汽車鋁合金輪轂的模具設計

賀增磊，馬山

中信戴卡股份有限公司

汽車鋁合金輪轂的模具設計

賀增磊，馬山

中信戴卡股份有限公司

鋁合金輪轂是汽車中一個重要的安全部件，所以對于質(zhì)量的要求是非常的高。由于汽車鋁合金困輪轂的結(jié)構(gòu)更加適合低壓鑄造，而且需要的供應量又非常的大，所以，我國開始大力推廣低壓鑄造鋁合金輪轂的技術(shù)發(fā)展。我國大部份企業(yè)在生產(chǎn)鋁合金輪轂的工藝技術(shù)上基本上都是采用低壓鑄造技術(shù)。然而我國低壓鑄造技術(shù)還不是很成熟，所以低壓鑄件的質(zhì)量也會受到很多因素的影響。例如，生產(chǎn)環(huán)境、模具結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)以及人工操作等等因素。這其中的任何一個環(huán)節(jié)如果存在不合格的地方或者是操作不當?shù)牡胤?，都直接會導致汽車鋁合金輪轂的低壓鑄造生產(chǎn)，使產(chǎn)品存在缺陷，所以模具的設計至關重要。

低壓鑄造；汽車鋁合金輪轂；模具；順序凝固；材料；冷卻系統(tǒng)

一、低壓鑄造模具結(jié)構(gòu)

鋁合金輪轂低壓鑄造的模具的結(jié)構(gòu)主要包括三部分組成所需要的型腔，它們是由上模、下模以及4個側(cè)模組成。上模以及下模分別固定在上模板上以及下模板上。四個側(cè)模主要是分別連接在側(cè)模油缸上面，下模板是利用螺釘固定在鑄造機臺上面，上模板是經(jīng)過油缸通過導柱來進行開啟以及關閉的實施，側(cè)模是通過油缸的作用沿著導向鍵的方向進行開啟與關閉的實施。

二、低壓鑄造的成型原理

在密封的保溫爐內(nèi)，低壓鑄造是是通過比較干燥的低壓力對空氣進行壓縮。保溫爐內(nèi)的鋁液通過氣體壓力的作用與模具進行連接，然后將鋁液緩慢平穩(wěn)的填充到了模具中去，經(jīng)過一段時間的凝固，最終形成需要得到的鑄件；鋁合金凝固后進行卸壓，首先是打開側(cè)模，然后將上模工作缸的回程往上進行移動，使鑄件自然脫落下來，離開下模，然后使上模上升到一定的高度，然后由頂料的系統(tǒng)是鑄件脫離來上模，直接落到了承接鑄件的托盤上面。

三、模具設計的主要參數(shù)

1.模具的材料

鋁液的溫度一般都保持在六百八十到七百三十攝氏度之間。在低壓鑄造的時候模具的溫度是非常的重要的。從凝固方向性的角度來講，模具的溫度是根據(jù)升液管從澆口向上的方向進行變低的，一般情況下澆口的溫度保持在四百八十到五百二十攝氏度之間，下模的溫度保持在四百到四百五十攝氏度之間，側(cè)模保持在三百五十到四百攝氏度之間，上模保持在二百五十到三百五十攝氏度之間。對于選擇模具的材料，我們可以選擇熱作磨具鋼，而且對于模具是使用壽命應該保證在2.5萬件/套。整個產(chǎn)品造型的保證基礎就是模具的下模，對于熱處理的要求有∶首先應該對晶粒進行細化，然后再對調(diào)質(zhì)進行處理，硬度應該保持在HRC44-46之間。對于上模熱處理的要求是∶進行調(diào)質(zhì)處理，硬度應該保持在HRC28-32之間，大部分上下模都會選擇H13,側(cè)模大部分都是毛坯面，需要進一步的精細加工，硬度大部門保持在HB＝241-286.所以大部分都會采用35CrMo。

2.拔模斜度

鋁液經(jīng)過在模具中凝固以后，就會形成鑄件，它們會冷卻后緊緊的附在模具上面，為了能夠使模具的表面以及造型不受到任何損害的情況下，從下模中脫離出來，所以這就需要下模的斜度最小不能低于7度，應該保持在7度以上，當鑄件在跟隨著上模提升后，通過頂料系統(tǒng)的作用下，對于上模進行了脫離，所以最小的拔模斜度也應該是保持在7度以上。

