汽车铸铝轮毂低压铸造技术分析

2021-09-10 15:43贺帅孟祥宇
家园·电力与科技 2021年2期
关键词:汽车

贺帅 孟祥宇

摘要:轮毂既要承载汽车重量,又要带动汽车前进,是汽车的重要组成部分之一,轮毂的铸造技术直接关系到汽车的性能。本文主要对汽车轮毂的铸造工艺进行分析,重点突出铝轮毂的低压铸造工艺应用,通过对加压曲线的合理控制,全面保证轮毂质量,仅供参考。

关键词:汽车;铸铝轮毂;低压铸造技术

近年来随着科技进步和社会发展,人民生活得到显著提高,汽车因此进入千家万户。由于汽车的轮毂相当于汽车的脚,所以汽车轮毂的质量直接关系到汽车的性能和使用寿命。轮毂质量越轻便,汽车就越能达到节油的目的。铝轮毂因其质量轻便,外观美观而备受各大汽车生产商的欢迎,其主要材质就是铝合金,该材料不仅可以节省许多生产成本,还能够减少轮毂重量,使汽车迈向轻量化发展。铝合金轮毂能够保证车轮有良好的散热性,使轮胎更加耐用,实现安全驾驶。

1汽车铝轮毂低压铸造的必要性

大型汽车铝轮毂(以45.7cm为临界值)一般会使用锻造法加工。由于这一类型汽车铝轮毂无法在一次之内加工成型,因此,就需要采取分段锻造的方式进行加工。这种加工方式虽然可以保证轮毂最终成型,但却增大成本与锻造时间,而且轮毂外观比较简单,缺乏特色。使用低压铸造法可以保证大型铝轮毂得到一次性铸造,轮毂外表美观大方,质量有保证,降低铸造成本,提高铸造效率。不过,传统的低压铸造模具却有一定的缺陷,冷却顺序与速度不能进行有效控制,就会导致加工的尺寸不够精确,而且轮辐与轮心的力学性能不突出。因此,对低压铸造法进行改造,结合轮毂的实际情况进行铸造,就可以保证轮毂铸件的质量。同时,冷却系统可得到进一步优化,铸造工艺也可以得到进一步改进。

2低压铸造法的原理

低压铸造法的原理是将铝合金液体放置在密封性优越的增锅之中。为保证浇筑顺利,要将液体的温度保持在浇筑要求范圍之内。为保证充型顺利,要利用压缩空气的性能对液体表面施加力度,使增锅与型腔之间压力差值,这样就可以在压力的作用下保证铝合金液体不断上升,通过一系列渠道后,进入到模具之中。这一模具通常会与增锅紧密相连,在密封状态良好的情况下,就可以形成铝合金铸件。通过这种方式形成的铸件质量过关,成型状态良好,具有很高的纯度,还可以提高铸造效率。随着时代的不断发展,低压铸造技术所展示出的优势日益明显,备受世界各国汽车生产商的青睐。不过,低压铸造技术也存在一定的问题,比如成本高,铸造时间相对较长,这就需要有效降低成本,缩短生产时间,这样就可以进一步完善低压铸造技术,使其更好地发挥作用。

3汽车轮毂模型和结构分析

汽车铸铝轮毂一般采用的是铝硅合金材质,这些材质能够有效提高轮毂的性能。通过三维技术制作出汽车轮毂模型,根据这一模型确定汽车轮毂的各项数据,如中心壁厚、轮辐部位、轮辋部位、轮辐与轮辋衔接处的热节厚度。通过轮毂模型展示的数据通常比较精确,根据汽车铸铝轮毂的材料来看,铝和硅的合金材料的化学元素主要包括镁元素、铁元素、铜元素等。

汽车铸铝轮毂有其独有的性能和工艺。由于铝合金车轮大小不一,存在正负偏距,车轮缘壁厚度比较均匀,面积较大;基本是以二片或者三片为主,是典型的圆形铸件,具有厚度较大的轮辐,热节也比较大。不过,铝轮毂的浇注系统比较特殊,浇口甚少,缺少冒口,轮毂结构直接决定轮辐位置,以横浇道方式存在的轮辐比较特殊,会有负偏距现象,这样就会提高低压铸造工艺难度系数。因此,为了提高轮毂质量,就要确定工艺方案,确保模具和铝液的充型温度合理,一般后者会比前者高出400℃。

