鋁合金輪轂鑄造模具及工藝優(yōu)化

林波

摘 要 隨著我國經(jīng)濟在快速發(fā)展，社會在不斷進步，汽車行業(yè)在我國發(fā)展十分迅速，鋁合金輪轂在國內(nèi)汽車制造領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應用，由此使得鋁合金輪轂的成型工藝日趨完善。鍛造法是鋁合金輪轂最早的成型工藝，除該工藝之外，還有鑄造成型和旋壓成型，這些成型工藝目前在鋁合金輪轂的制造過程中都有應用。下面本文重點就這幾種鋁合金輪轂的成型工藝進行分析研究。

關(guān)鍵詞 鋁合金輪轂;良品率;產(chǎn)品性能;輪轂模具;鑄造工藝;充型壓力;水冷

引言

這幾年國家在保護環(huán)境方面的意識很強，在汽車的節(jié)能減排方面也向汽車廠及用戶提出了要求，各汽車廠對節(jié)能降耗這一塊也很重視（據(jù)有關(guān)資料介紹，車輛自身質(zhì)量減輕10%，可降低油耗6%～8%，汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升，除節(jié)能降耗之外，還可相應減少主車的CO2排放量，從而減輕空氣污染），要求各零部件公司降價、產(chǎn)品輕量化。各輪轂廠為了生存，當然要在提升產(chǎn)品良品率及產(chǎn)品性能方面做文章，才能滿足客戶及自身的需求。目前來說，鋁合金輪轂的生產(chǎn)方式主要有低壓鑄造、重力鑄造、鍛造等幾種，其中最主要的方式還是低壓鑄造（可以增加額外的輔助工序），模具是成型輪轂的關(guān)鍵工藝裝備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣決定了輪轂的成品率及生產(chǎn)成本，如果設(shè)計不當，不從鑄造工藝角度上去考慮，會極大地影響鑄造廠去生產(chǎn)出完美的致密的鑄件來。當然，如果只有好的模具，但工藝配置地不好，也是萬萬不行的，兩者相輔相成。

1鋁合金輪轂成形的重要體現(xiàn)

在中空鑄型中倒入金屬液，待冷卻之后，形成預期形狀制品，這種方法稱為“鑄造”，在鑄造過程中取得的制品為鑄件。鑄造可根據(jù)鑄件材料分成“黑色金屬鑄造”、 “有色金屬鑄造”，其中黑色金屬鑄造分為鋼與鐵、有色金屬包括銅合金和鋁合金。鑄造可以按照鑄型材料分成“金屬型鑄造”與砂型鑄造。鑄造還可根據(jù)金屬液澆筑的工藝分成壓力鑄造與重力鑄造。鋁合金有良好的性能，并且結(jié)合使用目的和零件形狀、經(jīng)濟效益等各方面的要求，確定最佳的合金，確定鑄造方法。在發(fā)動機缸體和機油泵等各個部位鋁合金取得廣泛應用。鋁合金輪轂成形的方法比較多，現(xiàn)階段，常見的方法為鑄造法與鍛造法。國外的工藝主要是有 3 個鍛造工序與連鑄工序構(gòu)成，這種方法盡管可保證科學性能比較好，但是成品率僅有 50%。鋁合金輪轂采取的鑄造工藝為擠壓鑄造和低壓鑄造、重力鑄造。當產(chǎn)品應用重力鑄造，可出現(xiàn)疏松和縮孔等缺陷，并且力學性能和成品率比較低，國外已經(jīng)將其淘汰。低壓鑄造為鋁合金輪轂常見的鑄造技術(shù)，并且其他國家生產(chǎn)鋁合金輪轂普遍利用低壓鑄造，我國大部分制造企業(yè)仍采取低壓鑄造的技術(shù)。現(xiàn)階段，改裝輪轂工藝為擠壓鑄造，主要是將鋁錠利用壓力機通過模具擠壓成型，優(yōu)點主要是密度相對平均，并且外表更加平滑精細，輪轂不僅壁薄，還具有分量輕和強度高等優(yōu)點，唯一不足為成本比較高。低壓鑄造的方法，產(chǎn)品的質(zhì)量與成品率均可得到保障，但是工藝比較復雜，因此設(shè)備的投入比較大。利用液態(tài)模鍛法，促使鋁合金可以在高壓的狀態(tài)下結(jié)晶，在結(jié)晶的過程中發(fā)生變形，從而有效解決疏松和縮孔等缺點，產(chǎn)品表現(xiàn)出良好的力學性能。另外，還具有高精度和高效率的特點，投入的成本相對低壓鑄造法低。0.1MPa壓力下，高壓精密鑄造可實施精密化鑄造，并且這種方法成性比較好，密度相對均勻，外表更加光亮，既有輕量化和高強度的優(yōu)點，又可保證生產(chǎn)成本在預期范圍內(nèi)。轎車中鋁合金輪轂主要利用壓力鑄造的方法成型，為提升產(chǎn)品的性能，現(xiàn)在正在向擠壓鑄造和半固態(tài)方向發(fā)展。

