鋁合金輪轂鑄造技術(shù)工藝研究論文
摘要：鋁合金輪轂本身不僅美觀大方，而且非常的輕便、實(shí)用，再加上其時(shí)尚的外觀，得到人們的喜歡。針對(duì)常見(jiàn)的鋁合金輪轂制造工藝，一般會(huì)選擇使用鑄造技術(shù)，不過(guò)一旦出現(xiàn)鑄造不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，就可能會(huì)引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題。本文針對(duì)汽車鋁合金輪轂鑄造的重要性進(jìn)行分析，進(jìn)而闡述常見(jiàn)的鑄造技術(shù)，最終通過(guò)工藝的分析，希望可以掌握不同鑄造工藝的實(shí)際特點(diǎn)，最終保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：鋁合金；輪轂；鑄造
隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，鋁合金部件在飛機(jī)制造、汽車制造之中得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。隨著汽車工業(yè)輕量化的發(fā)展，汽車的鋁合金輪轂研究成為當(dāng)前汽車工業(yè)的核心內(nèi)容。但是考慮到其部件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、尺寸的多樣性，所以鋁合金輪轂在進(jìn)行澆注的時(shí)候很難去控制其大尺寸部件的精度以及熱量分布。針對(duì)鋁合金發(fā)展，鑄件內(nèi)部質(zhì)量以及表面精度就成為發(fā)展的難題。
1鋁合金輪轂鑄造的重要性
在汽車的生產(chǎn)制造中，汽車的鋁合金輪轂鑄造工藝對(duì)于生產(chǎn)具有重要的意義。通過(guò)鋁合金的應(yīng)用，可以達(dá)到簡(jiǎn)單輕便、節(jié)能減排的要求。鋁合金本身帶有輕質(zhì)的特性，所以對(duì)于車輛的制動(dòng)能量有著直接的影響，并且其有效的運(yùn)用還會(huì)幫助汽車提升其加速功能，從而降低汽車的油耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。另外，汽車的鋁合金輪轂本身具有減震性強(qiáng)、散熱快等特點(diǎn)，當(dāng)鋁合金材料與輪胎實(shí)現(xiàn)相互分離之后，就可以降低其震動(dòng)性，這樣在幫助用戶提升駕駛舒適度的同時(shí)也能夠幫助汽車延長(zhǎng)使用壽命。鋁合金輪轂鑄坯本身的強(qiáng)度較低，這樣可以滿足紋路的繪制與加工，并且還能夠推動(dòng)汽車的輪轂朝著多樣化的形態(tài)發(fā)展，幫助用戶增強(qiáng)其視覺(jué)效果，這樣在滿足工藝優(yōu)化、增強(qiáng)機(jī)械性能的同時(shí)也能夠提升輪轂本身的制造利用率，最終滿足輪轂新型工藝的發(fā)展需求[1]。
2汽車鋁合金輪轂常用的鑄造技術(shù)
目前，在汽車制造工藝之中，鋁合金輪轂憑借其本身的優(yōu)良性能得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于鋁合金輪轂而言，其常用的鑄造技術(shù)包含了下述三種，通過(guò)具體的探討，就能了解三種鑄造技術(shù)的實(shí)際問(wèn)題。
2.1壓力鑄造
壓力鑄造主要是在高壓的作用之下實(shí)現(xiàn)鋁合金液體高速度的型腔充填，再配合上一定的壓力，這樣就可以讓鋁合金的液體達(dá)到凝固的狀態(tài)，最終獲取需要的鑄件。利用壓力鑄造生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)出來(lái)的鋁合金輪轂，其機(jī)械性能非常良好，同時(shí)還具有較高的致密性，其表面的強(qiáng)度和硬度偏高，可以滿足鑄件尺寸的保障，最終達(dá)到表面光潔的需求。但是這一種鑄造技術(shù)本身存在的不足之處在于，無(wú)法利用熱處理工藝來(lái)滿足輪轂性能的提升，主要是因?yàn)樵诔涮畛尚偷倪^(guò)程中，鋁合金液體的成型速度較快，這樣就無(wú)法完全的排除型腔之中的氣體，對(duì)于無(wú)法正常排除的氣體，會(huì)通過(guò)氣孔的形式存在于鑄件之中，這樣就會(huì)影響到鑄件的質(zhì)量。為了能夠解決這一問(wèn)題，通過(guò)相應(yīng)的研究，開(kāi)發(fā)出一種無(wú)氣孔的壓力鑄造工藝，其中的充氧壓力鋳造法就是最具有代表性的方法之一。這一種方法的出現(xiàn)，其本身不但具備傳統(tǒng)壓力鋳造法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服氣孔本身的問(wèn)題，通過(guò)這一種方法生產(chǎn)出來(lái)的鋁合金輪轂，不僅擁有較高的機(jī)械性能，同時(shí)其質(zhì)量更加的輕巧，能夠滿足高級(jí)車輛的使用[2]。
