汽車(chē)鑄鋁輪轂低壓鑄造技術(shù)分析

賀帥 孟祥宇

摘要：輪轂既要承載汽車(chē)重量，又要帶動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)，是汽車(chē)的重要組成部分之一，輪轂的鑄造技術(shù)直接關(guān)系到汽車(chē)的性能。本文主要對(duì)汽車(chē)輪轂的鑄造工藝進(jìn)行分析，重點(diǎn)突出鋁輪轂的低壓鑄造工藝應(yīng)用，通過(guò)對(duì)加壓曲線的合理控制，全面保證輪轂質(zhì)量，僅供參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);鑄鋁輪轂;低壓鑄造技術(shù)

近年來(lái)隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，人民生活得到顯著提高，汽車(chē)因此進(jìn)入千家萬(wàn)戶。由于汽車(chē)的輪轂相當(dāng)于汽車(chē)的腳，所以汽車(chē)輪轂的質(zhì)量直接關(guān)系到汽車(chē)的性能和使用壽命。輪轂質(zhì)量越輕便，汽車(chē)就越能達(dá)到節(jié)油的目的。鋁輪轂因其質(zhì)量輕便，外觀美觀而備受各大汽車(chē)生產(chǎn)商的歡迎，其主要材質(zhì)就是鋁合金，該材料不僅可以節(jié)省許多生產(chǎn)成本，還能夠減少輪轂重量，使汽車(chē)邁向輕量化發(fā)展。鋁合金輪轂?zāi)軌虮ＷC車(chē)輪有良好的散熱性，使輪胎更加耐用，實(shí)現(xiàn)安全駕駛。

1汽車(chē)鋁輪轂低壓鑄造的必要性

大型汽車(chē)鋁輪轂（以45.7cm為臨界值）一般會(huì)使用鍛造法加工。由于這一類型汽車(chē)鋁輪轂無(wú)法在一次之內(nèi)加工成型，因此，就需要采取分段鍛造的方式進(jìn)行加工。這種加工方式雖然可以保證輪轂最終成型，但卻增大成本與鍛造時(shí)間，而且輪轂外觀比較簡(jiǎn)單，缺乏特色。使用低壓鑄造法可以保證大型鋁輪轂得到一次性鑄造，輪轂外表美觀大方，質(zhì)量有保證，降低鑄造成本，提高鑄造效率。不過(guò)，傳統(tǒng)的低壓鑄造模具卻有一定的缺陷，冷卻順序與速度不能進(jìn)行有效控制，就會(huì)導(dǎo)致加工的尺寸不夠精確，而且輪輻與輪心的力學(xué)性能不突出。因此，對(duì)低壓鑄造法進(jìn)行改造，結(jié)合輪轂的實(shí)際情況進(jìn)行鑄造，就可以保證輪轂鑄件的質(zhì)量。同時(shí)，冷卻系統(tǒng)可得到進(jìn)一步優(yōu)化，鑄造工藝也可以得到進(jìn)一步改進(jìn)。

2低壓鑄造法的原理

低壓鑄造法的原理是將鋁合金液體放置在密封性優(yōu)越的增鍋之中。為保證澆筑順利，要將液體的溫度保持在澆筑要求范圍之內(nèi)。為保證充型順利，要利用壓縮空氣的性能對(duì)液體表面施加力度，使增鍋與型腔之間壓力差值，這樣就可以在壓力的作用下保證鋁合金液體不斷上升，通過(guò)一系列渠道后，進(jìn)入到模具之中。這一模具通常會(huì)與增鍋緊密相連，在密封狀態(tài)良好的情況下，就可以形成鋁合金鑄件。通過(guò)這種方式形成的鑄件質(zhì)量過(guò)關(guān)，成型狀態(tài)良好，具有很高的純度，還可以提高鑄造效率。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，低壓鑄造技術(shù)所展示出的優(yōu)勢(shì)日益明顯，備受世界各國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)商的青睞。不過(guò)，低壓鑄造技術(shù)也存在一定的問(wèn)題，比如成本高，鑄造時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，這就需要有效降低成本，縮短生產(chǎn)時(shí)間，這樣就可以進(jìn)一步完善低壓鑄造技術(shù)，使其更好地發(fā)揮作用。

