, bezitten betrekkelijk ingewikkelde vormen en dienen daarom gewoonlijk door permanent vormgieten of matrijsgiettech-nieken vervaardigd te worden.Automotive wheels, and in particular those referred to as "styled" wheels, have relatively complex shapes and, therefore, usually have to be manufactured by permanent molding or die casting techniques.

Aan dergelijke wielen zijn daarom beperkingen opgelegd door 10 de relatief lagere eigenschappen van de gietlegeringen in dergelijke vormgevende processen. De wielen kunnen worden gesmeed uit smeedlege-ringen doch dit met aanzienlijke beperkingen voor wat betreft hun geometrie of vorm. De wielen kunnen ook vervaardigd worden uit meerdere gesmede delen welke aan elkaar gelast worden doch alleen bepaalde lege-15 ringen kunnen gelast worden en ook deze fabricagetechniek stelt belangrijke vormbeperkingen. Het is daarom wenselijk om wielen te kunnen vervaardigen van samengestelde vorm welke toch de eigenschappen bezitten van smeedlegeringen.Therefore, limitations are imposed on such wheels because of the relatively lower properties of the cast alloys in such shaping processes. The wheels can be forged from forged alloys, but with significant limitations in geometry or shape. The wheels can also be made of several forged parts which are welded together, but only certain washers can be welded and this manufacturing technique also poses important shape limitations. It is therefore desirable to be able to manufacture wheels of composite form which still have the properties of forged alloys.

Kortelings zijn bepaalde legeringen ontwikkeld met een micro-20 structuur welke zodanig is dat hij gegoten kan worden uit een vloei-baar-vast mengsel in plaats van een vloeistof en derhalve vast wordt vanuit een lagere temperatuur dan bij de gangbare gietlegeringen.Briefly, certain alloys have been developed with a micro-structure such that it can be cast from a liquid-solid mixture instead of a liquid and thus solidifies from a lower temperature than conventional cast alloys.

Dergelijke legeringen en hun bereiding zijn bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3 948 650 en 3 954 455. Zoals daarin 25 beschreven is, kunnen gedeeltelijk uit vaste stof bestaande metaal-legeringen in de vorm van een brei gevormd worden tot onderdelen door een verscheidenheid van vormende processen waaronder matrijsgieten, permanente vorm gieten, gesloten matrijs smeden, heet persen en andere bekende technieken.Such alloys and their preparation are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 3,948,650 and 3,954,455. As disclosed therein, partially solid metal alloys in the form of a knit can be formed into parts by a variety of shaping processes including die casting, permanent die casting, closed die forging, hot pressing and other known techniques.

30 De uitvinding heeft nu ten doel een automobielwiel te ver schaffen met een ingewikkelde vorm welke normaal kenmerkend is voor 7905472 r' 2 gegoten wielen doch met eigenschappen welke die van wielen vervaardigd uit smeedlegeringen nabijkomen.The object of the invention is now to provide an automobile wheel with a complex shape which is normally characteristic of 7905472 r '2 cast wheels, but with properties that mimic those of forged alloy wheels.

Verder heeft de uitvinding ten doel ingewikkeld gevormde automobielwielen te verschaffen welke vervaardigd zijn als een inte-5 graal product met nauwe toleranties door middel van een smeedproces met lage druk.It is further an object of the invention to provide intricately shaped automobile wheels which are manufactured as an integral product with close tolerances by a low pressure forging process.

Verder heeft de uitvinding ten doel om een sterk gestyleerd aluminium autowiel te verschaffen dat voortreffelijke eigenschappen met een relatief ingewikkelde vorm combineert.Another object of the invention is to provide a highly styled aluminum car wheel that combines excellent properties with a relatively complex shape.

10 De uitvinding verschaft een autowiel uit een metaallegering dat is vervaardigd als een integraal product met nauwe toleranties door het onder druk vormen van een half-vast lading metaallegering in een gesloten matrijs waarbij de ladingmetaallegering bestaat uit afzonderlijk gedegenereerde dendritische primaire vaste deeltjes homogeen ge-15 suspendeerd in een secundaire vloeistoffase met een lager smeltpunt dan de primaire vaste deeltjes.The invention provides a metal alloy car wheel manufactured as an integral product with close tolerances by pressurizing a semi-solid charge metal alloy in a closed mold, the charge metal alloy consisting of individually degenerate dendritic primary solids homogeneously formed. suspended in a secondary liquid phase with a lower melting point than the primary solid particles.

