低壓鑄造鋁合金輪轂模具設計優化

林波 張賓

摘要：由低壓鑄造生產出的汽車鋁合金輪轂鑄件具有充型平穩、尺寸精度高以及生產效率高等特點，但是鑄件中經常會出現縮松、氣孔等缺陷，這些弊端會影響鑄件的質量和品質。因此，本文針對鑄件過程中出現的弊端，對模具的結構設計進行優化。

關鍵詞：鋁合金輪轂;低壓鑄造;模具優化

1 ?鋁合金輪轂的優勢以及低壓鑄造技術

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，因為它有很多的優勢，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。鋁元素最大的優點就是密度比較小，僅僅只有鐵的0.33，再看看鋁元素與鐵元素之間的熔點相比較，鋁元素的熔點只有660攝氏度，而鐵元素的熔點就要比鋁的熔點高出很多，因為鋁金屬的性質比較軟，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的金屬來填補它性質較軟的缺陷，所以鋁合金這個時候就誕生了。鋁合金保留了鋁的優點，不輕易被腐蝕、質量比較輕、強度較高等優點，它的金屬性能不輸于優質的鋼材，由于它有著很強的可塑性和優秀的導電性，更有著十分出色的再加工的特性，這些優勢讓鋁合金逐漸的成為了各種工業領域中不可替代的金屬材料。

1.1 鋁合金輪轂的優勢

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生的慣性和受到空氣的阻力都會有所減少，駕駛汽車的時候則會更加輕松，可以幫助駕駛員消除駕駛途中的疲憊感，再同別的金屬來比較，鋁合金輪轂還可以減少汽車的油耗。

1.1.2 精度好強度高

鋁合金輪轂的精度和強度要比鋼輪轂以及其他金屬制造的輪轂高出許多倍，這是因為它的鑄造工藝的特點以及鋁合金本身的性質決定的，并且它的抗震、防震的能力也是很好的，在行駛途中，車輪轂會大大的減少來自路面的沖擊，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。

1.1.3 散熱性能優異

因為鋁合金中包含的鋁元素獨特的性質導致它有十分優異的導熱系統，鋁合金的導熱性能要比剛好，因此，汽車在行駛中摩擦所產生出的熱量都會通過鋁合金輪轂，借助它的散熱性質以最快的速度散發出去，減少散熱問題對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

低壓鑄造指的是鋁合金液體在壓力的作用下，把鋁合金液態充滿模具型腔，從而形成鑄件的工藝方法。因為鑄件過程中所需要的壓力比較小，所以稱呼它為低壓鑄造法。低壓鑄造法鑄造過程中可以分為以下五個步驟：金屬液體融化，低壓下鑄造成型，熱處理，機械加工和噴涂涂裝。運用了低壓鑄造法生產出來的鋁合金具備以下特點：鑄件成型好，液體金屬外表充型平穩，合金表面光滑平潤，機械性能優異，鑄件致密和最終成型產出的輪轂形態，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備也非常的簡便，想要實現自動化生產也沒有想象中的那么難。

2 ?低壓鑄造過程中模具可能出現的缺陷

在低壓鑄造過程中，模具會起到一個決定整個鑄件是否合格的作用，所以模具的作用不言而喻，但是在鑄件過程中，模具也會出現各種弊端以及缺陷，這些令人頭疼的問題對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，在模具上線生產前，都需要進行預熱處理，模具的溫度太高或者太低都會破壞合理的模具溫度場，從而導致逐漸成型困難或者合格率降低。比如說模具溫度過高，這樣會產生大量的粘膜，這種現象一旦發生，會導致模具鑄件過程中，鋁合金輪轂出現變形，從而使得整個生產周期延長。而模具溫度過低的話，模具內的金屬液不能充滿，大大的降低了模具的使用壽命，嚴重的話會導致整個鑄件失敗，模具會直接裂開。

2.2 模具壁厚如果過于大的話使得鑄件途中筋條的冷卻速度會整體加快，因為模具底部它的吸熱量會非常大，導致冒口通向鋁合金輪轂專門用于補縮的通道過早的被堵塞，因為補縮不夠從而發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，由于這個輪轂縮松問題的缺陷，也會引發氣密性不足的輪轂嚴重毀壞現象。

