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低壓輪轂鍛造工藝流程
低壓鑄造工藝是現(xiàn)在各大鋁輪轂生產(chǎn)企業(yè)使用的主要生產(chǎn)工藝，它以諸多優(yōu)點(diǎn)為眾多廠家所普遍接受，而該工藝過程的核心部件——低壓鑄造模具的設(shè)計(jì)開發(fā)，則對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的效率，低成本生產(chǎn)有著至為重要的影響。 ?
1.低壓鑄造工藝影響鑄件性能的因素 ?
低壓鑄造工藝中，能夠?qū)﹁T件成型及合格率產(chǎn)生重要影響的因素包括： ?
(1)低壓模具合理的低壓模具設(shè)計(jì)，可使鑄造過程中的補(bǔ)縮通道暢通，產(chǎn)生良好、快速的順序凝固效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)端依次向冒口方向凝固，較大程度避免鑄造缺陷的產(chǎn)生，提高生產(chǎn)效率和效益。 ?
(2)低壓鑄造機(jī)低壓鑄造機(jī)是一個(gè)不可忽視的因素，好的低壓鑄造機(jī)可以在鑄造過程的各個(gè)階段按指定參數(shù)自動(dòng)控制，大大減少生產(chǎn)過程的不穩(wěn)定性，例如德國產(chǎn)GIMA機(jī)，就是例子。 ?
(3)模具表面涂層模具表面的涂層具有抵抗熱沖擊，便于起模，提高鑄件表面質(zhì)量等重要作用，模具表面噴涂涂層的種類、顆料大小、厚度，都將直接影響鑄件性能。 ?
(4)模具的初始溫度模具在上線生產(chǎn)前，均需預(yù)熱處理，一般模具預(yù)熱溫度達(dá)到400——450℃較為合適。模具溫度過低或過高，都會(huì)破壞合理的模具溫度場(chǎng)，致使鑄件難以成型或合格率低。 ?
(5)生產(chǎn)節(jié)拍所謂的生產(chǎn)節(jié)拍，是指生產(chǎn)一個(gè)鑄件所需的時(shí)間階段，這應(yīng)該是一個(gè)基本固定的循環(huán)過程，包括合模、升液、增壓、保壓、泄壓、降溫及開模取件，這個(gè)過程總的長(zhǎng)短及各分階段的時(shí)間分配，將在較大程度上影響模具的溫度場(chǎng)變化，從而影響鑄件的穩(wěn)定生產(chǎn)。 ?
(6)外界溫度外界溫度往往會(huì)隨著季節(jié)的更替出現(xiàn)變化，在開放的廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)，更容易受到外界溫度的干擾，使得在夏季可穩(wěn)定生產(chǎn)的工藝參數(shù)，到冬天則不再適用。 ?
(7)其他偶然因素這些因素包括模具出現(xiàn)夾鋁，使泄壓冷卻時(shí)間加長(zhǎng)，機(jī)器出現(xiàn)故障停機(jī)檢修，以及補(bǔ)噴涂料等。這些情況的發(fā)生均會(huì)對(duì)模具溫度產(chǎn)生影響，從面影響鑄件的正常生產(chǎn)。 ?
2.低壓模具的設(shè)計(jì) ?
合理的模具設(shè)計(jì)，是取得效率和效益重要的一環(huán)。低壓模具在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮模具的梯度、模具的壁厚、冷卻系統(tǒng)的分布等因素，還要考慮輪轂的造型特征對(duì)鑄造性能的影響，經(jīng)綜合分析，合理配置后，才能達(dá)到事半功倍的效果。 ?
(1)、模具梯度的確定在這里梯度是指模具輪輞型腔部分自上而下的由薄增厚的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)符合順序凝固要求?；舅械牡蛪耗＞叩臐裁翱诰_在輪轂的中部，由輪輻向四周補(bǔ)縮，由遠(yuǎn)端、薄處向冒口處順序凝固，越向冒口方向厚度越大，可以保證凝固時(shí)有較好的鋁液補(bǔ)縮通道。輪輞型腔尺寸由8.78mm、9.14mm、9.9mm到10.32mm逐步增大，即符合梯度要求。 ?
輪輞型腔的尺寸，在可以穩(wěn)定成形的基礎(chǔ)上，尺寸越小越好，這樣可以減少加工量，保留更多結(jié)晶組織致密的部分，防止因縮松、縮孔等缺陷而產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象，同時(shí)增加鋁液利用率，減輕毛坯重量。 ?
在確定輪輞厚度及梯度時(shí)，輪輞寬度是另一個(gè)需要考慮的因素，輪輞寬度大，則與冒口距離越遠(yuǎn)，越要考慮適當(dāng)增加輪輞壁厚與梯度。 ?
(2)、模具壁厚模具型腔由底模、頂模及邊模封閉而成，模具壁厚即指此三部分的厚度。 ?