Aluminium legering wielen volgens de uitvinding combineren de ingewikkelde vorm welke normaal verbonden kan zijn met een gietproduct met sterkteeigenschappen welke met de minimum eisen voor gesmede alu-20 miniumlegering overeenkomen of die overtreffen.Aluminum alloy wheels of the invention combine the intricate shape which may normally be associated with a casting product having strength properties that meet or exceed the minimum requirements for forged aluminum alloy.

Het proces van het vervaardigen van wielen volgens de uitvinding is het onderwerp van de Nederlandse octrooiaanvrage, getiteld: "Werkwijze voor het vormen van een gevormd product uit een metaalle-gering", welke gelijktijdig met de onderhavige octrooiaanvrage is inge-25 diend.The process of manufacturing wheels according to the invention is the subject of the Dutch patent application, entitled: "Method for forming a shaped product from a metal alloy", which was filed simultaneously with the present patent application.

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekening nader toegelicht worden. Daarin toont: fig. 1 een verticale doorsnede van matrijzen in de gesloten stand in een pers welke geschikt is voor gebruik bij de uitvinding; 9 30 fig. 2 een zijaanzicht van een in de pers volgens fig. 1 ver vaardigd automobielwiel, en fig. 3 een bovenaanzicht van het in fig. 2 getoonde wiel.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a vertical section of molds in the closed position in a press suitable for use in the invention; Fig. 2 shows a side view of an automobile wheel manufactured in the press according to Fig. 1, and Fig. 3 shows a top view of the wheel shown in Fig. 2.

De gebruikte metaallading of voorvorm bij de werkwijze volgens de uitvinding is half-vast - een mengsel gedeeltelijk bestaande 35 uit vloeistof en gedeeltelijk uit vaste stof. De vaste deeltjes, welke tussen 30 en 90% van het totale volume uitmaken, zijn afgerond van vorm 790 54 72 3 en doorgaans tussen ongeveer 20 en 200 micron in diameter. Dit is het resultaat van een voorbehandeling van het metaal waarbij het metaal gesmolten wordt en vervolgens gedurende het vast worden hevig wordt geroerd. Dit breekt de korrelformatie tot in het algemeen afgeronde 5 deeltjes. De resulterende metaalsamenstelling is gekenmerkt door afzonderlijke gedegenereerde dendritische primaire vaste deeltjes welke homogeen gesuspendeerd zijn in een secundaire fase met een lager smeltpunt dan de primaire deeltjes. Zowel de primaire als de secundaire fasen zijn afgeleid van de metaallegering welke gedurende het vast 10 worden hevig geroerd is. De werkwijze en de resulterende legering zijn vollediger beschreven in de genoemde Amerikaanse octrooischriften 3 948 650 en 3 954 455 waarnaar verwezen wordt.The metal charge or preform used in the process of the invention is semi-solid - a mixture consisting partly of liquid and partly solid. The solid particles, which make up between 30 and 90% of the total volume, are rounded in shape 790 54 72 3 and usually between about 20 and 200 microns in diameter. This is the result of a pretreatment of the metal in which the metal is melted and then stirred vigorously during solidification. This breaks the grain formation into generally rounded particles. The resulting metal composition is characterized by individual degenerate dendritic primary solid particles which are homogeneously suspended in a secondary phase with a lower melting point than the primary particles. Both the primary and secondary phases are derived from the metal alloy which has been vigorously stirred during solidification. The process and the resulting alloy are more fully described in the aforementioned U.S. Pat. Nos. 3,948,650 and 3,954,455.

De in het algemeen afgeronde aard van de afzonderlijke gedegenereerde dendritische deeltjes laat het toe om de vaste deeltjes 15 op een visceuze wijze te doen vloeien in een continue vloeistofinatrix.The generally rounded nature of the individual degenerate dendritic particles allows the solid particles to flow in a viscous manner in a continuous liquid matrix.

Dit maakt de relatief lage druk bij het vormen van het wiel mogelijk.This allows the relatively low pressure when forming the wheel.

