汽车轮毂精密压铸模高速加工技术研究与应用

汽车轮毂精密压铸模高速加工技术研究与应用

徐明强 吴可 何传红

广东鸿图武汉压铸有限公司 湖北 430200

摘要：轮毂是确保汽车正常行驶的重要部件，具有较高的生产要求。铝合金压铸汽车轮毂、钢制汽车轮毂都是很常见的汽车轮毂，铝合金压铸汽车轮毂的重量较轻，会比钢制轮毂的重量降低30%左右，汽车的总重量越低其耗油量就会将对降低，减震性能也会相对提高，能够更好的吸收冲击力，可以从根本上实现汽车的行驶性能，有效提高汽车安全性，增强汽车导热性，铝的导热性会高出钢的3倍左右，有效降低轮胎行驶过程中产生的温度，延长轮胎的使用寿命，铝合金轮毂也是比较美观的，可以采用多种工艺进行不同结构的铝合金轮毂的生产，满足人们的不同需要。

关键词：汽车轮毂；精密压铸；高速加工技术；应用

引言：进行铝合金轮毂压铸的技术是比较多的，大致可以分为铸造法和锻造法两种，轿车的铝合金轮毂大多情况会采用低压铸造的技术，为了实现其性能的提高，目前在向挤压铸造成型和半固态模锻成型的方向转变。采用铸造法进行铝合金压铸轮毂的生产，轮毂会具有较强的适应性、多样性、投入成本低的优势，铸造法是目前被广泛应用的方法，现阶段占据铝合金轮毂生产铸造产量的80%以上。下面将对大家具体阐述汽车轮毂精密压铸模高速加工技术。

1、铸造法

1.1金属型重力铸造法

金属型重力铸造法就是在正常压力下，液体金属实现金属填充铸型，形成铝合金压铸件，这种比较传统的铸造方法。金属液在进行铸型的过程中，冷却速度是比较快的，铝合金压铸件的组织会比砂型铸造的更加精细，金属性重力铸造法的操作比较简单，生产效率较高，投入的成本比较少，适合中小企业投资生产。采用这种方法生产的铝合金压铸轮毂的质量会较差一些，缩孔情况严重，在进行铝液浇注过程中，氧化膜和熔渣等夹杂物很容易被卷入铸件中，也会有大量气体卷入铸件中，=出现较多的气孔，降低使用价值，也会降低金属液的收得率。现阶段我国仍有很多厂家采用这种工艺，但国外已经基本不采用这项工艺。

1.2金属型低压铸造法

金属型低压铸造法就是采用洁净、干燥的空气对于保温炉中的铝液进行挤压，采用自上而下的方法将升液管和浇注系统中的铝液挤压指铸造机模具的型腔内，要保持压力在20-60KPa左右，直至铝合金压铸件凝固后，在进行压力的释放。因为在压力的主导下，进行压铸件的塑形和凝固，具有较高的填充性，压铸件的缩松比较少，致密性也是比较高的。低压铸造利用压力充型和补充，大大简化了浇冒系统的结构，使金属液收得率大大提高，一般可达90%，而金属型重力铸造仅40%～60%。目前低压铸造已成为铝合金压铸轮毂生产的首选工艺，低压铸造法的缺点是铸造时间较长，加铝料、换模具费时间，设备投资大，低压铸造机使用的升液管成本较高且易损坏。

1.3充氧压铸法

传统压铸工艺生产的铝合金压铸轮毂最大的缺点是不能通过热处理来进一步提高性能，由于液体金属充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中，这些铝合金压铸件孔隙中的气体在热处理过程中会发生膨胀，使得铝合金压铸件“起泡”。为使铝合金压铸件也能适用于汽车保安件，近年来出现了一些无气孔压铸新工艺，最有代表的是充氧压铸法。充氧压铸法是使压室和压型型腔内的金属液相间的空间充氧置换，并在高速高压下进行压铸，当液体金属充填时，一方面通过排气槽排出氧气，另一方面喷散的铝液与未排出的氧气发生反应，形成氧化铝小微粒，分散在铝合金压铸件内部，使铝合金压铸件内不产生气孔。与传统压铸法相比，充氧压铸的铝合金压铸轮毂具有成品率高，组织致密，良好的拉伸强度和耐疲劳性能等优点。

