低壓鑄造鋁合金輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)優(yōu)化

林波 張賓

摘要：由低壓鑄造生產(chǎn)出的汽車鋁合金輪轂鑄件具有充型平穩(wěn)、尺寸精度高以及生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，但是鑄件中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)縮松、氣孔等缺陷，這些弊端會(huì)影響鑄件的質(zhì)量和品質(zhì)。因此，本文針對(duì)鑄件過(guò)程中出現(xiàn)的弊端，對(duì)模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：鋁合金輪轂;低壓鑄造;模具優(yōu)化

1 ?鋁合金輪轂的優(yōu)勢(shì)以及低壓鑄造技術(shù)

同大部分的金屬做比較，鋁合金用于鑄造上的用途是非常多的，因?yàn)樗泻芏嗟膬?yōu)勢(shì)，從元素周期表上，我們能看到，鋁合金是以鋁元素為基本以及添加一種或者多種合金元素組成的合金。鋁元素最大的優(yōu)點(diǎn)就是密度比較小，僅僅只有鐵的0.33，再看看鋁元素與鐵元素之間的熔點(diǎn)相比較，鋁元素的熔點(diǎn)只有660攝氏度，而鐵元素的熔點(diǎn)就要比鋁的熔點(diǎn)高出很多，因?yàn)殇X金屬的性質(zhì)比較軟，不能直接用做于剛性材料，所以我們必須要在鋁中加入一些其它含有剛性性質(zhì)的金屬來(lái)填補(bǔ)它性質(zhì)較軟的缺陷，所以鋁合金這個(gè)時(shí)候就誕生了。鋁合金保留了鋁的優(yōu)點(diǎn)，不輕易被腐蝕、質(zhì)量比較輕、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，它的金屬性能不輸于優(yōu)質(zhì)的鋼材，由于它有著很強(qiáng)的可塑性和優(yōu)秀的導(dǎo)電性，更有著十分出色的再加工的特性，這些優(yōu)勢(shì)讓鋁合金逐漸的成為了各種工業(yè)領(lǐng)域中不可替代的金屬材料。

1.1 鋁合金輪轂的優(yōu)勢(shì)

1.1.1 重量比較輕

鋁合金輕巧，與相同尺寸的剛輪轂做比較，它的重量要比剛輪轂輕出兩千克，這樣的重量差異讓鋁合金輪轂在行駛途中的產(chǎn)生的慣性和受到空氣的阻力都會(huì)有所減少，駕駛汽車的時(shí)候則會(huì)更加輕松，可以幫助駕駛員消除駕駛途中的疲憊感，再同別的金屬來(lái)比較，鋁合金輪轂還可以減少汽車的油耗。

1.1.2 精度好強(qiáng)度高

鋁合金輪轂的精度和強(qiáng)度要比鋼輪轂以及其他金屬制造的輪轂高出許多倍，這是因?yàn)樗蔫T造工藝的特點(diǎn)以及鋁合金本身的性質(zhì)決定的，并且它的抗震、防震的能力也是很好的，在行駛途中，車輪轂會(huì)大大的減少來(lái)自路面的沖擊，即使行駛道路上的路況很差，鋁合金鑄造的輪轂具有獨(dú)特的抗震能力也能讓原本顛簸很大的車量保持基本的平穩(wěn)。

1.1.3 散熱性能優(yōu)異

因?yàn)殇X合金中包含的鋁元素獨(dú)特的性質(zhì)導(dǎo)致它有十分優(yōu)異的導(dǎo)熱系統(tǒng)，鋁合金的導(dǎo)熱性能要比剛好，因此，汽車在行駛中摩擦所產(chǎn)生出的熱量都會(huì)通過(guò)鋁合金輪轂，借助它的散熱性質(zhì)以最快的速度散發(fā)出去，減少散熱問(wèn)題對(duì)汽車部件的損傷和汽車性能的影響以及整體使用壽命的危害。

1.2 鋁合金輪轂的低壓鑄造技術(shù)

