铝合金轮毂铸造技术工艺分析

Ｍ　Ⅲ……………　新型铝合金轮毂低压铸造模具设计与工艺　龚正朋　（嘉兴南洋职业技术学院机电分院，浙江嘉兴３１４０００）　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　中图分类号：Ｕ４６３．３４３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—５０６５（２０１７）Ｏ卜００１９—２　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｄｉｅ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｈｕｂ　ＧＯＮＧ　Ｚｈｅｎｑ～ｐｅｎｑ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｉａｘｉｎｇ　Ｎａｎｙａｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＣｏｌｌｅｇｅＪｉａｘｉｎｇ　３１４０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｈｅｅｌｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅｉｒ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌｉｇｈｔ　ｗｅｉｇｈｔ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｒｉｃｅ，ｇｏｏｄ　ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｒａｔｅ，Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　ｉｓ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｗｅｉ曲ｔ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａ１ｌｏｙ　ｗｈｅｅｌ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｈｅｅｌ；ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃａｓｔｉｎｇ；ｍｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ；ｃａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　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Ⅲ。　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２Ｏ世纪８０年代后期由中信戴卡公司引进，　收稿日期：２０１６－１２　作者简介：龚正朋，生于１９８１年，女，汉族，湖北人，研究生，讲师，研究　方向：机械设计。　经过２Ｏ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　。　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　３Ｉ１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，型芯耍分别装设在定和　动镶块内部并且要和定动模套板压紧配合　。　３．２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１ｌｍｍ，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。　３．３溢流系统设计　因为铸件呈现的是环形结构，并且左右滑块型芯利用它　进行抽芯，因此，铸件要分为２个分型面，目的是有利于溢　流排气，应该在动定模镶块上设计溢流槽，进行环形装置。　（下转２１页）　２０１７年１月上世界有色金属

铸造铝合金轮毂T6热处理工艺的优化研究

陈旷1，关绍康1，胡保健2,梁允勇3

(1．郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州450002；2．三门峡戴卡轮毂制造有限公司，河南三门峡472000；3．奇瑞汽车有限公司，安徽芜湖241009)

摘要：研究了固溶时间、淬火停留时间及涂装烘烤工艺对A356合金铸造轮毂性能的影响规律并优化了T6热处理工艺，将淬火停留时间缩短到2h。研究表明：未涂装时优化工艺使合金抗拉强度达到240MPa，屈服强度达到181MPa。伸长率达到8％；涂装后抗拉强度达到262MPa，屈服强度达到179MPa，伸长率达到9％，接近并达到目前国内T6工艺的强度性能，超过了国内轮毂行业的强度性能标准，具有一定的生产实际意义。

关键词：T6；涂装烘烤；A356；淬火停留时间

中图分类号：TG142．4文献标识码：A文章编号：1001—3814(2006)06-0030-03

铝合金轮毂具有节油、真圆度好、散热性好、坚固耐用、外观美观和操作轻快等优点，作为钢制轮毂的良好替代品。已广泛应用于轿车和客车上。但由于铝合金热处理后需要经历一次涂装烘烤工序，相当于对合金进行一个后续热处理，以往的研究仅局限于合金T6工艺的研究，因此作者研究了固溶时间、淬火停留时间及涂装烘烤工艺对合金力学性能和组织的影响，并在研究基础上优化了T6工艺。研究表明，合金经优化工艺处理后其力学性能超过了目前国内A356合金低压铸造轮毂的标准，但比传统T6工艺的处理周期缩短了约8h，大大节约了生产成本。

1试验材料和试验方法

1．1原材料和试验设备

原材料为A356合金锭，99．7％以上的工业纯铝、纯镁锭、1#结晶硅，变质剂采用A1-10％Sr，细化剂选用A1．5Ti-1C，配制成符合要求的合金成分；试验设备及测试仪器：5t燃气炉，德国GIMA低压铸造机，SX-4-10箱式电阻炉，WDW-50微机控制电子万能试验机。 1．2熔炼铸造工艺

《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一

一、引言

随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度和良好的耐腐蚀性等优点，已经成为现代汽车的重要零部件。低压铸造作为一种成熟的铝合金轮毂生产技术，其工艺优化对于提高产品质量、降低成本和缩短生产周期具有重要意义。本文将重点探讨低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化，以期为相关领域的科研和工程实践提供参考。

