轿车铝合金轮毂的液态模锻

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轿车铝合金轮毂的液态模锻
一、引言
* O6 L6 Q" @' K7 B( W( n' _　　铝合金轮毂是钢质轮毂的换代产品，它具有质量轻、导热快、美观华贵、节能安全等优点，目前国内外已广泛应用于轿车及其它轻型客车上。随着我国汽车工业的快速发展以及国外配件需求量的增加，市场容量十分可观。目前国内外制造铝合金轮毂的方法主要分为两大类：一类是锻造法，其中国外最先进的工艺是由连铸工序和三个锻造工序组成，该法虽然质量好，但成品率只有50%左右，价格昂贵。另一类是铸造法，分重力铸造和低压铸造。重力铸造法产品中缩孔、疏松、气孔等缺陷严重，机械强度低，成品率低，国外已经淘汰。目前国内外大多采用低压铸造法，该法产品质量和成品率都有一定提高，但工艺复杂，设备投资太大，从国外引进年产30万件的设备需投资亿元以上。采用液态模锻法，使铝合金在高压下结晶，并在结晶过程中产生一定量的变形，消除了缩孔、疏松、气孔等缺陷，产品既具有接近锻件的优良机械性能，又有精铸件一次精密成型的高效率、高精度，且投资大大低于低压铸造法。
6 c2 U' e& ?9 l+ J9 A　　二、轮毂的工艺特点及工艺关键
8 L6 k0 ^8 X: |$ s! G5 q  X& u$ O　　轮毂是一个如图1所示的零件，类似一个较浅的杯形件，壁较薄，壁厚基本均匀，轮缘直径较大，高度适中，基本适合液态模锻工艺。制造的主要困难在于采用直接液态模锻法时，轮缘与原浇注液面之间容易形成较深的冷隔，必须采取措施避免。
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图1
　　影响工件内部结晶质量及力学性能的关键是温度场与应力场的控制，而影响温度场的因素又较多，因此必须通过试验和计算找到比较理想的温度——时间曲线。而应力场直接关系到工件中缩孔、疏松、气孔等缺陷的消除，必须确定合适的应力场分布，为获得高质量的工件打下基础。
　　三、模具设计及成形条件的确定
　　1.模具设计
( S+ W, T5 O* o/ q0 o. q4 K# y/ ~　　考虑到工件表面可能出现夹杂等缺陷，厚度尺寸必须留有一定的机加工余量，所以在零件图厚度尺寸上单边加放0.5mm，并取拔模斜度1.5°，绘出锻件图。以该图为依据设计模具。根据工件的结构特点，必须采取直接液态模锻法，凹模采取垂直分型面，以便工件出模。采用垂直分模就必须有水平方向锁紧装置，考虑到设备条件限制，因此采用锥形护环锁紧装置，见图2中件3。工作时，在件4、6、8组成的凹模中浇注金属后，上模下行，件3首先压紧件4、8形成锁模，随后凸模6加压成形，保压后，凸模6随上模上行，件3在弹簧作用下仍压紧4、8，以便凸模脱模，弹簧压紧力应大于凸模脱模力，最后件2带动件3上行，件4、8分开取出工件。由于是试验模具，导向主要靠设备导向。合模行程由加压力控制，这样可能会给轮辐部分厚度尺寸带来误差，但并不影响试验效果却大大简化了定量浇注装置。
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- Y- n2 `4 R0 D1 k# `图2
　　2.成形工艺条件的确定
" Y; }7 P6 o  m6 k+ \　　（1）铝合金的熔炼及模具准备
　　轮毂工作时承受较大的冲击载荷，常用铝—硅合金制造。选用ZL107合金，电炉熔炼，以便比较准确地控制熔炼温度，并最好进行精炼除气处理。由于金属充填距离较长，为了增加充填性，浇注温度提高到730℃，模具工作前应预热到310℃，采用电阻丝加热，预热同时涂润滑剂，以便顺利脱模。采用石墨+机油为润滑剂，为了保证均匀，最好采用喷涂。浇注温度与模具温度太高，会使工件表面粗糙甚至粘焊，温度过低，金属冷却太快，给充填成形造成困难。
! I. \; ]- Q9 z( y　　（2）浇注与加压
! D7 `3 K: F, H8 @- F- [　　液态模锻时没有浇口和冒口，所以要比较精确地定量浇注。采用漏斗浇注，漏斗需加热至与金属液相近的温度，进行“底注”，以避免金属液喷溅到模具上造成缺陷。由于工件平面尺寸较大，散热较快，要在尽可能短的时间内浇注完毕，大型液压机速度较慢，快速下行转入工作加压需要一定时间，所以浇注后让凸模尽快下行，使开始加压时间控制在5－8s，加压速度在0.1m/s左右。速度太快会使金属液向外喷溅，造成浇不足。加压压力要大于100MPa，这是由于轮缘有一定高度，压力太低，会在轮缘与轮辐的连接部分压力不足，机械性能较差。保压时间约10s，冷却时间在15－20s，保压冷却时间太长，工件温度过低，会使脱模力大幅度增加，脱模困难甚至造成工件收缩破裂。
, X+ c: o; X5 w$ e0 ]　　3.环形冷隔的处理
% S$ I, o3 v( V9 l' c* X　　直接液态模锻时部分金属液上移充型，它与原金属液面之间形成一圈冷隔，这种冷隔有时是难以避免的，提高浇注温度与模具预热温度，缩短开始加压时间后，冷隔有所减轻，但无法完全避免，仍有1－1.5mm深冷隔，如图3所示。为此，在模具上冷隔形成的高度开一个R2的半圆弧，使冷隔形成在突起的圆弧上，在机加工工序切除，这样就完全消除了冷隔的影响。
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" `7 K9 o: V- P  g3 e图3
- x" g( I  v" {4 ^) U4 {　　四、轮毂机械性能的检测
　　为了检测轮毂的机械性能，首先对其进行热处理，热处理条件为515±5℃保温6h淬火，175±5℃保温6h回火，并加工成试件。检测结果如表1所列。
表1液态模锻轮毂力学性能

