摘要：针对铝合金轮毂低压铸造，铸件的加工面容易产生表面热收缩，进而涂装后外观上产生气孔，造成产品报废的问题，对低压铸造模具的冷却方式进行了研究。结果表明，通过改变模具下模的冷却方式以保证铸件表面的顺序凝固，从而消除工件表面热收缩现象，大幅提高了铸造的合格率。
关键词：铝合金轮毂；低压铸造
引言
在铝合金轮毂进行低压铸造时，铝合金的表面由于受热产生热收缩，即变形，热收缩后就会产生气泡，造成成品的报废。这种情况给轮毂铸造工厂带来很大的损失，严重影响工厂的经济效益，所以必须认真研究解决这一问题。经过研究，发现改变模具的冷却方式，可以使铸件表面按顺序冷却，从而减轻瞬间冷却带来的弊端，不再产生气孔，实现铸件表面光滑，使产品合格。
1铝合金轮毂的优势
许多人开车开到一段时间以后，就会对汽车进行改装，尤其轮毂的改装最为常见，将原有的轮毂改造成铝合金轮毂后，不仅使汽车更加美观，而且驾驶的感觉更为舒适。这是因为相对于其他金属，铝合金运用在轮毂上的优势非常多。从元素上看铝合金是以铝为基体元素，再加入一种或多种合金元素组成的合金。铝最大的优点就是密度较小，大约只有铁的0.33，铁的熔点比铝的熔点要高很多，铝的熔点只有六百六十摄氏度，由于铝的性质偏软所以不能直接做刚性材料，所以需要加入其他金属弥补它的缺陷，所以铝合金就应运而生了。铝合金既保留了铝的优点，不易腐蚀，质量轻等，又让其具有以下一些优势：强度高，其性能不亚于优质钢材料，可塑性好，导电性好，有着非常强的再加工特性、另外铝合金还拥有非常好的导电导热性。这些优势让铝合金逐步成为了汽车，航天等工业不可替代的金属材料。铝合金轮毂的优势主要包括：1）重量轻。铝合金轮毂轻巧，比起同尺寸的钢轮毂，其质量要轻出两千克，这样的质量差异使得铝合金轮毂的惯性和阻力都会有所减小，汽车的驾驶更加方便，减少驾驶员的疲惫之感，还会减少油耗。2）精度和强度更高。铝合金轮毂的精度与强度比钢轮毂要高出许多，这是由于其铸造工艺特点决定，而且抗震性能良好，车轮会因此减少来自路面的冲击，减少驾驶员的疲惫感，即使路况很差，也不会很颠簸。3）散热好。由于铝合金的传热系统优于钢，因此，汽车在行驶的过程中所产生的热量会通过铝合金轮毂以最快的速度传递出去，减少热量对汽车部件和性能的影响与危害。
2铝合金轮毂低压铸造的冷却方法探索
在实际生产过程中，低压模具是从轮毂的中心部位充型，铝合金溶液经过轮辐，流向轮辋，充满整个轮毂，从轮辐的外侧向中心冷却，我们一般把这种冷却的方法叫顺序冷却。实际上浇注系统的通道就是轮辐，要想填满整个轮毂就必须经过轮辐，所以轮毂的顺序凝固异常重要。下面进行说明，冷却方式的不同对铸造的不同影响。
冷却模具分为顶模和底模，在底模设置了六道冷却风管，风管的一端是浇口的部位，另外的五根风管负责冷却轮辐部分。这种模具冷却的是汽车轮毂表面，再加上轮辐较宽，为了保证冷却的质量，尽量进行顺序冷却，所以冷却风管排列的都比较的紧密，但是中间也要有一定间隔。为了能使轮毂较快降温，我们把风管上的风爪与冷却风孔进行对应。轮毂的周边环境温度是由内到外温度由强变弱，在这种情况下，铝合金溶液就会向冷却风孔的对应点收缩，我们一般称为顺序补缩，根据这一原理，就会使其余表面铝合金溶液发生偏移，造成冷缩的现象，这样的点冷却就会造成铸件的表面冷热不均，从而形成凹凸不平的花斑，这种冷却的方法使得铸造出来的毛坯合格率低，从而使得生产的成本大幅度提高，所以一般企业不会考虑使用这种方式进行生产，要对这种方式进行改进。