在充型過程的初始階段，鑄件的散熱主要是熱傳導(dǎo)，即由模具本身吸收熱量，而吸熱量的多少，取決于模具的質(zhì)量(在模具溫升固定的前提下吸熱量與物質(zhì)質(zhì)量成正比)，模具升溫吸熱，鋁液降溫散熱，兩者達(dá)到熱平衡時(shí)，以傳導(dǎo)散熱為主的散熱方式基本停止。在這個(gè)階段，由于熱傳導(dǎo)散熱很快，而模具與鋁液間有較大溫差，鋁液在凝固時(shí)有激冷效果，此時(shí)在鑄件外表層凝固的組織致密，機(jī)械性能好。按此種狀況推斷，增大模具壁厚可以獲得相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的激冷效應(yīng)，因而獲得較大厚度的組織層。 ?
頂模及邊模成形車輪的輪輞，由于輪輞本身厚度較小，模具壁厚太厚可能會(huì)導(dǎo)致輪輞各處的冷熱不均，產(chǎn)生鑄造缺陷。因此頂、邊模厚度以保證模具強(qiáng)度為主，同時(shí)兼顧輪輞的成形因素，且按一般經(jīng)驗(yàn)，上模取壁厚25——30mm為宜，邊模取30mm左右為宜。 ?
底模與上模成形輪轂的輪輻部分，輪輻的強(qiáng)度對(duì)車輪來說至關(guān)重要，按照一般經(jīng)驗(yàn)，如果加大底模厚度，應(yīng)該可以獲得較深的激冷層，從而增強(qiáng)輪輻的機(jī)械性能。由此進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。選擇輪輻較寬、較厚的輪型，將底模厚度設(shè)計(jì)為45mm，共生產(chǎn)50件試件，鑄造過程中成形艱難，X射線檢測(cè)輪輻與輪輞相接處縮孔較大。在對(duì)50件進(jìn)行熱處理后，半成品力學(xué)性能未像預(yù)期的增大，與按常規(guī)壁厚生產(chǎn)的相似輪型基本持平。機(jī)加工后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)大量報(bào)廢，共漏氣27只，漏氣位置分布在輪輞的各部分，輪輻與輪輞相接處有較大渣孔。 ?
經(jīng)分析，過大的模具壁厚使筋條整體冷卻速度加快(底模吸熱量較大)，致使冒口向輪輞的補(bǔ)縮通道過早被阻塞，由于補(bǔ)縮不足而發(fā)生輪輻與輪輞相接處有較大縮孔，以及產(chǎn)生輪輞縮松缺陷而引發(fā)氣密性報(bào)廢嚴(yán)重的現(xiàn)象。 ?
在經(jīng)歷完以傳導(dǎo)散熱為主的散熱方式后，冷卻方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)流和輻射。由于底模過厚，對(duì)鋁液熱量向外散失不利，底模冷卻系統(tǒng)對(duì)鋁液的冷卻影響也相應(yīng)減弱，也就是說，在后來的冷卻過程中，外界冷卻因素因?qū)嗇瀮?nèi)部溫度場(chǎng)的影響減弱，從而對(duì)輪轂合理成型的控制相應(yīng)減弱，筋條部分在后來的冷卻過程中結(jié)晶出現(xiàn)粗大和偏析增大的趨勢(shì)，因而反而削弱了筋條的強(qiáng)度。 ?
因此，過大的底模厚度是不可取的，后將該模具底模壁厚減至25mm，上述問題基本解決。在選擇底模壁厚時(shí)，以考慮利于外界冷卻條件對(duì)內(nèi)部溫度場(chǎng)的控制為主，因此取底模壁厚一般在20——25mm為宜。 ?
(3)、冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)重要的位置，通過附加冷卻影響模具的溫度場(chǎng)，是后期控制達(dá)到順序凝固的關(guān)鍵因素。 ?
一般冷卻分為風(fēng)冷、水冷及風(fēng)水混冷三種方式。而無論哪種冷卻方式，都可以達(dá)到較好的冷卻目的。水冷方式冷卻速度快，可在一定程度上提高輪轂的機(jī)械性能，但需要解決冷卻管路由于頻繁的熱脹冷縮而產(chǎn)生的開裂問題，因此在管路焊接工藝上要求較高。 ?
風(fēng)冷是較為常用的冷卻方式，如圖2所示，冷卻風(fēng)管分為上模風(fēng)管、下模風(fēng)管及邊模風(fēng)管，在個(gè)別需要強(qiáng)冷卻的部位，可以鉆出風(fēng)管孔，將風(fēng)管通入到模具里，更為接近型腔，以便有好的冷卻效果。 ?