De toegepaste drukken bij de werkwijze bestrijken een gebied van ongeveer 1,7 tot 340 bar welke het vormen toelaat van dermate grote onderdelen als een grote maat (14 inch) automobielwiel dat nu gevormd kan worden 20 in een 250 tons pers vergeleken bij een 1200 tons matrijs gietmachine of een 8000 tons pers voor het gangbare smeden.The pressures used in the process cover a range from about 1.7 to 340 bar allowing the molding of such large parts as a large size (14 inch) automobile wheel that can now be formed in a 250 ton press compared to a 1200 ton die casting machine or an 8000 ton press for common forging.

De grotendeels vaste aard van de lading welke in volume vaste stof tussen 30 en 90%, doch bij voorkeur boven 70% bedraagt, laat een zeer snel vast worden met een minimum aan vloeistof/vaste stof krimp 25 toe. Op zijn beurt laat dit toe dat wielen gevormd worden zonder grote "voedingsreservoirs" of opkomers en laat een zeer kort verblijf in de matrijzen toe. Dit laatste punt is van zeer groot belang bij de bereikbare hoge productiesnelheden met dit proces; een realistische snelheid van bijvoorbeeld 240 automobielwielen per uur.The largely solid nature of the charge, which is between 30 and 90% by volume, but preferably above 70%, allows very fast solidification with a minimum of liquid / solid shrinkage. This, in turn, allows wheels to be formed without large "nutrient reservoirs" or risers and allows very short residence in the molds. The latter point is of great importance in achieving high production speeds with this process; a realistic speed of, for example, 240 automobile wheels per hour.

30 De snelle vastwording betekent dat nagenoeg alle doorsneden van een wiel met een gelijke dikte in doorsnede, terzelfdertijd vast worden en dus zeer snel uitgeworpen kunnen worden, gewoonlijk minder dan 4 seconden na het vormen voor legeringen met een hoog geleidings-vermogen zoals aluminium. Voor ijzer legeringen of wielen met een grote 35 doorsnede kan de vastwordingstijd oplopen tot 15-20 seconden, doch deze zal steeds minder dan een minuut bedragen en doorgaans aanzienlijk 790 54 72 <r 4 minder. De snelle uitwerping bevrijdt het onderdeel van vele spanningen van de krimp in vaste toestand welke doorgaans met afnemende temperatuur optreedt. Dergelijke krimp kan voortschrijden tot het punt waarop het omsluiten op de matrijzen hoge spanningen bewerkt welke resulteren in 5 verdrongen materiaal of scheuren in het gevormde wiel.The fast setting means that virtually all cross sections of a wheel of equal thickness in diameter become solid at the same time and thus can be ejected very quickly, usually less than 4 seconds after molding for high conductivity alloys such as aluminum. For iron alloys or wheels with a large diameter, the setting time can be up to 15-20 seconds, but it will always be less than a minute and usually considerably less 790 54 72 ≤ 4. The rapid ejection relieves the part of many stresses from the solid state shrinkage which usually occurs with decreasing temperature. Such shrinkage can progress to the point where enclosure on the dies produces high stresses resulting in displaced material or cracks in the formed wheel.

Volgens de uitvinding voortgebrachte wielen bezitten vele van de eigenschappen van een gesmeed product doch kunnen complexe vormen hebben en toleranties in de vorm welke typisch zijn voor een gietproduct. De wielen kunnen vervaardigd worden onder gebruikmaking 10 van normale smeedlegeringen op basis van aluminium of ijzer met een trekspanning, vermoeidheid, breukgrens, buigzaamheid en weerstand tegen corrosie vergelijkbaar met die van gesmede producten welke uit deze legeringen vervaardigd zijn.Wheels produced in accordance with the invention have many of the properties of a forged product but can have complex shapes and shape tolerances typical of a cast product. The wheels can be manufactured using ordinary aluminum or iron forged alloys with tensile stress, fatigue, fracture limit, flexibility and corrosion resistance similar to those of forged products made from these alloys.