3汽車(chē)輪轂?zāi)Ｐ秃徒Y(jié)構(gòu)分析

汽車(chē)鑄鋁輪轂一般采用的是鋁硅合金材質(zhì)，這些材質(zhì)能夠有效提高輪轂的性能。通過(guò)三維技術(shù)制作出汽車(chē)輪轂?zāi)Ｐ停鶕?jù)這一模型確定汽車(chē)輪轂的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如中心壁厚、輪輻部位、輪輞部位、輪輻與輪輞銜接處的熱節(jié)厚度。通過(guò)輪轂?zāi)Ｐ驼故镜臄?shù)據(jù)通常比較精確，根據(jù)汽車(chē)鑄鋁輪轂的材料來(lái)看，鋁和硅的合金材料的化學(xué)元素主要包括鎂元素、鐵元素、銅元素等。

汽車(chē)鑄鋁輪轂有其獨(dú)有的性能和工藝。由于鋁合金車(chē)輪大小不一，存在正負(fù)偏距，車(chē)輪緣壁厚度比較均勻，面積較大;基本是以二片或者三片為主，是典型的圓形鑄件，具有厚度較大的輪輻，熱節(jié)也比較大。不過(guò)，鋁輪轂的澆注系統(tǒng)比較特殊，澆口甚少，缺少冒口，輪轂結(jié)構(gòu)直接決定輪輻位置，以橫澆道方式存在的輪輻比較特殊，會(huì)有負(fù)偏距現(xiàn)象，這樣就會(huì)提高低壓鑄造工藝難度系數(shù)。因此，為了提高輪轂質(zhì)量，就要確定工藝方案，確保模具和鋁液的充型溫度合理，一般后者會(huì)比前者高出400℃。

4汽車(chē)鑄鋁輪毅低壓鑄造工藝

對(duì)于汽車(chē)鑄鋁輪轂而言，采用低壓鑄造工藝就可以保證輪轂質(zhì)量。低壓鑄造工藝包含的步驟較多，在鑄造時(shí)，需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)步驟與要求進(jìn)行。

4.1升壓

升壓是低壓鑄造工藝中的重要步驟。在這一階段中，要注意所需的壓力值。通常要將上升液體的總高度與鋁液比重和阻力系數(shù)相乘，其所得出的就是升壓階段的壓力數(shù)值。要將升壓速度控制在合理范圍內(nèi)，既要保證鋁液順利充填，最終成型，又要通過(guò)緩慢的升壓速度排出型腔內(nèi)的氣體。

4.2充型階段的壓力速度控制

鑄鋁輪轂的形狀是圓的，其輪輞的面積較大，輪輻較厚。進(jìn)行澆筑時(shí)，輪輞與輪輻呈現(xiàn)出不同的角度，前者呈90°，后者呈水平狀，中間處是澆注口。輪轂的正面較亮處通常會(huì)面向下方。輪轂雖有正負(fù)偏距，但前者一般會(huì)大于后者，因此，輪轂重量更多集中在下方。鋁液進(jìn)行充型時(shí)，其上升速度一般不會(huì)很快，后期速度會(huì)加快，這主要是由于爐膛存在壓力差，在一差值會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷增大。要保證流速穩(wěn)定，不會(huì)變的太快，這樣才能實(shí)現(xiàn)鋁液順利充型。在不同階段要將速度控制在不同范圍內(nèi)，時(shí)間視情況而定。不同的輪轂有不同的特征，充型階段的速度需充分考慮到這一點(diǎn)。充型速度要控制在合理范圍內(nèi)，不可過(guò)快，也不可過(guò)慢，鑄件質(zhì)量與充型速度息息相關(guān)。壓力要保持在合理范圍內(nèi)，速度合理，如果壓力過(guò)小，輪轂澆注就會(huì)不到位;如果壓力過(guò)大，鑄件質(zhì)量就會(huì)受到較大的影響。