冷卻的關(guān)鍵是確定合適的冷卻位置、冷卻順序和冷卻強(qiáng)度，如圖2所示，對(duì)冷卻風(fēng)管的布置方位，底模冷卻風(fēng)管的布置原則是：正對(duì)筋條，集中冷卻輪轂法蘭盤及輪輻與輪輞相接處的熱節(jié)部位;上模風(fēng)管的布置與底模類似，而邊模則一般正對(duì)輪輻與輪輞相接處加風(fēng)管即可。冷卻順序和強(qiáng)度的控制即是對(duì)冷卻開啟先后和單位時(shí)間內(nèi)冷卻風(fēng)管的空氣流量的控制，決定著冷卻順序和單位時(shí)間內(nèi)帶走熱量程度的強(qiáng)弱。這對(duì)保證順序冷卻起著至關(guān)重要的作用，也是現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)整的大任務(wù)。 ?
對(duì)于如今較先進(jìn)的輪轂鑄造機(jī)械，可以對(duì)風(fēng)冷流量進(jìn)行準(zhǔn)確的自動(dòng)控制，因而可以保證工藝的穩(wěn)定性以保證產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。 ?
(4)、不同正面造型輪轂的模具設(shè)計(jì)概要不同的輪轂正面造型，會(huì)使輪輻的多少、寬窄、粗細(xì)等差別較大，因而整個(gè)鑄造過程的溫度場(chǎng)會(huì)有相當(dāng)大的差異，相應(yīng)在由澆冒口向輪輞及耳部補(bǔ)縮時(shí)也會(huì)有不同的效果。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)具體情況具體分析。 ?
是兩種典型的輪轂正面造型結(jié)構(gòu)。 ?
而在進(jìn)行這兩種結(jié)構(gòu)形式的輪轂的模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意： ?
一、結(jié)構(gòu)形式造型特點(diǎn)是：筋條數(shù)量多，筋條較細(xì)。對(duì)于鑄造工藝來說，這種結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)在于筋條易過早凝固，而使其他部位失去補(bǔ)縮通道，形成鑄造缺陷;筋條較細(xì)，在起模時(shí)也會(huì)由于其承力性較差而發(fā)生拉模(筋條變形嚴(yán)重)。為克服這些困難，在上模正對(duì)筋條部位挖槽，變相加大筋條的厚度(厚度加大部分機(jī)加工序去除)，減緩此處的冷卻速度，為補(bǔ)縮增加充分的時(shí)間。另外，也可以在底模正對(duì)筋條部位加裝巖棉保溫，或兩種方法同時(shí)使用，會(huì)起到較好的效果。對(duì)于起模拉模現(xiàn)像，在造型可接受的范圍內(nèi)大程度的增大拔模斜度至10°——12°，可在很大程度上保證起模的可靠性。 ?
二、結(jié)構(gòu)形式造型特點(diǎn)是：筋條寬大，筋條數(shù)量少。這種結(jié)構(gòu)從鑄造工藝性上來說，難點(diǎn)在于筋條自身的凝固可能會(huì)滯后于澆冒口，因而自身的補(bǔ)縮會(huì)有問題，導(dǎo)致筋條出現(xiàn)鑄造缺陷如縮松，縮孔等。且由于筋條凝固時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致結(jié)晶粗大，偏析嚴(yán)重，在熱處理后力學(xué)性能，特別是伸長(zhǎng)率較低。 ?
從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上克服這種困難效果不是太明顯，解決的方法主要調(diào)整后期的冷卻工藝，即通過對(duì)筋條的冷卻時(shí)間和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，為適應(yīng)這種調(diào)整，需將底模設(shè)計(jì)的厚度減小，一般不高于22mm，以利于外界冷卻因素對(duì)內(nèi)部溫度場(chǎng)的影響。 ?
3、關(guān)于影響低壓模具設(shè)計(jì)的前瞻性研究 ?
鑄造鋁合金輪轂低壓模具的設(shè)計(jì)，受到諸多因素的影響，而很多因素，是難于定量的進(jìn)行分析和控制的，比如不同的輪輞正面造型的影響。由于產(chǎn)品多樣化的需求，造型的種類以千數(shù)計(jì)，而我們也只能從宏觀上有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的設(shè)計(jì)方案，但往往由于細(xì)微的差別，會(huì)造成成型過程的很大不同。也正因此，設(shè)計(jì)的模具可能需經(jīng)多次的改動(dòng)，多次的驗(yàn)證，才能達(dá)到量產(chǎn)要求。這會(huì)延長(zhǎng)開發(fā)的周期，造成較大的浪費(fèi)。 ?
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在基于三維軟件平臺(tái)上進(jìn)行的二次開發(fā)，可以模擬鋁合金輪轂的鑄造過程，在確定了所有的外界條件參數(shù)后，模擬鋁液的充型、凝固，可以清晰的展現(xiàn)在相應(yīng)條件下生產(chǎn)，車輪毛坯可能出現(xiàn)的缺陷及相應(yīng)部位，為模具設(shè)計(jì)提供直關(guān)的參照，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)和優(yōu)化。這種“設(shè)計(jì)→模擬→改進(jìn)”的過程可以循環(huán)進(jìn)行，直至達(dá)到滿意的效果為止。
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