2.2低壓鑄造
低壓鑄造方法的基本原理在于：在具有良好密閉性的坩堝之中直接裝入鑄造鋁合金液體，然后讓液體始終能夠保持在澆注所需要的溫度層次，之后讓壓縮空氣直接通過(guò)液體的表面，通過(guò)坩堝與型腔之間形成的壓力差，這樣就可以在低壓的作用之下，讓坩堝之中的液體從升液管逐漸上升，在經(jīng)過(guò)輸液通道、鑄型澆口之后，就會(huì)直接壓入連接到坩堝的模具之中，進(jìn)而獲取想要的鋁合金鑄件。其本身具有成型效果良好、平穩(wěn)性較強(qiáng)、純凈度較高、生產(chǎn)效率高、收的率高等特點(diǎn)。由于低壓鑄造技術(shù)本身具有這一部分的特點(diǎn)，所以在日本的豐田汽車公司和美國(guó)福特汽車公司之中都選擇使用這一種技術(shù)工藝。低壓鑄造技術(shù)雖然優(yōu)點(diǎn)較多，但是在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)節(jié)依舊會(huì)有諸多不足之處產(chǎn)生，如鑄造的時(shí)間較長(zhǎng)、生產(chǎn)設(shè)備投資成本較大、升液管容易損壞等。只要可以將上述的問(wèn)題逐一的克服和解決，那么對(duì)于大范圍的推廣與應(yīng)用這一鑄造技術(shù)，也能夠起到積極的推動(dòng)作用。
2.3重力加壓鑄造
重力加壓鑄造技術(shù)是將傳統(tǒng)的重力鑄造技術(shù)結(jié)合壓力鑄造技術(shù)，在進(jìn)行充型的時(shí)候，需要在重力作用下完成，其金屬液體凝固的過(guò)程也需要在壓力的作用之下完成。這一種鑄造技術(shù)本身兼顧了傳統(tǒng)重力鑄造以及壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而彌補(bǔ)鑄造之中的缺陷問(wèn)題，在鋁合金輪轂的鑄造之中能夠取得良好的應(yīng)用前景。這一種鑄造技術(shù)，其本身的特點(diǎn)在于：澆注系統(tǒng)本身的體積較小，所以能夠大幅度的提升鋁合金液體的利用率；澆注系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)非常的簡(jiǎn)單，通過(guò)大量的實(shí)踐證明，這一種鑄造技術(shù)工藝的應(yīng)用大幅度降低鑄件夾渣導(dǎo)致的報(bào)廢幾率，并且還能夠提升鑄件本身的成品率[3]。
3汽車鋁合金輪轂鑄造工藝關(guān)鍵技術(shù)分析
對(duì)于汽車鋁合金輪轂鑄造工藝而言，其關(guān)鍵技術(shù)主要包含了鑄件與澆鑄的`關(guān)鍵技術(shù)、合理的選擇關(guān)鍵材料以及鋁合金參數(shù)、明確澆筑的實(shí)際尺寸、控制加熱處理鑄造工藝參數(shù)這幾個(gè)方面。通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的分析與研究，對(duì)于后續(xù)的鋁合金輪轂制造工藝的探討也有積極的推動(dòng)作用。
3.1鑄件與澆鑄的關(guān)鍵技術(shù)
在汽車輪轂生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)增強(qiáng)的過(guò)程中，還需要確保鑄件本身的指標(biāo)，能夠正確的選擇澆鑄的方式。在滿足鑄件本身的指標(biāo)中，還需要做好技術(shù)指標(biāo)的科學(xué)合理選擇，在鑄造16寸的鋁合金輪轂的時(shí)候，需要按照零件制造的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)HB963之中的III類型來(lái)進(jìn)行合理的選擇，然后針對(duì)指定的零件，則考慮使用II類型標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)于汽車輪轂材料的化學(xué)成分，其本身主要是由ZL205A類型的鋁合金組成，針對(duì)鑄件，需要對(duì)其尺寸進(jìn)行逐一的檢查，并且按照CT12的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行輪轂尺寸的合理驗(yàn)收。鋁合金輪轂的澆注方法，主要是根據(jù)不同的鑄造工藝來(lái)進(jìn)行集中式的比較，由于鑄造本身的率用率較高，再加上成本的浪費(fèi)較少，所以其鑄件本身的成功率偏高，并且制造者的熟練程度帶來(lái)的影響較小，所以在國(guó)內(nèi)逐漸成為重要的輪轂生產(chǎn)鑄造手段。
