汽车铝合金轮毂铸造技术之研究

王长军，曾凡伟

(成都银河动力有限公司,四川 成都 610000)

轮毂是汽车的重要组成部分，其质量的安全性、制造工艺的精良程度等，将直接影响轮毂的性能以及汽车的安全性能。因此，工艺技术不断发展至今，从原有的重力铸造逐渐发展出低压铸造、锻造等水平越来越高的技术手段，对汽车制造业发展产生更加积极的推动作用。轮毂是汽车重要的承重结构，在力学作用下，其结构品质的好与坏将直接影响汽车的安全性、经济性。出于此等考虑，轮毂铸造技术在不断的发展、演变，至今铝合金、镁合金等材质轮毂相继被研发成功，且都具有一定的优异性能体现。尤其是铝合金轮毂其性能条件更佳，本文也主要对铝合金轮毂铸造进行深入分析，为该技术有效应用提供支持。

1 汽车铝合金轮毂铸造技术概论

汽车铝合金轮毂铸造技术在近些年得到广泛应用，现就该技术的应用原理、类型、铸造流程及应用优势等内容进行较为详细的叙述，以便更好地了解该技术，为推动技术发展奠定基础。

1.1 技术应用原理

汽车轮毂构成主要与两点有关，一是需要与车体连接，二是需要与车胎连接。车体连接部分车轴、车轮，需要考虑轮辐及偏距的问题。车胎连接部分则设计槽底、胎圈座以及气门孔等，起到支撑轮胎的作用。具体铸造过程中，需要充分考虑铸造需求以及当前的实际铸造条件等，合理选择适当的铸造流程，如重力铸造、低压铸造、锻造等，尤其考虑轮毂对轮胎稳定性影响，特别强调在众多技术选择的情况下，要格外注意加强挤压铸造成型、锻造法应用。

除此之外，在技术应用流程方面，应注意对铸造材料、各参数设置以及加热处理，这些都是轮毂铸造过程中，影响铸造质量的关键，需要予以有效保障。

1.2 汽车铝合金轮毂特点

汽车铝合金轮毂的特点具体可以从两方面进行详细叙述，一是优点方面：铝合金轮毂质量轻，行驶过程中，能够降低汽车能源消耗，降低环境污染；铝合金轮毂导热性能较弱，不会因汽车制动产热、导热致使爆胎情况出现，降低安全事故发生的可能性；铝合金轮毂可以在与子午线轮胎相配合的情况下，进一步降低汽车振动、缓冲带来的影响，整体提升汽车舒适度；该材质工艺的轮毂具有较好的流动性、张力特点，经过抛光后，其外形更加美观，尤其是其表面在抗腐蚀处理技术支持下，外观保持时效较长。二是缺点方面：铝合金轮毂相对钢制轮毂硬度低，生产、使用过程中容易出现砂眼、裂纹情况，影响其安全性能；铝合金轮毂价格较高，且若在无内胎汽车制造中使用，容易导致内气不足问题产生。整体来看，铝合金轮毂的适用性加强，这也是其于当前的市场环境中较为广泛被应用的原因。

1.3 铸造流程

铝合金轮毂制造过程中，主要由以下几个步骤完成：第一步，需要分析铸造工艺，具体分析过程应该结合铸造需求及现有条件进行，绘制图纸、设计磨具等，还需在确定好铸造工艺的基础上，对构建参数进行合理设置；第二步，需要依据设计图纸等，完成浇筑、加热处理等工作，待浇筑完成后，检查铸件、试加工、修正磨具、试生产等，以全面评审形成工艺文件；最后对整个铸造过程进行总结，将所涉及的文件进行归档[1]。

1.4 技术类型

现阶段，最主要的铝合金轮毂铸造技术有重力铸造、低压铸造以及锻造等，下面内容中就重力、低压以及锻造进行详细叙述，以进一步明确相关内容，为后续关键技术、质量控制建议提出等，奠定基础。