1.4挤压铸造法

挤压铸造也称为液态模锻，是一种集铸造和锻造特点于一体的新工艺，该工艺是将一定量的金属液体直接浇入敞开的金属型内，通过冲头以一定的压力作用于液体金属上，使之充填、成形和结晶凝固，并在结晶过程中产生一定量的塑性变形。挤压铸造充型平稳，没有湍流和不包卷气体，金属直接在压力下结晶凝固，所以铸件不会产生气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷，且组织致密、晶粒细化，机械性能比低压铸造件高。产品既有接近锻件的优良机械性能，又有精铸件一次精密成形的高效率、高精度，且投资大大低于低压铸造法。挤压铸造特别适合于生产汽车工业中的安全性零件，汽车铝轮毂是一种要求较高的保安件，金属型重力铸造、低压铸造、压力铸造工艺生产的产品虽能满足使用要求，但整体质量比挤压铸造铝轮毂相差一个档次。

2、锻造法

2.1常规锻造法

锻造铝轮毂具有强度高、抗蚀性好、尺寸精确、加工量小等优点，一般情况其重量仅相当于同尺寸钢轮的1/2或更低一些。锻造铝轮毂的晶粒流向与受力的方向一致，其强度、韧性与疲劳强度均显著优于铸造铝轮毂。同时，性能具有很好地再现性，几乎每个轮毂具有同样的力学性能。锻造铝轮毂的典型伸长率为12%～17%， 因而能很好的吸收道路的震动和应力。通常铸造轮毂具有相当强的承受压缩力的能力，但承受冲击、剪切与拉伸载荷的能力则远不如锻造铝轮毂。锻造轮毂具有更高 的强度重量比。另外，锻造铝轮毂表面无气孔，因而具有很好的表面处理能力，不但能保证涂层均匀一致，结合牢靠，而且色彩也好。锻造铝轮毂的最大缺点是生产工序多，生产成本比铸造的高得多。

2.2铸造锻造法

针对常规锻造工序多，成本高的问题，近年来出现了一种称为铸造锻造的复合成形技术，它是将铸件作为锻造工序的坯料使用，对其进行塑性加工的方法。由于将锻造 作为零件最终成形的工序，因此可以消除铸造缺陷，改善制品的组织结构，使产品的力学性能比铸件大大提高，同时又充分发挥了铸造工艺在成形复杂件方面的优 势，使形状复杂的产品锻造工序减少，材料利用率大大提高，生产成本降低。用铸造锻造技术生产铝轮毂，其性能完全可以达到锻件的力学性能指标，但生产成本可以比普通锻造件下降30%。国内在铸造锻造成形工艺方面虽有一些研究和应用，但还未见应用到铝轮毂的生产中的报道。

2.3半固态模锻工艺

在金属凝固过程中施以强烈搅拌，可使常规凝固时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而成为分散的颗粒悬浮在剩余液相中，这种经搅动制备的合金一般称为非枝晶半固态坯料，这种半固态坯料在固相率达到50%～60%时仍具有很好的流动性，可以采用常规的成形工艺如压铸、模锻、挤压等实现金属的成形。所谓半固态模锻，就是将半固态坯料加热到有50%左 右体积液相的半固态状态后一次模锻成形，获得所需的接近尺寸成品零件的工艺，这是一种介于固态成形和液态成形之间的崭新工艺。半固态模锻具有许多独特的优点：零件在模内收缩较小，易于近终化成形，机械加工量减少；半固态模锻件表面平整光滑、内部组织致密，晶粒细小，力学性能高于压铸和挤压铸造件；成形不易裹气，宏观气孔和显微疏松比常规铸件中的少得多；成形温度低，模具寿命长。期待国内在新建的铝轮毂厂中，能有一个半固态模锻厂，以提高国产汽车在国际市场上的竞 能力。

结束语：进行汽车轮毂精密压铸模高速加工技术的有效提高，是非常有助于提高轮毂的质量，增强汽车轮毂的使用价值。进行铝合金压铸模具设计的优化是非常重要的，可以对于金属型低压铸造法、充氧压铸法、铸造锻造法、半固态模锻工艺等工艺进行广泛的应用，实现铸造件质量的提高，降低投入成本，提高汽车的使用性能，降低汽车的耗油量，提高汽车的安全性能，为人们的平安出现奠定良好的基础。

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