3.2合理的選擇關(guān)鍵材料以及鋁合金參數(shù)
針對(duì)鋁合金輪轂鑄造，需要合理的選擇關(guān)鍵材料以及鋁合金配比使用參數(shù)，在鑄造方式確定之后，就需要對(duì)其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行及時(shí)的確定，并且按照相對(duì)應(yīng)的流程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金的輪轂鑄造。另外，鋁合金輪轂鑄造所使用的材料以及輔助的材料都需要做好正確的配比和選擇，同時(shí)制定合理的、科學(xué)的材料清單，一般會(huì)考慮到堅(jiān)硬的鋁合金屬，如Mg，AI和Cu，但是未能將輪轂本身高度可塑性的特征實(shí)現(xiàn)，另外還包含了超硬鋁材料AI，Zn和Mg系組成zi。按照不同的金屬優(yōu)勢(shì)分析，在進(jìn)行輪轂鑄造的時(shí)候，就需要通過(guò)鋁合金化學(xué)成分來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)，并且針對(duì)不同的元素形態(tài)都需要做好針對(duì)性的檢驗(yàn)，然后做好配合的合理優(yōu)化，這樣就可以提升鋁合金輪轂本身的強(qiáng)度、力學(xué)性能以及可塑性，這樣就能夠進(jìn)一步增強(qiáng)鋁合金輪轂本身的使用率。
3.3明確澆筑的實(shí)際尺寸
在汽車輪轂澆筑尺寸確定的過(guò)程中，其實(shí)際的鑄造標(biāo)準(zhǔn)就是基本的金屬?gòu)拈_(kāi)始接到到形成毛坯的一個(gè)過(guò)程：第一，針對(duì)汽車輪轂鑄造之前的模型尺寸，就需要做好實(shí)際的確定，明確其加工制作主要是包含了澆注、成型、冷卻、鑄型排氣以及頂出幾個(gè)部分。第二，在具體的模具鑄造之中，還需要實(shí)現(xiàn)上下模板的相互組合，能夠?qū)⑺闹艿哪０逯黧w直接構(gòu)成分型的面狀，然后通過(guò)金屬液體，就能夠科學(xué)的設(shè)計(jì)其排氣系統(tǒng)的計(jì)算公式，進(jìn)而將低壓方式的鑄造工作效率提高，最終滿足實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)汽車輪轂速度的全面提升。第三，在冷卻輪轂的時(shí)候，還需要考慮到冷卻順序的合理選擇，在不同的部位上，需要分別的設(shè)置好水冷卻和保溫棉[4]。
3.4控制加熱處理鑄造工藝參數(shù)
在對(duì)輪轂鑄造工藝控制參數(shù)進(jìn)行加熱處理的時(shí)候，還需要有效的控制固溶溫度以及固溶時(shí)效。如在合理控制固溶溫度的手，還需要在汽車鋁合金輪轂的鑄造過(guò)程之中選擇鋼制輪轂生產(chǎn)工藝，從而對(duì)其溫度進(jìn)行合理的控制，防范出現(xiàn)溫度過(guò)低或者是溫度過(guò)高的情況，防范元素被改變，一般來(lái)說(shuō)，其溫度需要控制在533-539℃之間。在有效控制輪轂固溶的時(shí)候，應(yīng)該將淬火水溫控制在60℃，并且逐漸的延長(zhǎng)其時(shí)間，確保其能夠小于15s，讓其時(shí)效的處理控制在161-169℃，而保溫的時(shí)間則需要控制在3-4h內(nèi)。
4結(jié)語(yǔ)
總而言之，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，汽車鋁合金輪轂逐漸朝著美觀化、大直徑、高強(qiáng)度的方向發(fā)展，其生產(chǎn)制造研究中，也逐漸的出現(xiàn)了新的工藝和要求。所以通過(guò)鋁合金輪轂鑄造技術(shù)的研究，就能夠推動(dòng)其更好更快的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]張宏亮.關(guān)于鋁合金輪轂成形工藝的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2017（10）：141.
[2]李曉強(qiáng).鋁合金輪轂，汽車輪胎材料建設(shè)的新方向——針對(duì)汽車鋁合金輪轂的鑄造工藝研究[J].黑龍江科技信息，2016（27）：124.
[3]胡孟達(dá).鋁合金輪轂強(qiáng)力鑄造工藝研究[D].燕山大學(xué)，2017.
[4]侯佳新.汽車輪轂用鋁錠優(yōu)化及輪轂缺陷分析[D].燕山大學(xué)，2017.
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