1.4.1 重力铸造

重力铸造是一种传统铸造技术，“金属液在地球重力作用下注入铸型”，具体包括砂型浇铸、熔模铸造以及金属型浇铸等。其中金属型浇铸是汽车铝合金轮毂铸造的主要方式，也是窄义理解上的重力铸造。

1.4.2 低压铸造

低压铸造是当前最为常用也是最为常见的一种新型铸造技术，将铸型置于密封坩埚上方，其内通入压缩空气，于熔融金属表面造成低压力(约为0.06兆帕-0.15兆帕)，以使其能够由升液管至轮毂型腔、控制凝固。之后去除空气压力，浇口套处或者升液管内剩余的铝合金熔液会再次流回坩埚。待其坯件彻底冷却，使铸型上模与下模脱离并上升至指定高度，将其取出。对于施加的空气压力，需要在提前设定好相应参数的情况下进行，以保证轮毂微观结构密度，具有较好的力学性能，此法可以很大程度节省材料，降低废品率。

铝合金轮毂低压铸造模具结构需要注意浇注系统设计，以免合金熔液氧化产生氧化夹渣或者钻孔缺陷。如依据轮毂中心孔及对称薄壁压铸件等特点，适当选择中心浇口方式。除此之外，还要注意排气系统、冷却系统以及顶出机构的设计，由于型腔为封闭式，冲型时的排气问题不可忽视，以免影响铝液冲型。而冷却系统的设计则需要注意上模分流锥、安装盘等位置以及轮辋、轮辐连接的地方，均需要设置水冷管，以达到迅速冷却铝液的目的。

待轮毂模具成型后，需要对模具表面做抗腐蚀处理，如压铸模具钢H13，运用了淬火、回火以及渗氮处理等后，其耐铝液腐蚀性不强，而在其表面制备了陶瓷涂层后，明显改善了其耐腐蚀性，整体提高了模具的使用寿命。

1.4.3 锻造

锻造是目前轮毂铸造技术水平最高的工艺类型，一般利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其塑性变形具备机械性能、相应形状及尺寸，最终形成锻件。虽然锻造工艺具有较好的铸造效果，如优化微观组织结构、保存金属流线等，但是该工艺技术所需生产设备精良程度要求较高，且成品率相对较低，制造成本高，目前除一些高端车型会运用此法锻造轮毂外，普遍采用最多的还是低压铸造方法，相对成本低、性能优良，且制作过程简单[2]。

1.5 应用优势

相较于其他材质的轮毂铸造技术，铝合金轮毂铸造主要具有以下几点优势：首先是节能、简便优势体现，这与铝型材的材质特点有直接关系，其本身重量较轻，能够在减轻车身重量的前提下，对汽车制动过程产生积极影响，降低能量消耗、提高加速性能，且对环境的污染降低。其次具有性能优良优势体现，在实现与轮胎的高精度分离的情况下，表现出较好的减震性能，且具备良好的散热性能，可以有效避免行驶高温引起爆胎问题，整体表现出良好的舒适体验。

1.6 应用必要性分析

在当前社会发展中，随着生活水平、生活质量的逐步提升，人们对日常生活、出行等更加注重品质享受。而且绿色环保意识逐渐增强，在寻找适当材料满足以上舒适体验需求以及环保性需求的过程中，铝合金轮毂铸造技术被研发并被广泛应用起来，以其特有的轻便、环保以及美观、减震延长汽车使用寿命等优势特征，成功征服消费者，抢占了绝大部分汽车轮毂铸造市场[3]。