低壓鑄造指的是鋁合金液體在壓力的作用下，把鋁合金液態(tài)充滿模具型腔，從而形成鑄件的工藝方法。因?yàn)殍T件過(guò)程中所需要的壓力比較小，所以稱呼它為低壓鑄造法。低壓鑄造法鑄造過(guò)程中可以分為以下五個(gè)步驟：金屬液體融化，低壓下鑄造成型，熱處理，機(jī)械加工和噴涂涂裝。運(yùn)用了低壓鑄造法生產(chǎn)出來(lái)的鋁合金具備以下特點(diǎn)：鑄件成型好，液體金屬外表充型平穩(wěn)，合金表面光滑平潤(rùn)，機(jī)械性能優(yōu)異，鑄件致密和最終成型產(chǎn)出的輪轂形態(tài)，紋理都十分的清晰等。并且，低壓鑄造法鑄件所需要的鑄造設(shè)備也非常的簡(jiǎn)便，想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)也沒(méi)有想象中的那么難。

2 ?低壓鑄造過(guò)程中模具可能出現(xiàn)的缺陷

在低壓鑄造過(guò)程中，模具會(huì)起到一個(gè)決定整個(gè)鑄件是否合格的作用，所以模具的作用不言而喻，但是在鑄件過(guò)程中，模具也會(huì)出現(xiàn)各種弊端以及缺陷，這些令人頭疼的問(wèn)題對(duì)鑄件成型以及鑄件的合格率有十分重要的影響，主要因素包括：

2.1 模具的初始溫度，在模具上線生產(chǎn)前，都需要進(jìn)行預(yù)熱處理，模具的溫度太高或者太低都會(huì)破壞合理的模具溫度場(chǎng)，從而導(dǎo)致逐漸成型困難或者合格率降低。比如說(shuō)模具溫度過(guò)高，這樣會(huì)產(chǎn)生大量的粘膜，這種現(xiàn)象一旦發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致模具鑄件過(guò)程中，鋁合金輪轂出現(xiàn)變形，從而使得整個(gè)生產(chǎn)周期延長(zhǎng)。而模具溫度過(guò)低的話，模具內(nèi)的金屬液不能充滿，大大的降低了模具的使用壽命，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鑄件失敗，模具會(huì)直接裂開(kāi)。

2.2 模具壁厚如果過(guò)于大的話使得鑄件途中筋條的冷卻速度會(huì)整體加快，因?yàn)槟＞叩撞克奈鼰崃繒?huì)非常大，導(dǎo)致冒口通向鋁合金輪轂專門(mén)用于補(bǔ)縮的通道過(guò)早的被堵塞，因?yàn)檠a(bǔ)縮不夠從而發(fā)生鋁合金輪轂的輪輻與它的輪轂之間相接處有一些比較大的縮孔，由于這個(gè)輪轂縮松問(wèn)題的缺陷，也會(huì)引發(fā)氣密性不足的輪轂嚴(yán)重毀壞現(xiàn)象。

2.3 由于鑄造出來(lái)的鋁合金輪轂成品，它的本身厚度比較小，如果鑄件使用的模具厚度過(guò)于大的話，可能會(huì)導(dǎo)致鑄件中的鋁合金輪轂出現(xiàn)受熱不均勻，從而使鑄件完成的鋁合金產(chǎn)生缺陷。

2.4 其余的一些偶然要素，這些要素分別包含模具發(fā)生夾鋁，讓泄壓冷卻的時(shí)間加長(zhǎng)，工廠機(jī)器發(fā)生故障停機(jī)檢修，補(bǔ)噴涂料等。這些情況都會(huì)對(duì)模具的溫度產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)出不能正常作業(yè)。

3 ?鋁合金輪轂低壓鑄造的模具的設(shè)計(jì)優(yōu)化

合理的模具設(shè)計(jì)是取得高效益和高效率最重要的一步。低壓模具在設(shè)計(jì)的時(shí)候，模具需要什么樣的梯度，模具鋼的厚度又要怎么確定以及它冷卻系統(tǒng)的如何設(shè)計(jì)等等一些都是十分關(guān)鍵的，只有合理的配置，才能達(dá)到更好的效果，以下是對(duì)目前出現(xiàn)以上弊端以及缺點(diǎn)的模具，進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化。

