鋁合金輪轂低壓鑄造的模具設計分析論文

摘要：鋁合金輪轂因其強度高、質量輕、價格合理、成型度好和回收率高等優點， 在汽車工業得到了廣泛的應用。隨着社會經濟的發展， 人們對汽車節能降耗的需求越來越高， 汽車輕量化成爲現代汽車發展的必然趨勢。對新型鋁合金輪轂製造工藝及特點的探究對汽車工業發展具有重大的現實意義。

關鍵詞：鋁合金輪轂； 低壓鑄造； 模具設計； 鑄造工藝；

1 鋁合金輪轂的優勢

許多人開車開到一段時間以後， 就會對汽車進行改裝， 尤其輪轂的改裝最爲常見， 將原有的輪轂改造成鋁合金輪轂後， 不僅使汽車更加美觀， 而且駕駛的感覺更爲舒適。這是因爲相對於其他金屬， 鋁合金運用在輪轂上的優勢非常多。從元素上看鋁合金是以鋁爲基體元素和加入一種或多種合金元素組成的合金。鋁最大的優點就是密度較小， 大約只有鐵的0.33， 鐵的熔點比鋁的熔點要高很多， 鋁的熔點只有六百六十攝氏度， 由於鋁的性質偏軟所以不能直接做剛性材料， 所以需要加入其他金屬彌補它的缺陷， 所以鋁合金就應運而生了。鋁合金既保留了鋁的優點， 不易腐蝕， 質量輕等， 又讓其具有以下一些優勢:強度高， 其性能不亞於優質鋼材料， 可塑性好， 導電性好， 有着非常強的.再加工特性、另外鋁合金還擁有非常好的導電導熱性。這些優勢讓鋁合金逐步成爲了汽車， 航天等工業不可替代的金屬材料。鋁合金輪轂的優勢主要包括:1) 重量輕。鋁合金輪轂輕巧， 比起同尺寸的鋼輪轂， 其質量要輕出兩千克， 這樣的質量差異使得鋁合金輪轂的慣性和阻力都會有所減小， 汽車的駕駛更加方便， 減少駕駛員的疲憊之感， 還會減少油耗。2) 精度和強度更高。鋁合金輪轂的精度與強度比鋼輪轂要高出許多， 這是由於其鑄造工藝特點決定， 而且抗震性能良好， 車輪會因此減少來自路面的衝擊， 減少駕駛員的疲憊感， 即使路況很差， 也不會很顛簸。3) 散熱好。由於鋁合金的傳熱系統優於鋼， 因此， 汽車在行駛的過程中所產生的熱量會透過鋁合金輪轂以最快的速度傳遞出去， 減少熱量對汽車部件和性能的影響與危害[1]。

2 鋁合金輪轂的低壓鑄造技術

低壓鑄造的歷史是比較悠久， 其最早出現在上個世紀之初。該工藝是在20世紀80年代後期由中信戴卡公司引進， 經過20多年的發展， 已經比較成熟。但真正意義上的開發設計工作是在最近幾年。低壓鑄造法是指在壓力作用下， 金屬液體充填型腔形成鑄件的工藝方法。因爲需要的壓力不大， 所以叫做低壓鑄造法。低壓鑄造法分爲以下幾個步驟， 熔化、低壓鑄造成型、機加、熱處理和塗裝。採用低壓鑄造法的鋁合金輪轂具有鑄件成型好、液體金屬充型平穩、表面光滑、機械性能高、鑄件緻密和最終成型的輪廓清晰等特點。而且， 低壓鑄造法需要的設備簡單， 易實現自動化生產[2]。鋁合金低壓鑄造已經是目前經常使用到的鑄造方法， 這種鑄造方法可以讓鋁合金鑄件的性能更強， 並且在使用上也更加的方便。低壓鑄造主要是在密閉的保護爐中進行， 在進行鋁合金低壓鑄造時， 其鑄件本身的壓力效果必須達到可以有效的完成鑄件的要求。低壓鑄造的澆注系統簡單， 可以減少甚至完全去除冒口， 金屬利用率往往可以達到90%以上。

3 鋁合金輪轂的低壓鑄造的模具設計

3.1 模具的結構要求

在進行低壓鑄造鋁合金輪轂的模具設計時， 型腔應該採用瓣合結構， 左右滑塊型芯。因爲抽芯力比較大， 所以利用液壓缸抽芯結構， 同時運用行程控制開關對抽芯和合芯進行自動式控制。大多數利用型芯成型， 型芯要分別裝設在定和動鑲塊內部並且要和定動模套板壓緊配合[3]。

3.2 模具的冷卻系統設計

目前模具的生產量大， 散熱量也大， 因此， 模具應該利用水冷卻設計， 水管的內徑取11mm， 水道的直徑取10mm， 定模型芯利用點運水管進行冷卻， 這種設計的目的是對局部產生冷卻的效果， 必須要對局部進行冷卻之後， 它的冷卻系統才能夠使模具實現熱平衡。

4 鋁合金輪轂的低壓鑄造所需工藝

4.1 加壓曲線的安排與設計

鋁合金輪轂應設計爲急速加壓曲線， 但是從近幾年來看， 國內的可以進行液麪加壓的裝置有好多種， 在這些各種形式的液麪加壓裝置中， 最容易被設計者所忽略並且難以解決的問題， 正是對各種加壓的安排設計往往只是能夠在控制檯上體現， 壓縮的空氣被引進到保溫爐中往往不能按照設計好的曲線加壓。

4.2 控制模具的溫度和進行噴料

模具的表面溫度應該控制在300~350攝氏度， 模具在鑄造之前要進行噴砂、清理和噴塗料， 並且在350攝氏度下加熱2到3個小時。爲了保證首件成功完成， 模具在從烘爐中取出到安裝在低壓機上鑄造第一件輪轂這段時間不得超過30分鐘。

5 工藝的優化

可以從以下幾個方面入手， 首先是設備的更新換代， 引進國外最先進的生產設備對輪轂的生產和加工都有一定的幫助， 國外進口低壓機的價格雖然是國產機的7-8倍， 但是性能和質量上也要優越一些。模具的設計應該根據產品結構特點的需求確定。

要請專家和現場工作者進行評審。尤其是模具的設計人員， 不僅要懂設計， 更應該具備相關鑄造設備和鑄造工藝的知識， 設計人員要多去鑄造車間學習鑄造人員的實際工作經驗。

6 結語

綜上所述， 鋁合金輪轂在我國雖然發展時間較短， 但前景和空間十分廣泛。作爲輪轂生產的技術人員， 努力改進輪轂生產的技術， 有利於縮短輪轂生產的工時， 提高生產效率， 降低生產成本， 從而獲得最高的經濟效益， 更有利於促進我國汽車生產的專業化水平， 進而促進我國工業化進程。在發展低壓鑄造設備時需要借鑑國內外先進的經驗， 並且進行創新， 這樣才能夠是我國的鑄造技術得到較好的提升。相信在不久的將來， 我國鋁合金輪轂生產與加工技術將得到更好的發展。

參考文獻

[1]冉廣， 周敬恩， 王永芳.鑄造A356鋁合金的拉伸性能及其斷口分析[J].稀有金屬材料與工程， 2006， 35 (10) :1620-1624.

[2]劉闖， 姚嘉， 盧偉.鋁合金在汽車上的應用現狀和前景分析[J].佳木斯大學學報 (自然科學版) ， 2006， 24 (4) :559-662.

[3]李德成， 李玉勝， 馮志軍， 李巨文.國防用大型複雜零部件整體鑄造成型技術進展[Z].中國機械工程學會第十屆鑄造年會， 2002.