4.3增壓壓力控制

在增壓階段，要確定壓力范圍和時(shí)間，保證逐漸可以在這一壓力范圍下順利實(shí)現(xiàn)結(jié)晶。在合理的壓力作用下，鑄件的性能會(huì)更有保證，具有較強(qiáng)的力學(xué)性能和細(xì)密的組織。如果增壓的氣墊壓力處于較高的位置，那么就會(huì)延長(zhǎng)增壓時(shí)間，導(dǎo)致增壓速度過(guò)慢，影響逐漸結(jié)晶。鋁合金輪轂的輪緣比較薄，在澆注時(shí)一般會(huì)對(duì)輪轂的下部分輪緣進(jìn)澆滿，使之凝固;確定充型時(shí)間，如果維持在1min左右，就可能會(huì)影響輪緣下半部分成為結(jié)晶，其下半部分可能會(huì)有許多質(zhì)量缺陷。

4.4保壓時(shí)間

保壓時(shí)間與多個(gè)因素相關(guān)，如鑄件結(jié)構(gòu)，鑄型和鑄型條件。進(jìn)行澆注時(shí)，要考慮到鋁液、鑄型的溫度是否穩(wěn)定;確定熱節(jié)的凝固時(shí)間和凝固的順序。澆口的凝固順序要靠后，在確定熱節(jié)徹底凝固后，再考慮澆口凝固，否則就會(huì)影響熱節(jié)的質(zhì)量，出現(xiàn)縮松問(wèn)題。保壓時(shí)間不必過(guò)長(zhǎng)，否則就會(huì)影響澆口質(zhì)量。澆口是否有保溫性能，將直接決定保壓時(shí)間是否可以延長(zhǎng)。

4.5釋壓

釋壓結(jié)束后，不能立刻進(jìn)行操作，一般要延遲1～2min，確定逐漸已經(jīng)完全凝固。這樣就可以進(jìn)行開(kāi)型操作，提高鑄件質(zhì)量。

5汽車(chē)鑄鋁輪轂低壓鑄造存在的缺陷與處理

汽車(chē)鑄鋁輪轂低壓鑄造存在的常見(jiàn)缺陷是鑄件會(huì)有縮孔，鑄件變形。鑄件在凝固時(shí)，如果內(nèi)部補(bǔ)縮不到位，就形成不規(guī)則的形狀與孔洞。究其原因，主要是因?yàn)殇X液在澆筑期間溫度比較高，而相應(yīng)的模具溫度變化不規(guī)范，導(dǎo)致補(bǔ)縮通道輪輻較薄，輪轂壁的厚度不合理，冷卻速度過(guò)快;熱節(jié)面積比較大，同樣會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。為了減少質(zhì)量缺陷，要進(jìn)一步降低澆注的溫度，保證鑄型的溫度場(chǎng)得到合理調(diào)整;嚴(yán)格按照順序執(zhí)行凝固，完善鑄件結(jié)構(gòu)，縮小熱節(jié)，保證連接部分更加合理。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析汽車(chē)鑄鋁輪轂的低壓鑄造技術(shù)，不難發(fā)現(xiàn)，低壓鑄造技術(shù)雖然會(huì)存在一定的質(zhì)量缺陷，但只要加以改進(jìn)，就能夠提高鑄件質(zhì)量，得到高質(zhì)量的輪轂，使汽車(chē)更加輕便，節(jié)油降耗，有利于環(huán)保。鑄鋁輪轂具有十分優(yōu)越的性能，能夠提高駕駛安全，延長(zhǎng)汽車(chē)的使用壽命。

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