3.1 模具的梯度優(yōu)化

模具的梯度指的是模具輪轂型腔內(nèi)，部分地方發(fā)生了由上而下，從薄到厚的趨向，這種趨向要符合順序凝結(jié)的需求，輪轂?zāi)Y(jié)是由整個(gè)輪轂的小輪轂邊緣部分開(kāi)始，逐漸地向整個(gè)輪轂，輪輻以及中心部位凝結(jié)，順序的凝結(jié)起到補(bǔ)縮的作用，減少縮松、縮孔等各種缺陷。在能保證順序凝結(jié)的基礎(chǔ)上，輪轂的厚度要盡可能的減少，這樣就可以減少毛坯的質(zhì)量問(wèn)題，提高金屬的利用率，減少原材料的使用和能源消耗，以及減少鑄件過(guò)程中鋁屑的產(chǎn)生，同時(shí)減少加工量意味著提高了模具的使用壽命。

3.2 模具的厚度優(yōu)化

模具的厚度是整個(gè)模具設(shè)計(jì)部分的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在沖型階段中的模具鋼會(huì)發(fā)生吸熱，而鋁的溫度降低散熱，由于鋼的熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)，鋁液與模具接觸的表面凝結(jié)比較快，組織性和性能較好，此時(shí)模具鋼厚對(duì)冷卻有很大的好處。當(dāng)鋁液溫度與模型鋼溫度達(dá)到一致以后，進(jìn)入使用冷卻介質(zhì)對(duì)流輻射的散熱階段，這個(gè)時(shí)候模具鋼越厚，它的散熱就越慢，生產(chǎn)效率降低，產(chǎn)品的性能此時(shí)也會(huì)有一些的弱化。此時(shí)鋼模具薄對(duì)產(chǎn)品會(huì)有好處。從以上可以看出，在產(chǎn)品沖型和冷卻的時(shí)候，模具鋼厚度的要求會(huì)有兩個(gè)不同的方向，因此設(shè)計(jì)出合理的模具鋼厚度，才可以既滿足產(chǎn)品的性能又能滿足節(jié)拍生產(chǎn)。

3.3 模具的冷卻系統(tǒng)優(yōu)化

模具的冷卻系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了風(fēng)冷、水霧，目前在向水冷發(fā)展?，F(xiàn)在單純的風(fēng)冷已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)節(jié)拍的需要了，為了提高節(jié)拍的量產(chǎn)，水冷現(xiàn)在是主流的發(fā)展方向。但是由于實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，模具鋼會(huì)受到激烈的溫度變化，從而變得非常容易破裂，這成為了水冷推廣路上的攔路虎。溢流系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于鑄件出現(xiàn)的是環(huán)形構(gòu)造，而且左右滑塊型芯利用它完成抽芯，所以，鑄件要分為兩個(gè)分型面，目的就是為了有利于溢流排氣，應(yīng)該在動(dòng)定模鑲塊上面設(shè)計(jì)溢流槽，進(jìn)行環(huán)形裝置。如果顧慮到排氣槽安置的數(shù)量太少，可以用截面把小的溢流槽相互連通，共同用以各排氣槽。

3.4 控制模具的溫度優(yōu)化

模具的外表溫度應(yīng)該控制在300～350℃，因?yàn)槟＞咴谥圃煲郧耙瓿蓢娚?，清理和噴涂料等一系列工作，而且要?50℃下加熱2-3小時(shí)。為了保證鑄件完成，模具在從烘爐中取出并安裝在低壓機(jī)上鑄造輪轂的這個(gè)時(shí)間段，不能超過(guò)30分鐘?？刂颇＞叩臏囟龋梢允鼓虝r(shí)間變的更短，提高生產(chǎn)效率

4 ?總結(jié)

鋁合金輪轂在目前生活已經(jīng)十分廣泛的運(yùn)用了，但是在輪轂生產(chǎn)的過(guò)程中由于模具的問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生各種弊端，只有把控好模具的各種數(shù)據(jù)變化，才能制作出更好的輪轂。

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作者簡(jiǎn)介：林波（1986-），男，山東濱州人，本科，工學(xué)學(xué)士，工程師職稱，現(xiàn)供職于山東省濱州市濱州盟威戴卡輪轂有限公司開(kāi)發(fā)部，任鑄造工程師;張賓（1990-），男，山東濱州人，本科生，工學(xué)學(xué)士，助理工程師職稱，現(xiàn)供職于山東省濱州市濱州盟威戴卡輪轂有限公司開(kāi)發(fā)部，任產(chǎn)品及工藝研究中心主管工程師。