Volgens de beschreven werkwij ze zijn bijvoorbeeld automobiel-15 wielen vervaardigd die vele eigenschappen bezitten van gesmede wielen onder gebruikmaking van een aanzienlijk vereenvoudigde persapparatuur en op aanzienlijk meer efficiënte wijze dan die toegepast voor de gangbare gesmede wielen.For example, according to the described method, automobile wheels have been manufactured which have many properties of forged wheels using a considerably simplified pressing equipment and in a considerably more efficient manner than that used for the conventional forged wheels.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt een voorvorm 20 verhit tot 10-70% van zijn volume vloeibaar wordt. Als boven vermeld is, is de voorvorm of lading tevoren vervaardigd door hevig roeren van een vloeibaar/vast mengsel van de uitgekozen legering welke dan snel af gekoeld werd. De temperatuur waarop de voorvorm verhit is ligt binnen het smelttraject van de bepaalde legering en kan voor het gekozen 25 legeringsstelsel variëren afhankelijk van de bepaalde chemische samenstelling. Daar er geen bepaalde temperatuur bestaat waarbij het metaal optimaal gevormd wordt, kan de viscositeit zoals deze gemeten wordt als de weerstand tegen indringen van een sonde in het half vaste materiaal gebruikt worden als een indicatie voor het in het mengsel 30 aanwezige percentage vloeistof. Doorgaans wordt het drukgebied van 0,35 bar tot 1,05 bar toegepast, waarbij de nauwkeurige druk zo gekozen is dat hij past bij de omstandigheden van het te vormen onderdeel. Het is mogelijk afkoelen en wederom verhitten van de voorvorm te ontgaan door als de lading direct de stevig geroerde brei te gebruiken, dat 35 wil zeggen voordat hij af gekoeld is tot een staaf of voorvorm-.In the method of the invention, a preform 20 is heated to 10-70% of its volume to liquefy. As stated above, the preform or batch has been previously prepared by vigorously stirring a liquid / solid mixture of the selected alloy which was then rapidly cooled. The temperature at which the preform is heated is within the melting range of the particular alloy and may vary for the selected alloy system depending on the particular chemical composition. Since there is no particular temperature at which the metal is optimally formed, the viscosity as measured as the probe's resistance to penetration into the semi-solid material can be used as an indication of the percentage of liquid contained in the mixture. Typically, the pressure range from 0.35 bar to 1.05 bar is applied, the precise pressure being chosen to suit the conditions of the part to be formed. It is possible to avoid cooling and reheating of the preform by directly using the firmly stirred knit as the load, ie before it has cooled to a rod or preform.

Lage drukken kunnen toegepast worden om de voorverhitte 790 54 72 5 staaf te vormen hetgeen met zich meebrengt dat geen extra stolling van belang optreedt gedurende de vormingsstap. Aldus wordt teneinde het gebruik van lage drukken mogelijk te maken, een vormingstijd in de matrijsholte van minder dan 1 seconde vereist. De matrijsholte wordt 5 voorverhit tot een temperatuur van 100-450° C afhankelijk hoofdzakelijk van de configuratie van het onderdeel teneinde stolling van enig belang gedurende de stap van het vormen te verhinderen. Indien de temperaturen te hoog zijn is er een neiging van hechten van de voorvorm aan de matrijs, bekend als matrijssolderen. Gedurende de vormingsslag, stijgt 10 de druk van nul tot de voor de stolling gebruikte druk. Bij het einde van de vormingsslag is de druk bijgevolg gestegen van ongeveer 1,7 -340 bar, doorgaans van 34-179 bar en begint het stollen van de vloeibare fase. Derhalve stijgt de druk geleidelijk gedurende de vormingsslag en handhaaft zich op een piek van 1,7-340 bar gedurende het stol-15 len. De aangelegde druk bevordert de warmteoverdracht van de metaal-legering naar de matrijs en voedt de stollingskrimp. Indien de druk te laag is kan porositeit een onaanvaardbaar niveau bezitten of kunnen ingewikkelde matrijzen incompleet gevuld worden. Drukken boven 340 bar kunnen gebruikt worden doch zijn niet noodzakelijk. Bovendien kunnen 20 hoge drukken ontlichtingsproblemen veroorzaken. Het is gewenst het onderdeel te vormen bij een zo laag mogelijke druk als mogelijk is om redenen van besparingen bij de werkwijze, eenvoud van de persappara-tuur en voor de levensduur van de matrijs. De verblijftijd in de matrijsholte volgens op de vormingsstap moet voldoende kort zijn, minder dan 25 1 minuut en de bij voorkeur minder dan 4 seconden, teneinde hete scheurvorming van het gevormde onderdeel door warme krimpspanningen te vermijden, doch lang genoeg om de stolling te voltooien van de vloeibare fase van de legering. Specifieke tijden hangen af van de dikte van het onderdeel. De neiging dat heet scheuren optreedt.is een functie 30 van de legeringssamenstelling, het percentage van de delen vaste stof, de temperatuur van de matrijs en de configuratie van het onderdeel.Low pressures can be used to form the preheated bar 790 54 72 5 which means that no additional solidification of interest occurs during the forming step. Thus, to allow the use of low pressures, a molding time in the mold cavity of less than 1 second is required. The mold cavity is preheated to a temperature of 100-450 ° C depending mainly on the configuration of the part to prevent clotting of any importance during the molding step. If the temperatures are too high, there is a tendency for the preform to adhere to the die, known as die brazing. During the forming stroke, the pressure rises from zero to the pressure used for the solidification. As a result, at the end of the forming stroke, the pressure has risen from about 1.7-340 bar, usually from 34-179 bar, and solidification of the liquid phase begins. Therefore, the pressure gradually increases during the forming stroke and remains at a peak of 1.7-340 bar during the solidification. The applied pressure promotes heat transfer from the metal alloy to the mold and feeds the solidification shrinkage. If the pressure is too low, porosity can be at an unacceptable level or complicated molds can be filled incompletely. Pressures above 340 bar can be used but are not necessary. In addition, 20 high pressures can cause lighting problems. It is desirable to form the part at the lowest possible pressure as possible for reasons of process savings, simplicity of the press equipment, and for the life of the mold. The residence time in the mold cavity according to the molding step should be sufficiently short, less than 1 minute and preferably less than 4 seconds, in order to avoid hot cracking of the molded part by hot shrink stresses, but long enough to complete the solidification of the liquid phase of the alloy. Specific times depend on the thickness of the part. The tendency for hot cracking to occur is a function of the alloy composition, the percentage of the solids, the temperature of the mold, and the configuration of the part.

