铝合金轮毂金属型重力铸造模具不同冷却方案的利与弊

段述兰 刘东华

【摘要】铸造铝合金轮毂的内部质量及力学性能，与铸造模具的冷却方式有着密切的联系，相同的模具结构，使用不能的冷却方案，得到的结果往往相差很远，本文中我们分别对目前国内大多数轮毂厂的模具冷却方式进行分析对比，让大家了解到铸造模具不同冷却方案的利与弊。

【关键词】铝合金铸造；模具； 冷却方案。

中国大陆地区铝合金轮毂的制造技术是多种多样的，目前主要采用的方式有金属型重力铸造、金属型低压铸造、锻旋三种生产工艺。由于使用金属型重力铸造方式生产铝合金轮毂，铸造投资少、生产周期短而被普遍采用，在铝合金轮毂的制造过程中， 轮毂质量基本上决定于轮毂铸件毛坯的质量，而铸件的内部质量及力学性能，与铸造模具的冷却方式有着密切的联系，根据在南海安驰铝合金车轮有限公司工作过程中的经验，本文重点是讲述铝合金轮毂金属型重力模具不同冷却方式进行分析对比，让大家了解到铸造模具不同冷却方案的利与弊，目前国内重力铸造模具的冷却方式主要有4种，即风冷却、水环冷却 、喷水冷却、水风混合冷却。

在介绍以上四种冷却方式之前，先对模具的结构和材质进行一个介绍，重力金属型铸造模具主要有以下5部分组成：上模、下模、下模座、侧模、模芯（安装在上模），具体见下图：

一般存在冷却系统的部件和位置为：上模的浇口附近；下模的分流锥、轮盘、轮辐热节、边浇口下方；侧模的浇口两侧。由于上模和侧模的冷卻部位受工作条件限制，一般都采用风冷却，在此不详细介绍，下面主要对比下模的冷却方式进行分析对比。

为了确保模具的使用寿命和质量，需要对模具各部件的材质进行选择，上模材质为35CrMo钢，下模材质为H13（4Cr5MoSiV1），侧模和下模座材质为 QT500-7，

一、金属型重力铸造模具不同冷却方案的利与弊：

（一）风冷却。

钻孔风冷却方案，主要是针对多轮辐，安装盘直径较小的铸件模具来使用的，其优点是可以对点冷却，针对性对铸件的厚大部位进行冷却，确保铸件的凝固顺序符合铸造工艺要求。缺点是使用成本比较高，需要使用空气压缩机生产压缩空气来冷却，气压需要确保在0.3MPa≤P≤0.6 MPa之间，同时，冷却相对比较温和，铸件凝固过程温度较高，晶粒比水冷却方式的粗大，力学性能比水冷却的较差一些。

（二）水环冷却。

水环冷却方案，主要是针对安装盘直径较大，较厚，正面轮辋较深的铸件模具来使用的，正面轮辋较深的铸件模具轮盘需要重点冷却，正面轮辋对应的下模部位需要保温处理，使用水环冷却方案可以对指定的下模区域范围进行冷却，针对性对铸件的轮盘、厚大部位进行冷却，确保铸件的凝固顺序符合铸造工艺要求，同时，不会对正面轮辋产生负面影响，但这种方案也有缺点，1、水环和下模贴紧冷却面平面度要求较高，造成模具制作成本比较高 ；2、水环和下模都存在热胀冷缩的问题，多次投入生产后，水环和下模都会产生一定的变形量，使水环和下模需冷却部位没有紧贴，导致冷却失效，因此每次投产前的模具准备都要重点检查和紧固安装螺栓，水环冷却的强度在风冷却和水冷却之间，铸件的晶粒比风冷却的较小、较好。

（三）喷水冷却。

水冷却方案，主要是针对安装盘直径较大，较厚，轮辐较大、较厚且是涂装亮面、全亮面或抛光电镀的铸件模具来使用的，这种冷却方案成本较低，冷却水可以回收重复使用。使用直喷水冷却，可以针对性对铸件的轮盘、厚大部位进行激冷，减少铸件表层出现针孔或轻微缩松的风险，同时，激冷是铸件凝固速度加快，铸件晶粒较小，力学性能比风冷却和水环冷却好很多。但这种方案也有缺点，1、水冷却比较激烈，冷却时不能像风冷却那样钻孔，对点冷却，对模具的使用寿命有较大影响，下模喷水冷却部位的厚度不能少于45mm，以免因为太薄造成下模开裂；2、冷却水激冷的范围比较大，轮盘较小、轮辐数较多或轮辐较小的模具不能使用这种冷却方式，以免由于激冷过度，造成铸件补缩困难，轮辐热节缩松、漏气严重。

二、 小结

不同的模具冷却方式，各有优点和缺点，需要根据模具的结构来选用合适的冷却方式，这样才能确保铸件的铸造过程符合铸造工艺要求，获得较好的铸件质量和力学性能。