- ; u6 @; q& c, V4 p) D4 H	试件号 " \$ Y  ]7 I; B3 U5 c: o	. c! x1 ]3 d2 L2 I$ D% ^+ Qσb(MPa)	δ(%)	HB 3 }6 A0 @# O6 l7 z0 J  S2 P
液态模锻 ) D3 n1 s0 n& J7 [4 D	1 , B7 Q# [* p. y+ i1 k8 J- l5 [	1 _3 v/ ^/ B( l8 ^  Z314 ) k) g7 }1 [; L9 N	7.4	; y7 P- u/ ]( L7 o$ _110
	2	' a& Q0 O+ p- r" X; n, U$ o! }8 C327 & ~2 I9 a- d" ~$ u) ?$ I3 b	* ]6 \! ^) B5 E& c2 v7.1 3 ^9 ]: O3 u7 K4 j0 {3 K	$ f5 x# f2 ^* c2 c3 h104
	3 & @3 ~8 F* k3 T, `. z; I	, T4 U& W' d) J- }1 j; H321	7.0 $ O2 b: ?% F1 Z  T6 s	/ _1 L; g4 w: m# C) U. r113
	, [% e0 S9 H$ x% _0 @平均值	321 * _% {  a: _8 V3 U7 |& i% f	7.2	109 # L/ s; I" [' ?3 i* _0 S2 F$ F
4 e2 e9 O! C4 R; c低压铸造	; W9 M; p5 [; ?9 `3 P5 b7 e- 7 m( N  U+ p4 b& ]	245	: ]# i+ @! Z) E8 `) K5 Q" r2.5	v8 Q# A4 T+ z4 P- g4 Z3 F% N90 / `7 E6 V7 V$ K+ I% R