Binnen de gebieden van de vormings- en vastwordingstijden als. boven beschreven behoren de tijden uiteraard zo kort mogelijk te zijn om de productiviteit maximaal te houden. Zoals blijkt uit de voorafgaande 35 uiteenzetting zijn tijden, drukken, temperaturen en vaste stof gedeelten van de legering een combinatie van kritische variabelen welke tezamen 790 5 4 72 s · 6 werken om de aanzienlijke werkwijzebesparingen en de verbeteringen van het product te bereiken.Within the areas of formation and formation times as. The times described above should of course be as short as possible in order to keep productivity to a maximum. As can be seen from the foregoing, times, pressures, temperatures and solids portions of the alloy are a combination of critical variables which work together to achieve significant process savings and product improvements.

Het vormingsproces volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden in een 150-250 tons hydraulische pers voorzien van 5 matrijzen van de in fig. 1 getoonde soort. De bepaalde daar getoonde matrijs is van zodanige vorm dat een sterk gestyleerd automobielwiel verschaft wordt. Het matrijsstel omvat een beweegbare bovenmatrijs of ram 1, twee zijmatrijzen 2 en 3 en een bodemmatrijs 4. De matrijzen zijn getoond in gesloten stand waarbij het legeringsmetaal 5 gevormd is tot 10 een automobielwiel.The forming process according to the invention can for instance be carried out in a 150-250 ton hydraulic press provided with 5 molds of the kind shown in fig. 1. The particular die shown there is of such a shape as to provide a highly styled automotive wheel. The die set comprises a movable top die or ram 1, two side dies 2 and 3 and a bottom die 4. The dies are shown in closed position with the alloy metal 5 formed into an automobile wheel.