中共预备党员的确定是通过入党预审答辩，答辩的主要流程有五点：第一，知我陈述，自我陈述共分为三个部分，包括“一名党员一面旗帜”即主要陈述对党员基本要求的理解以及自己入党后努力方向；“三个体现”即体现水平、体现奉献、体现觉悟，陈述入党前的表现；“三自精神”即自我认同、自我警示、自我发展，陈述对党员要求的理解。第二，知识考察，答辩人将现场回答党的基本知识相关问题。第三，提问与答辩，答辩委员将针对入党积极分子的理论知识，陈述内容等提出问题，由答辩人当场做答。第四，民主测评，在场相关人员将无记名投票形式，对答辩人进行民主测评。第五，委员表决，在场答辩委员经过会商后无记名投票表决，并做相应点评。

2 汽车铝合金轮毂铸造关键技术

汽车铝合金轮毂铸造关键技术，主要可以从其铸造流程角度出发，对关键性的环节进行介绍，以明确最终的应用情况，进一步推动技术发展，为汽车制造业提供更加可靠的保障。

2.1 强化保压分析

保压是具体铸造工艺的重要阶段，保压时间长短取决于铸件凝固状态。若持续加压已不能够进一步起到凝固作用时，需要做卸压处理。此时的时间长短则与型腔体积相关，通常情况下为固定值。冲型压力加载一般线性，以进一步提高轮毂结构稳定性，提高成本率。而由于一些铸件形状复杂，实际铸造而成的轮毂，质量未能达到预期标准，且成品率也﹤70%。因此，为切实保证能够提高铸件生产质量及成品率，还需进一步对保压过程进行分析，在确保电流稳定的情况下，强化对温度场及流场的分析，完善工艺相关流程。

2.2 关键材料、铝合金参数

铝合金铸造最关键的材料即铝型材，合理地选择铝型材，并确定最终的合金配比参数，能够在很大程度上保证后续铸造质量。具体还需要明确铸造方式，在方式确定基础上，按照相应流程，完成参数设计、型材选择以及加工铸造。铸造主材及辅材配比应该科学，以材料清单的方式将其完全呈现出来，为中和铝型材的软性基础，通常会选择硬度高的合金辅材，如镁(Mg)、铜(Cu)或者锌(Zn)等，具体还需依据各金属材质的实际性能优势而定。过程中，检验铝合金化学成分、元素形态等，以合理优化合金配比，保证铝合金轮毂的强度、力学性能。

2.3 铸件浇铸

铸件浇铸是最为关键的环节之一，应该明确铸件尺寸标准、选取正确浇铸方法。如16寸铝合金轮毂铸造过程中，需要依据国家相关规定，以HB963中Ⅲ类标准来选择，零件验收标准按照Ⅱ类进行，最终的轮毂尺寸验收应该以CT12级标准进行。浇铸方法需依据各铸造工艺进行合理比较，如重力铸造、低压铸造以及锻造等技术对浇铸的要求不同，具体还需结合实际的工艺选择而定。

2.4 浇铸尺寸

铝合金轮毂的浇铸尺寸确定非常关键，具体包括确定、加工制作模型尺寸，型腔尺寸、壁厚以及排气系统等。铝合金轮毂铸造模分为上、下以及侧模三部分，通常情况下，上、下模采用热作模具钢，侧模则选择型号为35CrMo或者是QT400模具钢。型腔尺寸需要依据加工余量、冷却顺序确定，型腔上部厚度要合理，上下部增厚偏差应小于1毫米。铸件壁厚是把控冷却强度的关键，如最后的冷却部位应为中间铸口部位，该部分为最薄的轮毂边缘部件，能够起到良好的冷却凝固作用。在排气系统设计方面，最应注意的是排气槽、排气塞质量，模芯周围应设置V型的排气槽，深度约为0.9毫米左右(上下偏差不超过0.1毫米)，间距需控制在5毫米以内。模芯组件、分流锥等的设计应该注重科学性，排气槽可增设0.4毫米，推杆间隙设置在0.1毫米-0.2毫米之间，以保证能够合理配合排气塞工作，保证排气效果、有序浇铸[4]。