4汽车铸铝轮毅低压铸造工艺

对于汽车铸铝轮毂而言,采用低压铸造工艺就可以保证轮毂质量。低压铸造工艺包含的步骤较多,在铸造时,需要严格遵循相应步骤与要求进行。

4.1升压

升压是低压铸造工艺中的重要步骤。在这一阶段中,要注意所需的压力值。通常要将上升液体的总高度与铝液比重和阻力系数相乘,其所得出的就是升压阶段的压力数值。要将升压速度控制在合理范围内,既要保证铝液顺利充填,最终成型,又要通过缓慢的升压速度排出型腔内的气体。

4.2充型阶段的压力速度控制

铸铝轮毂的形状是圆的,其轮辋的面积较大,轮辐较厚。进行浇筑时,轮辋与轮辐呈现出不同的角度,前者呈90°,后者呈水平状,中间处是浇注口。轮毂的正面较亮处通常会面向下方。轮毂虽有正负偏距,但前者一般会大于后者,因此,轮毂重量更多集中在下方。铝液进行充型时,其上升速度一般不会很快,后期速度会加快,这主要是由于炉膛存在压力差,在一差值会随着时间的推移而不断增大。要保证流速稳定,不会变的太快,这样才能实现铝液顺利充型。在不同阶段要将速度控制在不同范围内,时间视情况而定。不同的轮毂有不同的特征,充型阶段的速度需充分考虑到这一点。充型速度要控制在合理范围内,不可过快,也不可过慢,铸件质量与充型速度息息相关。压力要保持在合理范围内,速度合理,如果压力过小,轮毂浇注就会不到位;如果压力过大,铸件质量就会受到较大的影响。

4.3增压压力控制

在增压阶段,要确定压力范围和时间,保证逐渐可以在这一压力范围下顺利实现结晶。在合理的压力作用下,铸件的性能会更有保证,具有较强的力学性能和细密的组织。如果增压的气垫压力处于较高的位置,那么就会延长增压时间,导致增压速度过慢,影响逐渐结晶。铝合金轮毂的轮缘比较薄,在浇注时一般会对轮毂的下部分轮缘进浇满,使之凝固;确定充型时间,如果维持在1min左右,就可能会影响轮缘下半部分成为结晶,其下半部分可能会有许多质量缺陷。

4.4保压时间

保压时间与多个因素相关,如铸件结构,铸型和铸型条件。进行浇注时,要考虑到铝液、铸型的温度是否稳定;确定热节的凝固时间和凝固的顺序。浇口的凝固顺序要靠后,在确定热节彻底凝固后,再考虑浇口凝固,否则就会影响热节的质量,出现缩松问题。保压时间不必过长,否则就会影响浇口质量。浇口是否有保温性能,将直接决定保压时间是否可以延长。

4.5释压

释压结束后,不能立刻进行操作,一般要延迟1~2min,确定逐渐已经完全凝固。这样就可以进行开型操作,提高铸件质量。

5汽车铸铝轮毂低压铸造存在的缺陷与处理

汽车铸铝轮毂低压铸造存在的常见缺陷是铸件会有缩孔,铸件变形。铸件在凝固时,如果内部补缩不到位,就形成不规则的形状与孔洞。究其原因,主要是因为铝液在浇筑期间温度比较高,而相应的模具温度变化不规范,导致补缩通道轮辐较薄,轮毂壁的厚度不合理,冷却速度过快;热节面积比较大,同样会导致铸件产生质量缺陷。为了减少质量缺陷,要进一步降低浇注的温度,保证铸型的温度场得到合理调整;严格按照顺序执行凝固,完善铸件结构,缩小热节,保证连接部分更加合理。

6结语

综上所述,通过分析汽车铸铝轮毂的低压铸造技术,不难发现,低压铸造技术虽然会存在一定的质量缺陷,但只要加以改进,就能够提高铸件质量,得到高质量的轮毂,使汽车更加轻便,节油降耗,有利于环保。铸铝轮毂具有十分优越的性能,能够提高驾驶安全,延长汽车的使用寿命。

参考文献:

[1]陈鹤.探析汽车铝合金轮毂低压铸造工艺研究[J].世界有色金属,2018(3):270-271.

[2]王森,王韬.低压铸造铝合金轮毂底模涂料使用性能改进[J].铸造,2018,67(4):369-372.

[3]介石磊,彭俊,郝春雨.汽车铝合金轮毂低压铸造工艺研究[J].铸造技术,2017,38(11):2785-2788.

沈阳航科技有限公司;大连福岛精密零部件股份有限公司

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