Een ander kenmerk van de uitvinding omvat de wijze waarop de matrijzen ontlucht worden. De lengte en de diameter van de ont-luchtingskanalen moeten van voldoende afmeting zijn om overvloedige ontluchting te verschaffen. Anderzijds moeten de kanalen doorgaans 15 voldoende nauw en lang zijn teneinde te verhinderen dat het gesmolten metaal naar het uitwendige van de matrijzen sproeit. Ontluchtingskanalen van gangbare afmeting van een diameter welke bijvoorbeeld gebruikt wordt in matrijsgieten zijn gebleken te nauw te zijn om luchtzakken in de persvormingswijze volgens de uitvinding te voorkomen. Gebleken is 20 echter dat het hoge bestanddeel vaste delen aanwezig gedurende de perscyclus van de onderhavige uitvinding toelaat dat wijdere en kortere ontluchtingskanalen gebruikt worden. Het resultaat is niet slechts de afwezigheid van luchtzakken in het gevormde product doch brengt minder beperkingen in het ontwerp van de matrijs met zich mee, dit laatste 25 daar minder oppervlak nodig is om voldoende ontluchting te bereiken.Another feature of the invention includes the manner in which the dies are vented. The length and diameter of the vent channels must be of sufficient size to provide abundant venting. On the other hand, the channels usually have to be sufficiently narrow and long to prevent the molten metal from spraying to the outside of the dies. Conventional size venting channels of a diameter used, for example, in die casting, have been found to be too narrow to prevent air pockets in the compression molding method of the invention. However, it has been found that the high solids content present during the pressing cycle of the present invention allows wider and shorter venting channels to be used. The result is not only the absence of air pockets in the molded product, but involves fewer limitations in the design of the mold, the latter since less surface area is required to achieve adequate venting.

Vier van dergelijke ontluchtingskanalen 6, 7, 8 en 9 zijn getoond in doorsnede in fig. 1. Uit fig. 1 blijkt dat de vormingswerking in feite een samenvloeiende voorwaartse extrusie van half vast metaal omvat in de nauwe kanalen welke uitmonden in de ontluchtingskanalen 6 en 7, en 30 achterwaartse extrusie. van half vast metaal in de kanalen welke leiden ' naar de ontluchtingskanalen 8 en 9 en een smeedslag in de richting van het centrale gedeelte van het metaal in de pers. Waar sprake is van "ingewikkelde" vormen wordt bedoeld delen aan te geven welke een dergelijke samenvloeiende voorwaartse en achterwaartse extrusie gecombineerd 35 met een smeedstap in het proces volgens de uitvinding vereisen.Four such venting channels 6, 7, 8 and 9 are shown in cross-section in Fig. 1. From Fig. 1, it appears that the molding action actually comprises a confluent forward extrusion of semisolid metal into the narrow channels that flow into the venting channels 6 and 7, and 30 backward extrusion. of semisolid metal in the channels leading to the vent channels 8 and 9 and forging in the direction of the central portion of the metal in the press. Where "complex" shapes are involved, it is intended to indicate parts that require such a confluent forward and backward extrusion combined with a forging step in the process of the invention.

Het volgende voorbeeld dient als illustratie voor de 790 54 72 7 praktijk van de werkwijze volgens de uitvinding. Tenzij anders aangegeven zijn alle delen per gewicht.The following example illustrates the practice of the method of the invention, 790 54 72 7. Unless otherwise indicated, all parts are by weight.

VoorbeeldExample

Een 9 kg zware staaf van een 6061 smeedaluminiumlegering werd als 5 beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3 948 650 gegoten uit een half vaste brei welke ongeveer 50% aan volume gedegenereerde dendriten bevat. De staaf was bij benadering 15 cm in diameter en had de volgende samenstelling:A 9 kg rod of a 6061 forged aluminum alloy was cast as described in U.S. Pat. No. 3,948,650 from a semi-solid knit containing about 50% volume of degenerate dendrites. The rod was approximately 15 cm in diameter and had the following composition:

Si Cr Mn Fe Mg Ti Cu B Al 10 0,63 0,06 0,06 0,22 0,90 0,012 0,24 0,002 restSi Cr Mn Fe Mg Ti Cu B Al 10 0.63 0.06 0.06 0.22 0.90 0.012 0.24 0.002 remainder