2鋁合金輪轂鑄造模具及工藝優(yōu)化

2.1 常規(guī)低壓鑄造法

使用常規(guī)低壓鑄造法生產(chǎn)出來的鋁合金輪轂的重量約為相同尺寸鋼輪轂的50%左右。用常規(guī)低壓鑄造法對鋁合金輪轂進行制造的過程中，晶粒流向與受力的方向能夠達到一致，在這一前提下，低壓鑄造成型的輪轂，無論是自身的強度、韌性，還是抗疲勞強度，都要明顯優(yōu)于鑄造成型的鋁合金輪轂。正是基于該原因，使得常規(guī)低壓鑄造法在鋁合金輪轂的成型工藝中占據(jù)了一席之地。不僅如此，用該方法低壓鑄造的輪轂可以使鋁合金的性能得到完美地再現(xiàn)，由此使得每個輪轂都具有了同樣的力學性能。常規(guī)低壓鑄造法的鋁合金輪轂的伸長率可以達到12%～17%，試驗證明，這個伸長率很能很好地對道路的振動和應力進行吸收。常規(guī)低壓鑄造的鋁合金輪轂還有較強抗沖擊、抗剪切、抗拉伸的能力以及更高的強度重量比，其表面不會出現(xiàn)氣孔，可以確保涂層的均勻性，涂層與鋁合金面的結(jié)合也更加緊密牢固。

2.2 調(diào)整鑄造工藝

把鑄造的充型壓力提高至900mbar左右。這樣，充型速度加快，可以彌補低溫鋁液（690℃左右）充型短板，使結(jié)晶起始時間提前，配合冷卻縮短結(jié)晶周期，提高組織致密性;有利于薄壁成型，可以提升金屬利用率。但存在一個問題，原始的四開模具，無自鎖裝置，生產(chǎn)過程中四塊側(cè)模完全由側(cè)油缸頂住，如果側(cè)油缸有漏油或其它原因，可能會導致側(cè)模合不嚴，這時候充型壓力再大的話，會產(chǎn)生側(cè)?？p隙漏鋁的問題，非常危險。如果想充型壓力增大，又不產(chǎn)生側(cè)模漏鋁現(xiàn)象，可以在充型過程中在側(cè)模外側(cè)再增加一個束環(huán)施加外力把邊模頂住。

2.3 壓力鑄造法

所謂壓力鑄造主要是指：液態(tài)金屬處于高壓作用下，通過較高的速度將液態(tài)金屬填入到型腔中，通過壓力作用經(jīng)過凝結(jié)獲取的鑄件。利用壓鑄工藝產(chǎn)出的鑄件具有力學性能強和組織緊密等優(yōu)點，并且強度和硬度比較高。但是傳統(tǒng)壓鑄工藝下的鋁輪轂存在的最大缺陷為不能利用熱處理提升性能，主要原因為液態(tài)金屬沖型的速度比較快，并且型腔內(nèi)氣體并不能排除，導致以氣孔的方式存放在鑄件中，這部分鑄件孔隙氣體通過熱處理便可出現(xiàn)膨脹，從而導致鑄件氣泡。

3結(jié)語

綜上，通過輪轂鑄造模具及鑄造工藝的改進可以提升產(chǎn)品的良品率、產(chǎn)品的性能及產(chǎn)品的質(zhì)量，方案可行。

參考文獻

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