3.保證鋁液的通道流通以及排氣

低壓鑄造是因為鋁液在通過壓力的作用下，沿著澆口的位置流向輪轂，然后再通過輪轂向澆口進行凝固的實現(xiàn)，由于在充的整個過程中會因為鋁液溫度的原因，造成鋁液的凝固效果，如果在設計鑄造通道時，對于設計的通道不合理，就可能造成輪轂部位以及輪轂與輻條的位置發(fā)生缺陷。在對通道進行設計時，一定應該保證澆道的位置和其他澆道的位置有很多的橫截面積，為了能夠保證進行順序的凝固，同時內(nèi)部出現(xiàn)的缺陷就會慢慢變小。細輻條的特點是窄橫面積窄小，生產(chǎn)的輪轂以及輻條交換位置可能發(fā)生縮松，為了解決這一大難題，我們才去的方式是在大輻條以及小輻條在中間的窗口位置添加上一個封層比較大的鋁液通道。

模具的排氣系統(tǒng)主要是指上模的排氣塞以及排氣線的設計、邊模的排氣設計。排氣系統(tǒng)主要的功能是可以幫助模具在低壓的條件下，保證內(nèi)部的壓力梯度、上模下模以及側(cè)模閉合。在鋁液通過壓力的作用下，將鋁液中所面臨的時直接流入到型腔中所產(chǎn)生的空氣排出，因為這直接可以影響到填充物的通道是否存在不通暢以及氣孔和欠鑄的想象發(fā)生。

4.模具的冷卻系統(tǒng)

模具在鑄造過程中，保證模具工作時達到合理的蓄熱量以及順序凝固的都是冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)可以幫助鑄件最終形成所需要的產(chǎn)品形狀。其中上模、下模以及側(cè)模的冷卻設計，目前我們所掌握的冷卻方式有風冷、水冷以及水霧冷卻。大部分的工廠都會選擇風冷的方式，但是因為模具在現(xiàn)場鑄造時，因輪轂鑄件的安裝盤比較的厚，所以在冷卻的過程中會形成很大的熱節(jié)。為了模具生產(chǎn)的效率有所提高，加強輪盤的位置冷卻強度，有些工廠開始研究水霧冷卻的新模具。水霧冷卻的結(jié)構(gòu)以及各項指標都能夠滿足模具現(xiàn)場鑄造使用的所有要求，甚至能夠使生產(chǎn)達到連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)效果。輪轂鑄件安裝盤的位置受到水霧，加快了冷卻的速度，提高了凝結(jié)組織的致密性，同時也使材料的使用壽命提高了百分之二到百分之三。

5.模具的配合間隙

想要保證模具的使用性能能夠符合模具開始設計之初的需求，就需要我們必須考慮的問題是∶模具在使用時相關的部件配合公差關系、導向機構(gòu)、頂出機構(gòu)等等是否設計的合理，所以模具加工是為了保證尺寸以及公差的重要保障。因此模具每一個部位的間隙都要做到適當。如果間隙過小，就會造成因裝配誤差，而使相互之間碰撞或者咬??；如果間隙過大，就會造成當鋁液通過間隙時，會向外噴出，產(chǎn)生事故；或者當間縫中產(chǎn)生縱向的毛邊時，就會造成減小加壓的效果，妨礙卸料。在模具設計的時候必須應該考慮到模具材料的熱膨脹，例如H13的熱膨脹系數(shù)為6‰，在設計上下模之間的配合間隙時，通常模間的間隙為0.3㎜，這樣的距離不會產(chǎn)生毛邊。在設計模具導向機構(gòu)是，應該根據(jù)模具使用廠家的設備情況，如果設備嚴重的老化，將直接影響到模具精度的下降，導向機構(gòu)之間的間隙過小，將會造成導柱拉傷，從而影響模具正常運作，故在模具設計時，一定應該考慮間隙之間的配合。

四、結(jié)語

符合要求的模具結(jié)構(gòu)和鑄造工藝的結(jié)合是保障產(chǎn)品質(zhì)量以及性能的重要前提，所以廠家應該在實際的生產(chǎn)過程中，根據(jù)鋁合金輪轂不同的需求進行不同的設計，努力設計出更加適合生產(chǎn)的模具。

[1]李平等，鋁合金車輪生產(chǎn)與性能[J].輕合金加工技術(shù)，2011，39（11）∶1-20.