De staaf welke opgenomen werd in een roestvrij stalen bus werd geplaatst binnen een weerstandsoven welke ingesteld was op een temperatuur van 677° C. Deze temperatuur bij benadering 28° C boven de vloei-baarheidsgrens van de legering was voldoende om gedeeltelijk smelten 15 van de legering te verkrijgen zonder aanzienlijke veranderingen in de vloeibaarheidsfractie binnen de staaf op te wekken. Bij een temperatuur van 632° C, overeenkomend met een gehalte vaste stof van ongeveer 0,80 zoals bepaald kon worden door het indringen van een gewogen sonde, werd de staaf in zijn bus overgebracht naar de gesloten bodemhelft van een 20 gietijzeren matrijsstel van de soort als getekend in fig. 1, op 315° C gehouden en uit de bus geworpen op de bodem van de matrijs. Het matrijsstel was bedekt met een smeermiddel op grafiebasis. De Bovenmatrijs die ook weer op een oppervlaktetemperatuur van 315° C gehouden was, werd dan gesloten bij een snelheid van 50 cm per minuut resulterend in een 25 voorvorm-vormingstijd van ongeveer 0,2 seconde waarbij binnen de matrijs een maximale druk van 2100 bar bereikt werd zodat de holte met legering opgevuld werd. Na een houdtijd onder druk van 2,4 seconde, gedurende welke de vloeibare fase van het deel vast werd, werd het matrijsstel geopend en het gevormde deel uitgenomen.The rod which was received in a stainless steel canister was placed inside a resistance furnace set at a temperature of 677 ° C. This temperature approximately 28 ° C above the alloy's fluidity limit was sufficient to partially melt the alloy obtainable without generating significant changes in the liquidity fraction within the bar. At a temperature of 632 ° C, corresponding to a solids content of about 0.80 as determined by the penetration of a weighted probe, the rod was transferred in its sleeve to the closed bottom half of a cast iron die set of the type as shown in Fig. 1, held at 315 ° C and ejected from the canister at the bottom of the die. The die set was covered with a graph based lubricant. The Top die, which was also again maintained at a surface temperature of 315 ° C, was then closed at a speed of 50 cm per minute resulting in a preforming time of about 0.2 seconds, reaching a maximum pressure of 2100 bar within the die. so that the cavity was filled with alloy. After a holding time of 2.4 seconds under pressure, during which the liquid phase of the part solidified, the mold set was opened and the molded part was taken out.

30 Het gevormde onderdeel, een aluminium wiel, werd opgedeeld en monsters voor meting van de mechanische eigenschappen werden genomen. De monsters werden bij kamertemperatuur gemeten. De maximale treksterkte was 3200 bar, de vloeigrens was 2950 bar en de rek in een 2,5 cm proefstaaflengte was 7%. Minimale specificaties voor smeed-35 stukken van gesloten matrijzen van 6061 aluminium legering zijn ge- 790 5 4 72The formed part, an aluminum wheel, was divided and samples for measurement of the mechanical properties were taken. The samples were measured at room temperature. The maximum tensile strength was 3200 bar, the yield strength was 2950 bar and the elongation in a 2.5 cm test bar length was 7%. Minimum specifications for forged 35 pieces of closed die of 6061 aluminum alloy are 790 5 4 72

"V"V

8 geven in de Aluminium Standards and Data 1976, Fifth Edition, 1976 zijn 2600 bar treksterkte, 2400 bar vloeigrens en 7% rek. Representatieve minimale specificaties van een automobielfabrikant voor gegoten aluminium wielen zijn 2150 bar treksterkte, 1140 bar vloeigrens en 5 7% rek.8 give in the Aluminum Standards and Data 1976, Fifth Edition, 1976 are 2600 bar tensile strength, 2400 bar yield strength and 7% elongation. Representative automotive manufacturer's minimum specifications for cast aluminum wheels are 2150 bar tensile strength, 1140 bar yield strength and 5.7% elongation.

Anders dan gesmede producten waarvan de eigenschappen richtingsafhankelijk zijn, zijn de producten volgens de werkwijze volgens de uitvinding isotropisch, dat wil zeggen hun eigenschappen zijn in alle richtingen gelijk. De metallurgische structuur van het 10 wiel volgens het voorbeeld bestond uit een willekeurig georiënteerde gelijke korrelstructuur zonder de texture welke behoort bij gesmede componenten met soortgelijke eigenschappen .Unlike forged products, the properties of which are direction-dependent, the products according to the method according to the invention are isotropic, i.e. their properties are the same in all directions. The metallurgical structure of the wheel according to the example consisted of a randomly oriented equal grain structure without the texture associated with forged components with similar properties.