2.5 加热处理

在实际进行铝合金加热处理时，需要依据合金材料特性，对其变形原因进行有效分析，方便采取更加具有针对性的措施，防止淬火变形问题产生，提高铸造质量。对加热处理的工序进行有效分析，以保证其科学性、有效性。首先注意固溶温度，保证后续工序的顺利开展。其次把控合金成本，对固溶温度进行有效把控(一般保持在535℃上下)，最大限度保持合金性能，避免高温引起氧化反应。最后，淬火时间的把控最为关键，一般保持在30秒左右，能够避免温度低导致合金缩变问题产生。淬火水温应控制在60℃左右，以保证材料结构、性能，保证合金质量。

3 汽车铝合金轮毂铸造质量控制

汽车铝合金轮毂铸造过程中，最重要的是质量控制问题，在对轮毂铸造的原理、必要性以及轮毂特点、铸造关键技术等，进行了较为详细的了解后，现就铸造质量控制问题，给出以下几点可行性建议，以确保最终的铝合金轮毂铸造质量能够满足汽车生产质量需求，保证汽车制造业有序发展。

3.1 工艺质量控制

针对铸造质量的控制，首先从环节质量控制角度出发，对铸造各环节的质量把控问题进行明确。如采用低压铸造技术时，应该注意模具的制作过程，对干燥压缩空气的注入及保压进行合理把握，冷却管道的开启顺序、时间等都是影响模具质量的关键。除此之外，对于模具具备温度的控制也极为关键，具体过程需要保证模具温度稳定，以保证轮毂结构紧凑、内部组织紧密。具体可在冷却通道通入冷却介质，如水、水雾等，控制其流量及开启、保持时间。进一步验证冷却效果时，可以在模具不同位置设置热电偶，监控温度变化情况。

若选择旋压铸造工艺，则需要注意旋转运动、挤压作用的控制。常用的方法有板坯劈开式旋压、管材轮辋旋压以及预铸件毛坯强力旋压。具体铸造过程中，需要对预铸件毛坯做预加热处理，提升旋压效率、保障产品质量。注意旋压前保证毛坯表面清洁、光滑且无飞边，或可通过预车加工保证表面清洁程度。旋压过程中，需对轮辋形状做切片确认，保证后道机加工尺寸。注意保证轮辋质量，避免产生较大缺陷，影响最终的成品。

3.2 因素控制

影响铝合金轮毂质量的因素有很多，其中最为关键的是技术工艺、人员技能、素质及铸造设备、质量控制意识等。对于技术工艺的选择，应该严格按照生产需求及可行性分析结果确定，以保证工艺选择合理。而人员技能以及综合素质方面，则需要对其进行专业培训、合理选拔，并以适当的待遇提升留住人才，在其所具备传统铸造技术应用技能的基础上，对其进行“再加工”培训，使其能够不断提升自身的技术应用水平，确保技术应用质量。设备是铸造技术的重要构成元素，专业设备支持下，技术效能才能得以实现，进一步更新设备、技术，对其进行集成化管理，以保证为铸造过程提供保障。整个过程中以宣传教育方式，不断对人员进行质量控制宣贯，以提升其质量安全保障意识[5]。

4 结束语

综上所述，铝合金轮毂铸造过程相对以往钢制轮毂，其性能优异性非常明显，无论是在安全稳定方面，还是在轻便程度上，都优于钢制轮毂。汽车轮毂铸造过程，需充分考虑其结构的支撑作用强弱，在力学分析基础上，还要对铸造材料、铸造流程以及关键环节等进行严格把关，以确保最终的铸造质量能够满足汽车行驶、安全稳定需求。具体还需从上述内容中提到的铸造原理入手，结合目标需求导向，对铸造过程进行严格把关，以需求促进技术发展，以技术水平提升带动行业发展，使汽车制造业能够在技术不断推动下，向着节能、环保、可持续性发展目标不断迈进。