低压铸造铝合金轮毂模具设计优化

林波 张宾

摘要：由低压铸造生产出的汽车铝合金轮毂铸件具有充型平稳、尺寸精度高以及生产效率高等特点，但是铸件中经常会出现缩松、气孔等缺陷，这些弊端会影响铸件的质量和品质。因此，本文针对铸件过程中出现的弊端，对模具的结构设计进行优化。

关键词：铝合金轮毂;低压铸造;模具优化

1  铝合金轮毂的优势以及低压铸造技术

同大部分的金属做比较，铝合金用于铸造上的用途是非常多的，因为它有很多的优势，从元素周期表上，我们能看到，铝合金是以铝元素为基本以及添加一种或者多种合金元素组成的合金。铝元素最大的优点就是密度比较小，仅仅只有铁的0.33，再看看铝元素与铁元素之间的熔点相比较，铝元素的熔点只有660摄氏度，而铁元素的熔点就要比铝的熔点高出很多，因为铝金属的性质比较软，不能直接用做于刚性材料，所以我们必须要在铝中加入一些其它含有刚性性质的金属来填补它性质较软的缺陷，所以铝合金这个时候就诞生了。铝合金保留了铝的优点，不轻易被腐蚀、质量比较轻、强度较高等优点，它的金属性能不输于优质的钢材，由于它有着很强的可塑性和优秀的导电性，更有着十分出色的再加工的特性，这些优势让铝合金逐渐的成为了各种工业领域中不可替代的金属材料。

1.1 铝合金轮毂的优势

1.1.1 重量比较轻

铝合金轻巧，与相同尺寸的刚轮毂做比较，它的重量要比刚轮毂轻出两千克，这样的重量差异让铝合金轮毂在行驶途中的产生的惯性和受到空气的阻力都会有所减少，驾驶汽车的时候则会更加轻松，可以帮助驾驶员消除驾驶途中的疲惫感，再同别的金属来比较，铝合金轮毂还可以减少汽车的油耗。

1.1.2 精度好强度高

铝合金轮毂的精度和强度要比钢轮毂以及其他金属制造的轮毂高出许多倍，这是因为它的铸造工艺的特点以及铝合金本身的性质决定的，并且它的抗震、防震的能力也是很好的，在行驶途中，车轮毂会大大的减少来自路面的冲击，即使行驶道路上的路况很差，铝合金铸造的轮毂具有独特的抗震能力也能让原本颠簸很大的车量保持基本的平稳。

1.1.3 散热性能优异

因为铝合金中包含的铝元素独特的性质导致它有十分优异的导热系统，铝合金的导热性能要比刚好，因此，汽车在行驶中摩擦所产生出的热量都会通过铝合金轮毂，借助它的散热性质以最快的速度散发出去，减少散热问题对汽车部件的损伤和汽车性能的影响以及整体使用寿命的危害。

1.2 铝合金轮毂的低压铸造技术

低压铸造指的是铝合金液体在压力的作用下，把铝合金液态充满模具型腔，从而形成铸件的工艺方法。因为铸件过程中所需要的压力比较小，所以称呼它为低压铸造法。低压铸造法铸造过程中可以分为以下五个步骤：金属液体融化，低压下铸造成型，热处理，机械加工和喷涂涂装。运用了低压铸造法生产出来的铝合金具备以下特点：铸件成型好，液体金属外表充型平稳，合金表面光滑平润，机械性能优异，铸件致密和最终成型产出的轮毂形态，纹理都十分的清晰等。并且，低压铸造法铸件所需要的铸造设备也非常的简便，想要实现自动化生产也没有想象中的那么难。

2  低压铸造过程中模具可能出现的缺陷

在低压铸造过程中，模具会起到一个决定整个铸件是否合格的作用，所以模具的作用不言而喻，但是在铸件过程中，模具也会出现各种弊端以及缺陷，这些令人头疼的问题对铸件成型以及铸件的合格率有十分重要的影响，主要因素包括：

2.1 模具的初始温度，在模具上线生产前，都需要进行预热处理，模具的温度太高或者太低都会破坏合理的模具温度场，从而导致逐渐成型困难或者合格率降低。比如说模具温度过高，这样会产生大量的粘膜，这种现象一旦发生，会导致模具铸件过程中，铝合金轮毂出现变形，从而使得整个生产周期延长。而模具温度过低的话，模具内的金属液不能充满，大大的降低了模具的使用寿命，严重的话会导致整个铸件失败，模具会直接裂开。

2.2 模具壁厚如果过于大的话使得铸件途中筋条的冷却速度会整体加快，因为模具底部它的吸热量会非常大，导致冒口通向铝合金轮毂专门用于补缩的通道过早的被堵塞，因为补缩不够从而发生铝合金輪毂的轮辐与它的轮毂之间相接处有一些比较大的缩孔，由于这个轮毂缩松问题的缺陷，也会引发气密性不足的轮毂严重毁坏现象。

