铝合金轮毂低压铸造的模具设计分析论文
摘要：铝合金轮毂因其强度高、质量轻、价格合理、成型度好和回收率高等优点， 在汽车工业得到了广泛的应用。随着社会经济的发展， 人们对汽车节能降耗的需求越来越高， 汽车轻量化成为现代汽车发展的必然趋势。对新型铝合金轮毂制造工艺及特点的探究对汽车工业发展具有重大的现实意义。
关键词：铝合金轮毂； 低压铸造； 模具设计； 铸造工艺；
1 铝合金轮毂的优势
许多人开车开到一段时间以后， 就会对汽车进行改装， 尤其轮毂的改装最为常见， 将原有的轮毂改造成铝合金轮毂后， 不仅使汽车更加美观， 而且驾驶的感觉更为舒适。这是因为相对于其他金属， 铝合金运用在轮毂上的优势非常多。从元素上看铝合金是以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。铝最大的优点就是密度较小， 大约只有铁的0.33， 铁的熔点比铝的熔点要高很多， 铝的熔点只有六百六十摄氏度， 由于铝的性质偏软所以不能直接做刚性材料， 所以需要加入其他金属弥补它的缺陷， 所以铝合金就应运而生了。铝合金既保留了铝的优点， 不易腐蚀， 质量轻等， 又让其具有以下一些优势:强度高， 其性能不亚于优质钢材料， 可塑性好， 导电性好， 有着非常强的再加工特性、另外铝合金还拥有非常好的导电导热性。这些优势让铝合金逐步成为了汽车， 航天等工业不可替代的金属材料。铝合金轮毂的优势主要包括:1) 重量轻。铝合金轮毂轻巧， 比起同尺寸的钢轮毂， 其质量要轻出两千克， 这样的质量差异使得铝合金轮毂的惯性和阻力都会有所减小， 汽车的驾驶更加方便， 减少驾驶员的疲惫之感， 还会减少油耗。2) 精度和强度更高。铝合金轮毂的精度与强度比钢轮毂要高出许多， 这是由于其铸造工艺特点决定， 而且抗震性能良好， 车轮会因此减少来自路面的冲击， 减少驾驶员的疲惫感， 即使路况很差， 也不会很颠簸。3) 散热好。由于铝合金的传热系统优于钢， 因此， 汽车在行驶的过程中所产生的热量会通过铝合金轮毂以最快的速度传递出去， 减少热量对汽车部件和性能的影响与危害[1]。
2 铝合金轮毂的低压铸造技术
低压铸造的历史是比较悠久， 其最早出现在上个世纪之初。该工艺是在20世纪80年代后期由中信戴卡公司引进， 经过20多年的发展， 已经比较成熟。但真正意义上的开发设计工作是在最近几年。低压铸造法是指在压力作用下， 金属液体充填型腔形成铸件的工艺方法。因为需要的压力不大， 所以叫做低压铸造法。低压铸造法分为以下几个步骤， 熔化、低压铸造成型、机加、热处理和涂装。采用低压铸造法的铝合金轮毂具有铸件成型好、液体金属充型平稳、表面光滑、机械性能高、铸件致密和最终成型的轮廓清晰等特点。而且， 低压铸造法需要的设备简单， 易实现自动化生产[2]。铝合金低压铸造已经是目前经常使用到的铸造方法， 这种铸造方法可以让铝合金铸件的性能更强， 并且在使用上也更加的方便。低压铸造主要是在密闭的保护炉中进行， 在进行铝合金低压铸造时， 其铸件本身的压力效果必须达到可以有效的完成铸件的要求。低压铸造的浇注系统简单， 可以减少甚至完全去除冒口， 金属利用率往往可以达到90%以上。
3 铝合金轮毂的低压铸造的模具设计
3.1 模具的结构要求
在进行低压铸造铝合金轮毂的模具设计时， 型腔应该采用瓣合结构， 左右滑块型芯。因为抽芯力比较大， 所以利用液压缸抽芯结构， 同时运用行程控制开关对抽芯和合芯进行自动式控制。大多数利用型芯成型， 型芯要分别装设在定和动镶块内部并且要和定动模套板压紧配合[3]。
3.2 模具的冷却系统设计
目前模具的生产量大， 散热量也大， 因此， 模具应该利用水冷却设计， 水管的内径取11mm， 水道的直径取10mm， 定模型芯利用点运水管进行冷却， 这种设计的目的是对局部产生冷却的效果， 必须要对局部进行冷却之后， 它的冷却系统才能够使模具实现热平衡。
4 铝合金轮毂的低压铸造所需工艺
4.1 加压曲线的'安排与设计
铝合金轮毂应设计为急速加压曲线， 但是从近几年来看， 国内的可以进行液面加压的装置有好多种， 在这些各种形式的液面加压装置中， 最容易被设计者所忽略并且难以解决的问题， 正是对各种加压的安排设计往往只是能够在控制台上体现， 压缩的空气被引进到保温炉中往往不能按照设计好的曲线加压。
4.2 控制模具的温度和进行喷料
模具的表面温度应该控制在300~350摄氏度， 模具在铸造之前要进行喷砂、清理和喷涂料， 并且在350摄氏度下加热2到3个小时。为了保证首件成功完成， 模具在从烘炉中取出到安装在低压机上铸造第一件轮毂这段时间不得超过30分钟。
5 工艺的优化
可以从以下几个方面入手， 首先是设备的更新换代， 引进国外最先进的生产设备对轮毂的生产和加工都有一定的帮助， 国外进口低压机的价格虽然是国产机的7-8倍， 但是性能和质量上也要优越一些。模具的设计应该根据产品结构特点的需求确定。
要请专家和现场工作者进行评审。尤其是模具的设计人员， 不仅要懂设计， 更应该具备相关铸造设备和铸造工艺的知识， 设计人员要多去铸造车间学习铸造人员的实际工作经验。
6 结语
综上所述， 铝合金轮毂在我国虽然发展时间较短， 但前景和空间十分广泛。作为轮毂生产的技术人员， 努力改进轮毂生产的技术， 有利于缩短轮毂生产的工时， 提高生产效率， 降低生产成本， 从而获得最高的经济效益， 更有利于促进我国汽车生产的专业化水平， 进而促进我国工业化进程。在发展低压铸造设备时需要借鉴国内外先进的经验， 并且进行创新， 这样才能够是我国的铸造技术得到较好的提升。相信在不久的将来， 我国铝合金轮毂生产与加工技术将得到更好的发展。
参考文献
[1]冉广， 周敬恩， 王永芳.铸造A356铝合金的拉伸性能及其断口分析[J].稀有金属材料与工程， 2006， 35 (10) :1620-1624.
[2]刘闯， 姚嘉， 卢伟.铝合金在汽车上的应用现状和前景分析[J].佳木斯大学学报 (自然科学版) ， 2006， 24 (4) :559-662.
[3]李德成， 李玉胜， 冯志军， 李巨文.国防用大型复杂零部件整体铸造成型技术进展[Z].中国机械工程学会第十届铸造年会， 2002.
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