探析汽车铝合金轮毂低压铸造工艺研究

陈 鹤

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇岛 066011）

目前，可用于汽车铝合金轮毂生产的铸造工艺较多，低压铸造工艺以其自身所具备的诸多特点，获得业内的一致认可，很多生产厂家都将该工艺作为铝合金轮毂生产的主要工艺。为使该工艺得到大范围的推广应用，本文就汽车铝合金轮毂低压铸造工艺展开研究[1]。升液管中没有完全凝固的液体能够自行回流到坩埚当中，这部分液体可以重复使用，由此进一步提升收得率，实践表明，低压铸造工艺的收得率能够达到90%以上，这是其它铸造工艺无法比拟的。六是效率高。低压铸造可实现自动化生产，这在一定程度上提高了生产效率，减轻了工人的劳动强度。

1 低压铸造工艺及其特点分析

1.1 低压铸造

这是一种新型的铸造工艺，其基本原理如下：将用于铸造的铝合金液体装入具有良好密闭性的坩埚当中，并使液体始终保持在浇注温度，随后将压缩空气通入到液体表面，借此来使坩埚与型腔间形成压力差，处于坩埚内的液体在该低压的作用下，会从升液管上升，经由输液通道、铸型浇口后，被压入到与坩埚相连的模具当中，这样便可获得所需的铝合金铸件[2]。目前，国内有很多铝合金轮毂生产厂家采用的都是低压铸造工艺，铸造过程中使用的主要原材料为A356。

1.2 特点分析

大体上可将低压铸造的特点归纳为以下几个方面：一是纯净度更高。由于低压铸造工艺是以纯净的铝合金液体进行充型，由此大幅度提升铸件的纯净程度。在传统铸造工艺中，熔渣通常都是悬浮在金属液体的表面，而低压铸造中，铝合金液体是通过升液管进入模具，避免了熔渣随铝合金液体一并进入型腔的可能性。二是平稳性好[3]。在低压铸造中，铝合金液体的充型过程更加平稳，不但可以有效减少氧化渣的形成，而且还能防止液体充型时飞溅、冲击等现象的发生。三是成型效果好。在低压作用下对铝合金液体进行充型，能够大幅度提升液体本身的流动性，由此可使成型的铸件轮廓更加清晰，表面更为光洁。四是致密性高。铸件在低压作用下结晶凝固，可以获得较为充分的补缩，从而使获得的铸件组织更加致密。五是收得率高。低压铸造的过程中不需要冒口，

2 汽车铝合金轮毂低压铸造工艺要点

2.1 低压铸造准备

2.1.1 保温炉准备

对保温炉进行使用之前，应当对其进行升温烘烤，升温过程应当分阶段进行。如果保温炉是以耐火材料制成，在对其进行低温烘烤时，温度应当控制在150℃～300℃，烘烤时间应当不少于7d，在加入铝合金液体之前，应将保温炉加热至680℃～750℃。同时，应向炉膛内的残渣全部清除，确保炉膛清洁，开机前应对保温炉的密封性能进行检查，看有无漏气现象。

2.1.2 升液管准备

在铝合金轮毂低压铸造工艺中，升液管是铝合金液体的充型和铸件的补缩通道，如果使用的是新的升液管则应当检查看是否有漏点，并用天然气枪将之加热到200℃～300℃，然后才能放入到低压机保温炉当中。升液管的直径应当略大于模具浇口的直径，这样可获得良好的补缩效果。

2.1.3 模具预热

模具应当在喷好涂料后进行组装，并在浇注前进行预热处理，预热温度控制在300℃左右。可用叉车将模具运至机台进行安装，紧固之后，应当对上下模与侧模的间隙进行检查，看是否符合规定要求。随后用环状烤模器对模具进行加热，烤模时间可以控制在20min～40min左右，模具的温度可按照铝合金轮毂的要求进行确定，通常情况下应当达到400℃。

2.1.4 烤浇注口

当模具烤好后，还应烤浇注口，时间控制在5min～10min左右，这是一道较为重要的工序，除要在铸造开始前进行之外，当铸造中因故停机，在恢复生产前，也应进行烧浇注口，以免造成浇注口堵塞的情况发生。

2.1.5 控制铝合金液体

在开机铸造前，应当对保温炉内的铝合金液体的化学成分进行检查，借此来掌握铝合金的含气量，浇注时铝合金液体的温度应当控制在680℃～710℃这一范围之内。在铝合金轮毂低压铸造中，可遵循如下原则对浇注温度进行确定：以确保铸件成型为前提，浇注温度越低越好。虽然浇注温度高对于轮辋的成形较为有利，但却会导致轮辐的热节缩松倾向增大，由此会使轮毂的机械性能有所降低。

2.2 低压铸造液面加压

2.2.1 充型段压力控制

铝合金轮毂的外形为圆形，其上存在面积较大且壁厚较薄的轮辋和壁厚较厚的轮辐，因轮毂的正偏距要大于负偏距，所以其重量多数在集中在下部，铝合金液体从浇注口出来开始充型需要一段较长的时间，此时的液面上升较小，与炉膛的压差越来越大，流速也会变得越来越快，为确保充型的平稳性，要保证流量恒定。充型段的速度可按照轮毂的特点进行确定，要保证速度适中，既不可过快，也不宜过慢。

2.2.2 铸件冷却

铝合金轮毂铸件的冷却时间应当从增压结束开始，可先从轮毂的轮缘上端进行吹风，然后是热节。轮辐则应先保温再冷却，最后对轮盘中心的浇口进行冷却。

2.3 缺陷的成因及处理

2.3.1 疏松

在低压铸造的过程中，由于以下原因会导致铝合金轮毂出现疏松的的情况：铸件局部的热节过大、未在压力作用下结晶、加入过多的涂料导致局部出现堆积的现象、排气系统设置的不合理等。对于此类缺陷，可以采取如下措施加以解决处理：对铸造模具进行设计的过程中，应当防止铸件的热节过大；铸造时，可通过对模具温度场的控制，为顺序凝固创造条件，借此来增强结晶压力；可对浇注及铸型温度进行适当提升；要确保涂料均匀；提高模具的排气效果。

2.3.2 缩孔

低压铸造时，导致缩孔的原因主要有以下几个方面：铝液的温度过高、轮毂壁过厚、结晶压力过小、浇注速度慢等。对于此类缺陷，可采取如下措施进行解决处理：在现有的基础上降低浇注温度；对铸型的温度场进行调整，为顺序凝固创造有利的条件；对铸件的结构进行优化改进，借此来减小热节；进一步加快充填速度，达到快速增压的目的。

3 结语

综上所述，低压铸造工艺之所以在铝合金铸件生产中得到广泛应用，与其自身所具备的诸多特点有着密不可分的关联，在具体应用时，为提高铸件的质量，应做好准备工作，还应对充型段的压力进行有效控制。

[1]侯立群,李素梅,卫志刚,陈东高,王旭东．铝合金轮毂冲压焊接工艺研究[J]．兵器材料科学与工程,2016(10)：109-110．

[2]宁轩．7A04高强铝合金轮毂半固态锻造工艺在汽车制造中的应用[J]．世界有色金属,2016(9)：89-90．

[3]周鹏．铝合金轮毂低压铸造模具热变形补偿技术研究及应用[J]．燕山大学,2015．