2.3 由于铸造出来的铝合金轮毂成品，它的本身厚度比较小，如果铸件使用的模具厚度过于大的话，可能会导致铸件中的铝合金轮毂出现受热不均匀，从而使铸件完成的铝合金产生缺陷。

2.4 其余的一些偶然要素，这些要素分别包含模具发生夹铝，让泄压冷却的时间加长，工厂机器发生故障停机检修，补喷涂料等。这些情况都会对模具的温度产生影响，从而导致铸件产出不能正常作业。

3  铝合金轮毂低压铸造的模具的设计优化

合理的模具设计是取得高效益和高效率最重要的一步。低压模具在设计的时候，模具需要什么样的梯度，模具钢的厚度又要怎么确定以及它冷却系统的如何设计等等一些都是十分关键的，只有合理的配置，才能达到更好的效果，以下是对目前出现以上弊端以及缺点的模具，进行一个优化。

3.1 模具的梯度优化

模具的梯度指的是模具轮毂型腔内，部分地方发生了由上而下，从薄到厚的趋向，这种趋向要符合顺序凝结的需求，轮毂凝结是由整个轮毂的小轮毂边缘部分开始，逐渐地向整个轮毂，轮辐以及中心部位凝结，顺序的凝结起到补缩的作用，减少缩松、缩孔等各种缺陷。在能保证顺序凝结的基础上，轮毂的厚度要尽可能的减少，这样就可以减少毛坯的质量问题，提高金属的利用率，减少原材料的使用和能源消耗，以及减少铸件过程中铝屑的产生，同时减少加工量意味着提高了模具的使用寿命。

3.2 模具的厚度优化

模具的厚度是整个模具设计部分的关键问题之一。在冲型阶段中的模具钢会发生吸热，而铝的温度降低散热，由于钢的热传导能力强，铝液与模具接触的表面凝结比较快，组织性和性能较好，此时模具钢厚对冷却有很大的好处。当铝液温度与模型钢温度达到一致以后，进入使用冷却介质对流辐射的散热阶段，这个时候模具钢越厚，它的散热就越慢，生产效率降低，产品的性能此时也会有一些的弱化。此时钢模具薄对产品会有好处。从以上可以看出，在产品冲型和冷却的时候，模具钢厚度的要求会有两个不同的方向，因此设计出合理的模具钢厚度，才可以既满足产品的性能又能满足节拍生产。

3.3 模具的冷却系统优化

模具的冷却系统已经经历了风冷、水雾，目前在向水冷发展。现在单纯的风冷已经满足不了生产节拍的需要了，为了提高节拍的量产，水冷现在是主流的发展方向。但是由于实际的生产过程中，模具钢会受到激烈的温度变化，从而变得非常容易破裂，这成为了水冷推广路上的拦路虎。溢流系统设计由于铸件出现的是环形构造，而且左右滑块型芯利用它完成抽芯，所以，铸件要分为两个分型面，目的就是为了有利于溢流排气，应该在动定模镶块上面设计溢流槽，进行环形装置。如果顾虑到排气槽安置的数量太少，可以用截面把小的溢流槽相互连通，共同用以各排气槽。

3.4 控制模具的温度优化

模具的外表温度应该控制在300～350℃，因为模具在制造以前要完成喷砂，清理和喷涂料等一系列工作，而且要在350℃下加热2-3小时。为了保证铸件完成，模具在从烘炉中取出并安装在低压机上铸造轮毂的这个时间段，不能超过30分钟。控制模具的温度，可以使凝固时间变的更短，提高生产效率

4  总结

铝合金轮毂在目前生活已经十分广泛的运用了，但是在轮毂生产的过程中由于模具的问题，会产生各种弊端，只有把控好模具的各种数据变化，才能制作出更好的轮毂。

参考文献：

[1]赵岩，王玲娟，李秀荣，臧勇.低压铸造大尺寸铝合金轮毂的数值模拟及模具优化[J].特种铸造及有色合金，2016，36（06）：612-616.

[2]陈晓罗.铝合金轮毂低压铸造中的缺陷预测及模具优化[J].铸造技术，2014，35（04）：819-821.

[3]肖亚慧，李文韬.汽车铝合金轮毂的低压铸造工艺中浇口套优化设计[J].铸造技术，2014，35（04）：841-843.

作者简介：林波（1986-），男，山东滨州人，本科，工学学士，工程师职称，现供职于山东省滨州市滨州盟威戴卡轮毂有限公司开发部，任铸造工程师;张宾（1990-），男，山东滨州人，本科生，工学学士，助理工程师职称，现供职于山东省滨州市滨州盟威戴卡轮毂有限公司开发部，任产品及工艺研究中心主管工程师。