二、低压铸造基本原理及特点

低压铸造是一种将熔融金属液注入铸型，并通过控制压力差实现金属液与铸型间良好结合的铸造方法。其基本原理是利用坩埚内的金属液在较低压力下，通过浇口进入铸型，形成所需形状的轮毂。低压铸造具有以下特点：

1. 工艺简单，操作方便；

2. 金属液填充平稳，减少涡流和夹杂；

3. 铸件尺寸精度高，表面质量好；

4. 可适用于多种合金材料的铸造。

三、数值模拟方法及应用

为了实现低压铸造铝合金轮毂的工艺优化，数值模拟成为重要的研究手段。通过建立铸造过程的数学模型，利用计算机软件进行模拟分析，可以预测和优化铸造过程中的金属液流动、温度场、应力场等关键参数。

数值模拟方法主要包括有限元法、有限差分法和边界元法等。在铝合金轮毂的低压铸造过程中，采用数值模拟可以：

1. 分析金属液的填充过程，优化浇口设计；

2. 预测铸件的温度场分布，控制冷却速度；

3. 分析铸件的应力分布，防止热裂和冷裂；

4. 评估铸件的质量和性能。

四、工艺优化策略

基于数值模拟结果，可以对低压铸造铝合金轮毂的工艺进行优化。主要的优化策略包括：

1. 优化模具设计：通过改进模具结构，提高金属液的填充能力和铸件的质量。

2. 调整工艺参数：包括金属液的浇注温度、模具温度、压力控制等，以获得最佳的铸造效果。

3. 改进合金材料：通过调整合金成分，提高铝合金的流动性和抗裂性能。

4. 引入自动化技术：如使用机器人进行自动化操作，提高生产效率和产品质量。

五、实践应用与效果评估

铝合金轮毂铸造工艺设计与仿真分析

摘要：以某轮毂为基准，采用 UG 软件对轮毂模具进行设计。 以 A356.0-T6 铝合金作为轮毂轻量化材料，应用有限元技术，建立轮毂的挤压铸造模型，对铝合金轮毂压铸充型工艺进行数值模拟，并验证了铝合金轮毂铸造工艺设计的合理性。

关键词：有限元技术； 铝合金轮毂； 铸造工艺； 模具

0 引言

铝合金因其密度小，强度高，可塑性好，导热性能好和易加工性而被广泛应用于航空、航天、机械制造、船舶等一类有色金属结构材料中。 采用铝合金制造的轮毂重量较钢轮毂轻得多， 且具有能耗低，散热快，坚固耐用且寿命较长等特点，适合现代行业发展的要求，但是铝合金轮毂的铸造也存在着成形难以控制，铸造缺陷较多等问题，严重限制其在轮毂上的应用。随着计算机技术在产品设计和制造中的应用与发展，新产品的开发和制造能力得到显著提高，建立工程计算模型并通过铸造数值模拟软件对铸造工艺进行模拟分析，设计合理铸造工艺参数，可有效地降低铸造缺陷产生概率、缩短产品开发周期、提高产品设计质量、降低产品生产成本。

1 轮毂结构及其模具设计

1.1 轮毂材料及结构

A356.0-T6 铝合金是典型的 Al-Si-Mg 系合金，具有良好的铸造性能，并且强度、屈服强度与可塑性等综合力学性能都很好，可满足轮毂尺寸精度与外观设计等要求，比其他型号的铸造铝合金更适合轻合金轮毂的制造要求。如表 1 与表 2 所示分别表述了 A356.0-T6 铝合金的组成元素及含量、热熔融性能与物理机械性能。

1.2 轮毂模具设计

由于轮毂中有沉孔和凹坑的存在，使铸型分型面无法与铸件完全相交，很可能引起模具体积块分割失败，如果采用传统的分型面方法，需要对分型面上沉孔和凹坑作修补才能达到分型面闭合的目的。本文则采用侧面影像曲线方法来提取零件的最大轮廓线，在创建形成轮辐及风孔的上下箱分型面时，需要在轮毂三维模型内部创建一个与轮毂轮圈壁相切的辅助曲面，以确保上下箱开合时不会发生干涉，同时在设计该曲面时还要考虑拔模斜度的影响，否则模具的分离会失败。