) w. W- D/ W. N　　五、结论
　　（1）汽车铝合金轮毂的液态模锻工艺可行，产品性能优于目前的制造方法。
　　（2）该工艺设备简单、投资小，材料利用率高，产品成本低。
+ e5 r3 ]  G& E$ v　　（3）工艺过程容易实现自动化，适于汽车配件的批量生产。
! y( Z+ ?$ Q8 _9 J4 C: [! t　　参考文献
　　[1]上海交通大学.液态模锻.北京：国防工业出版社，1981.
　　[2]齐胚骧.挤压铸造.北京：国防工业出版社，1984.
　　[3]周大隽等.液态模锻技术的应用及新发展.锻压技术，1993，18（5）.
　　[4]大泽佳郎.汽车铝合金锻件现状.锻压技术.1993，18（6）.

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liujuye2008

轮毂，又叫轮圈，英文名称WHEEL。台港用户又称其为“铃”或“胎铃”。“铃”就是英文RIM，即车轮的意思。现代汽车轮毂一般用钢轮毂和铝轮毂。
7 Q2 a. w' r. V% I50年代铝合金材料初次登场。铝合金轮毂首次被用于追求高性能的赛车。60年代铝圈被大量用于轿车。80年代极纤细网眼轮毂盛行一时，90年代讲求三维立体造型的产品开始抬头，直至今天人们对轮毂款式的追求达到极至。可以说轮毂的历史就是车辆发展的历史。随着高强度成型制造法的运用和加工技术的提高，轮毂设备开始向轻量化方向发展。甚至有人将设计推到轮毂可能的极限。。
, x- M* H0 `. ]& B" V铝轮毂是铝合金在汽车上第二个应用广泛的领域。因为质轻、散热性好并具有良好的外观：铝轮毂逐渐代替了钢轮毂。质轻降低了整车的质量，散热性好，可以及时将制动器的热量散发出去，以免出现制动热衰退，影响行车安全。在行驶时，飞驰的银钱、轻盈的脚步，显示出车路之间的和谐统一，给人以美的感受，进一步提高了车的品位，因此铝制轮毂已经大行其道，博得了市场青睐。铝合金轮毂有以下特点：
1、散热快、安全。由于轿车在高速行驶时，轮胎与地面摩擦会产生较高的温度，制动盘和制动片摩擦会产生较高的温度，在这样的高温作用下，轮胎和制动片均会加速磨损合老化，制动效率下降，轮胎气压升高，易造成爆胎和刹车失灵的事故。铝合金的传热系数比钢材大3倍，可将轮胎和制动盘上产生的热量迅速传导到空气中去，避免了轮子在高速运转下产生的种种弊病，从而增强了制动效能、提高了轮胎和制动盘的使用寿命、有效的保障了汽车的安全行驶。
3 Y1 j" u) X; m$ L9 U) E/ t     2、重量轻、节能。铝材比重比钢材小，平均每只铝合金车圈比钢质车圈要轻2公斤左右，一辆轿车以5只车轮（包括一只后备车轮）计算可减轻重量10公斤。减轻重量也就意味着节省燃料。
" f/ c2 T& b' ~2 B     3、舒适性好。铝合金车圈是精密的铸造件，精加工表面达到80％到90％，失圆度和不平衡很小，特别是铝合金的弹性模数较小，抗振性好，能减少行驶中的车身振动，提高了整车的舒适性。
  X' V" h( b' ~6 C  N     4、外观漂亮。铝合金车圈外表是经抗腐蚀处理再静电粉体涂装，它可以铸成各种花式外形，让人感到有一种美观、精致和豪华的感觉。有车族往往不惜重金更换自己中意的花式外形。
. I/ M1 h7 ~. N, h( T; r$ K     铝合金轮毂的规格包括宽度、直径和形状。例如某轿车的轮圈是6.5J×15，表示轮圈的轮辋边缘内宽是6.5 英寸，边缘高度是J级(17.27毫米)，“×”表示是深式轮辋，直径是15英寸，轮辋直径尺寸亦等于轮胎的内径尺寸。轮辋边缘高度分成J、D、K、E、L 等13种规格，其中J级在轿车的铝合金车圈中最常见。

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不错的资料，谢谢分享。

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