In fig. 2 en 3 is het gerede wiel in het algemeen aangegeven met 10. Het bovenaanzicht van fig. 3 toont het wiel gezien vanaf 15 de richting van de bodemmatrijs in fig. 1. Het wiel bevat een aantal ruwweg rechthoekige contouren 11 rond de omtrek waarbij, elk van de contouren een geponst of verspaand bewerkt gat 12 bevat. Een naafgebied 13 bevat vier geboorde en getapte gaten 14 en vier grotere geponste of mechanisch verspaande gaten 15. Een wielconfiguratie van 20 deze ingewikkeldheid wordt normaal vervaardigd door permanente vorm of matrijsgiettechnieken en is bijgevolg beperkt in zijn eigenschappen tot de relatief laagwaardige eigenschappen van gegoten legeringen. De materiaaleigenschappen zijn derhalve een beperkende factor op het wiel-' gewicht. Slechtere eigenschappen moeten gecompenseerd worden door meer 25 materiaal in het gegoten wiel. Bovendien zijn grotere doorsneden doorgaans nodig bij het gieten wegens inherente beperkingen in giettech-nieken,* het is moeilijk een permanente gietvorm met dunne doorsneden te vullen. Derhalve hebben volgens de uitvinding vervaardigde wielen een zeer belangrijke mogelijkheid lichter in gewicht te zijn dan ver-30 gelijkbare wielen volgens de stand der techniek.In Figs. 2 and 3, the finished wheel is generally indicated by 10. The top view of Fig. 3 shows the wheel viewed from 15 in the direction of the bottom die in Fig. 1. The wheel contains a number of roughly rectangular contours 11 around the circumference wherein each of the contours includes a punched or machined machined hole 12. A hub region 13 contains four drilled and tapped holes 14 and four larger punched or mechanically machined holes 15. A wheel configuration of this complexity is normally manufactured by permanent mold or die casting techniques and is therefore limited in its properties to the relatively low grade properties of cast alloys. The material properties are therefore a limiting factor on the wheel weight. Worse properties must be compensated for by more material in the cast wheel. In addition, larger cross-sections are usually required when casting due to inherent limitations in casting techniques, it is difficult to fill a permanent mold with thin cross-sections. Therefore, wheels made according to the invention have a very important possibility of being lighter in weight than comparable wheels of the prior art.

79054727905472

Claims (5)

1. Automobielwiel van ingewikkelde vorm vervaardigd van een metaallegering als een integraal product met nauwe toleranties door het vormen onder druk van een half-vaste lading metaallegering in een 5 gesloten matrijs, waarbij de lading metaallegering afzonderlijk gedegenereerde dendritische primaire vaste deeltjes bevat homogeen verdeeld in een secundaire vloeistof fase met een lager smeltpunt dan die van de primaire vaste deeltjes.1. Complicated automobile wheel manufactured from a metal alloy as an integral product with close tolerances by molding under pressure a semi-solid metal alloy load in a closed mold, the metal alloy load containing separately degenerate dendritic primary solid particles homogeneously distributed in a secondary liquid phase with a lower melting point than that of the primary solid particles. 2. Automobielwiel volgens conclusie 1, met het 10 kenmerk, dat de metaallegering een aluminiumlegering is.Automotive wheel according to claim 1, characterized in that the metal alloy is an aluminum alloy. 3. Automobielwiel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat sterkteeigenschappen van het wiel ten minste overeenkomen met de minimum eisen voor gesmede aluminiumlegeringen.Automotive wheel according to claim 2, characterized in that the strength properties of the wheel correspond at least to the minimum requirements for forged aluminum alloys. 4. Automobielwiel volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat de primaire vaste deeltjes in de lading metaallegering een concentratie bezitten van 30 tot 90% volume gebaseerd op het volume van de legering.Automotive wheel according to claim 1, characterized in that the primary solid particles in the metal alloy charge have a concentration of 30 to 90% volume based on the volume of the alloy. 5. Automobielwiel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de lading metaallegering gevormd wordt in de 20 matrijs in een tijd van minder dan ongeveer een seconde en dat de matrijs een temperatuur heeft tussen 100 tot 450° C en een stollen optreedt in minder dan een minuut bij een druk van ongeveer 1,7 tot 340 bar. 79054 72Automotive wheel according to claim 4, characterized in that the metal alloy charge is formed in the mold in a time of less than about one second and in that the mold has a temperature between 100 to 450 ° C and solidification occurs in less than one minute at a pressure of about 1.7 to 340 bar. 79054 72