2.3 由于鑄造出來的鋁合金輪轂成品，它的本身厚度比較小，如果鑄件使用的模具厚度過于大的話，可能會導致鑄件中的鋁合金輪轂出現受熱不均勻，從而使鑄件完成的鋁合金產生缺陷。

2.4 其余的一些偶然要素，這些要素分別包含模具發生夾鋁，讓泄壓冷卻的時間加長，工廠機器發生故障停機檢修，補噴涂料等。這些情況都會對模具的溫度產生影響，從而導致鑄件產出不能正常作業。

3 ?鋁合金輪轂低壓鑄造的模具的設計優化

合理的模具設計是取得高效益和高效率最重要的一步。低壓模具在設計的時候，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的如何設計等等一些都是十分關鍵的，只有合理的配置，才能達到更好的效果，以下是對目前出現以上弊端以及缺點的模具，進行一個優化。

3.1 模具的梯度優化

模具的梯度指的是模具輪轂型腔內，部分地方發生了由上而下，從薄到厚的趨向，這種趨向要符合順序凝結的需求，輪轂凝結是由整個輪轂的小輪轂邊緣部分開始，逐漸地向整個輪轂，輪輻以及中心部位凝結，順序的凝結起到補縮的作用，減少縮松、縮孔等各種缺陷。在能保證順序凝結的基礎上，輪轂的厚度要盡可能的減少，這樣就可以減少毛坯的質量問題，提高金屬的利用率，減少原材料的使用和能源消耗，以及減少鑄件過程中鋁屑的產生，同時減少加工量意味著提高了模具的使用壽命。

3.2 模具的厚度優化

模具的厚度是整個模具設計部分的關鍵問題之一。在沖型階段中的模具鋼會發生吸熱，而鋁的溫度降低散熱，由于鋼的熱傳導能力強，鋁液與模具接觸的表面凝結比較快，組織性和性能較好，此時模具鋼厚對冷卻有很大的好處。當鋁液溫度與模型鋼溫度達到一致以后，進入使用冷卻介質對流輻射的散熱階段，這個時候模具鋼越厚，它的散熱就越慢，生產效率降低，產品的性能此時也會有一些的弱化。此時鋼模具薄對產品會有好處。從以上可以看出，在產品沖型和冷卻的時候，模具鋼厚度的要求會有兩個不同的方向，因此設計出合理的模具鋼厚度，才可以既滿足產品的性能又能滿足節拍生產。

3.3 模具的冷卻系統優化

模具的冷卻系統已經經歷了風冷、水霧，目前在向水冷發展?，F在單純的風冷已經滿足不了生產節拍的需要了，為了提高節拍的量產，水冷現在是主流的發展方向。但是由于實際的生產過程中，模具鋼會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。溢流系統設計由于鑄件出現的是環形構造，而且左右滑塊型芯利用它完成抽芯，所以，鑄件要分為兩個分型面，目的就是為了有利于溢流排氣，應該在動定模鑲塊上面設計溢流槽，進行環形裝置。如果顧慮到排氣槽安置的數量太少，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 控制模具的溫度優化

模具的外表溫度應該控制在300～350℃，因為模具在制造以前要完成噴砂，清理和噴涂料等一系列工作，而且要在350℃下加熱2-3小時。為了保證鑄件完成，模具在從烘爐中取出并安裝在低壓機上鑄造輪轂的這個時間段，不能超過30分鐘?？刂颇＞叩臏囟?，可以使凝固時間變的更短，提高生產效率

4 ?總結

鋁合金輪轂在目前生活已經十分廣泛的運用了，但是在輪轂生產的過程中由于模具的問題，會產生各種弊端，只有把控好模具的各種數據變化，才能制作出更好的輪轂。

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作者簡介：林波（1986-），男，山東濱州人，本科，工學學士，工程師職稱，現供職于山東省濱州市濱州盟威戴卡輪轂有限公司開發部，任鑄造工程師;張賓（1990-），男，山東濱州人，本科生，工學學士，助理工程師職稱，現供職于山東省濱州市濱州盟威戴卡輪轂有限公司開發部，任產品及工藝研究中心主管工程師。