風(fēng)水混合冷卻在車輪模具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)

許素娟

摘要：鑄造鋁合金輪轂的開發(fā)不僅是鋁合金輪轂產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的開發(fā)，也是鋁合金輪轂?zāi)＞叩拈_發(fā)，更是鋁合金輪轂澆鑄工藝開發(fā)。使用風(fēng)水混合冷卻結(jié)構(gòu)模具，可以縮短鑄件生產(chǎn)周期，提升效率;節(jié)約壓縮空氣使用，降低成本。

關(guān)鍵詞：鋁合金輪轂;鋁合金輪轂?zāi)＞?熱節(jié);凝固;風(fēng)水混合冷卻;鑄造可行性;輕量化

鋁合金輪轂的鑄造在我國汽車工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。汽車輪轂作為汽車結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的零部件之一，支撐著全部的汽車重量，發(fā)揮著承載、行駛、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)等作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)鋁合金輪轂鑄件質(zhì)量的要求也越來越高。鋁合金車輪模具風(fēng)水混合冷卻，為鋁合金車輪質(zhì)量提供新方案。該工藝易于實(shí)施、可操作性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、力學(xué)性能好，能夠滿足主機(jī)廠高質(zhì)量、輕量化的要求，且投資成本低，具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值和市場推廣價(jià)值。

低壓鑄鋁輪轂的澆注特點(diǎn)：合金液由鑄型的中心由下而上充型和進(jìn)行補(bǔ)縮。這一特點(diǎn)決定了澆注后鋁液在型腔中必須形成由型腔頂端到澆口杯的遞增溫度和由內(nèi)輪緣到澆口杯的順序凝固方式。但是輪轂自己本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并不具備此種條件，都有熱節(jié)和冷節(jié)的存在，在進(jìn)行金屬模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須找準(zhǔn)熱節(jié)和冷節(jié)所在部位，為澆鑄工藝提供必需的冷卻或保溫的條件，使?jié)沧⒑笮颓恢械暮辖鹨耗苄纬捎缮隙拢蓛?nèi)輪緣到澆口杯處的遞增的溫度梯度。

低壓鑄鋁輪轂鑄造質(zhì)量的優(yōu)劣和成品率的高低，生產(chǎn)效率的高低，除與鑄造專用設(shè)備的性能好壞和操作工序的操作質(zhì)量高低有一定的關(guān)系外，主要取決于鑄造工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣。

鑄造工藝設(shè)計(jì)，按設(shè)計(jì)內(nèi)容劃分為四種：金屬模具設(shè)計(jì)，合金熔化工藝設(shè)計(jì)、澆注工藝設(shè)計(jì)、熱處理工藝設(shè)計(jì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，合金熔化工藝及熱處理工藝，不單獨(dú)對(duì)某個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，不能作為獨(dú)立產(chǎn)品的改進(jìn)方向。金屬模具和澆注工藝作為獨(dú)立產(chǎn)品的可獨(dú)立外因，可以通過對(duì)金屬模具及澆注工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)，保證鑄件在凝固過程中獲得有效補(bǔ)縮以減少內(nèi)部縮，生產(chǎn)出鑄件質(zhì)量更高的輪轂。

金屬模具的設(shè)計(jì)，直接影響著澆注工藝的實(shí)施。根據(jù)輪輪轂本身的熱節(jié)和冷節(jié)，設(shè)置冷卻點(diǎn)，可以設(shè)置風(fēng)冷卻，也可以設(shè)置水冷卻。水冷卻特點(diǎn)：①水冷卻速度快，強(qiáng)度大，水冷速度快在工藝使用中，是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)，速度快，可以降低保壓時(shí)間，也是冷卻速度快，冷卻度不易控制，引起縮松縮孔缺陷。②可循環(huán)使用，可以極大減少壓縮空氣的用量，節(jié)約用電。

風(fēng)水混合冷卻模具設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)熱節(jié)點(diǎn)的大小，選擇冷卻介質(zhì)和冷卻力度。在鋁車輪低壓鑄造的生產(chǎn)過程中，輪輻根是非常明顯的熱節(jié)，此處很容易出現(xiàn)縮松縮孔缺陷，因此，模具設(shè)計(jì)及人為添加的冷卻是否合理，將對(duì)輪輻根部位的縮松產(chǎn)生較大的影響，特別是對(duì)于快節(jié)拍的生產(chǎn)過程輪輻根縮松更是不可忽視的缺陷問題。因此我們?cè)谶@里開設(shè)水道，使用水冷。

中心法蘭處，也是鑄件最后冷卻位置，不允許有任何縮孔或縮松缺陷，我們?cè)O(shè)計(jì)使用水冷卻;底模法蘭處，在風(fēng)冷卻用量最大位置選擇水冷，其它位置選擇風(fēng)冷，用于冷卻過程的微量調(diào)整。圖1所示為我們?cè)O(shè)計(jì)的一款風(fēng)水混合冷卻模具，圖中1，3，6，9處為水冷卻，2，4，5，7，8處為風(fēng)冷卻。

驗(yàn)證過程及結(jié)果：

①模具的澆鑄工藝見表1。

②模具驗(yàn)證過程中溫度記錄采用紅外成像儀對(duì)模具開模時(shí)溫度進(jìn)行記錄，結(jié)果如下（拍攝時(shí)環(huán)境溫度36.3°C）：

1）底模溫度見圖2。

2）上模溫度見圖3。

3）邊模溫度見圖4。

③驗(yàn)證結(jié)果：

1）宏觀金相組織觀察。

對(duì)輪輻制作剖切樣檢查，樣件斷面經(jīng)過研磨、擦干、噴滲透劑顯像，觀金相組織白色反光物質(zhì)為硅，M10硅相相對(duì)于M8組織更加致密、精細(xì)。（圖5）

2）微觀金相組織合格（表2）。

3）產(chǎn)品機(jī)械性能檢測(cè)（表3）。

結(jié)論：通過對(duì)鑄造鋁合金車輪一系列檢驗(yàn)檢測(cè)分析，可以得出如下結(jié)論：鑄造鋁合金車輪因?yàn)楫a(chǎn)品造型結(jié)構(gòu)各異，鑄造工藝、鑄造模具設(shè)計(jì)的工藝設(shè)計(jì)匹配性對(duì)鑄件質(zhì)量有著根本影響。風(fēng)水混合冷卻模具，相較于風(fēng)冷卻模具，可以大輻減少壓縮空氣的使用，節(jié)約電能，同時(shí)又能提高生產(chǎn)效率。相較于完全水冷模具，又易于控制鑄件的質(zhì)量。它對(duì)鑄造設(shè)備要求不高，可以在中小型企業(yè)推廣。

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