改进方式如下，对应轮辐底模的位置镶块，用最外侧的底大环风管通风，从外向中心进行冷却，这样冷却的强度逐渐减弱而不是增强，这种模具的制造方式符合了铸造顺序凝固的理论，具有了很强的操作性。根据实际生产统计数据表明，对二百件铸造的产品进行跟踪调查，发现表面没有明显的热缩状况，轮辐正面进行加工后，白斑不存在。用这种方式进行生产的铸件的合格率达到了96％以上，生产的成本大大降低，企业的生产效率大大提高，这种方式进行冷却的产品表面进行涂装后没有出现气孔的现象。
通过对以上的分析，我们应该对模具的冷却方式进行改进，研究表明把点冷改为面冷是不错的选择，面冷的功能是能使辐条的正面冷却相对均匀，很少出现局部过冷的状况。这种模具的冷却方式，具有一定的优势，它使得模具浇口旁边的冒口风得到了保留，这种装置取消了原来的轮盘风、轮辐风，用一个冷却镶块取代了外轮缘的风管。冷却镶块对应的是底模轮辐的背部，对镶块与底模背腔之间的缝隙通入底大环风，使此封闭空间进行冷却，为了实现从底模外侧向内侧进行顺序冷却，冷却风要从底模外侧向中心流动，这样的顺序冷却就是面冷却。为了防止通风过程中，风流量泄漏减弱，会在底模背腔相应位置挖槽，使镶块贴合的更加严密。这种冷却的方式与前面方案的单点冷却具有明显的不同点。
3低压模具的具体改进
本文以图1所示的产品对车亮面轮毂低压模具冷却方式加以具体说明，研究改变冷却方式对铸造的不同影响。图2为原低压模具示意图。
图1铝轮加工面
图2原低压模具示意图
原设计模具底模有共计6道冷却风管，风管6（冒口风），7（冒口外环风）是冷却浇口的部位。风管7（冒口风外环风），8（轮盘风），9（轮辐风），10（底大环风），16（轮辐外环风）共5道风管冷却轮辐部位。因为此轮型本身轮辐较宽又是精车亮面的，为保证冷却强度和顺序凝固冷却方式，所以冷却风管排的很密。图3为风管的实物照片。
从图3中发现，风管由内到外排布，每一环中间会有一定的间隔，且风管上的风爪和冷却排孔对应下模轮辐背腔一个固定的点吹风冷却，这样冷却的结果是风孔对应的点温度迅速降低，而其周边由内及外冷却强度由强到弱，根据顺序补缩原理是周边的铝液向冷却风孔对应点补缩，这样就会造成原理冷却点的位置出现表面缩松。这样的点冷却就会造成铸件表面冷热不均形成表面花斑产品合格率低。
图3冷却风管实物图
通过分析，决定把模具冷却方式点冷改为面冷，使整个辐条正面冷却相对均匀，不要出现局部过冷的情况。图4为修改过以后的模具装配示意图。
图4修改后模具装配示意图
修改后的模具冷却方式，保留下模浇口旁边的风管6，7。取消了风管8，9，16，取而代之的是一个冷却镶块。冷却镶块对应下模轮辐的背腔，风管10对应辐条下面和镶块之间冷却，冷却风从下模外侧向中心流动可以实现对下模背腔的从外到内顺序凝固和面冷却。从而区别于以前方案的单点冷却。参见镶块结构示意图5。
模具冷却方式修改以后，冷却风管10对应辐条处镶块和下模背腔间隙，从外侧向中心吹风冷却，整个轮辐得到均匀的冷却，并且冷风从外侧到中心，冷却强度逐渐减弱，也符合了铸造顺序凝固的原理。上机生产，连续跟踪200件铸件表面无明显的热缩情况，辐条正面加工后白斑消失。涂装后合格率达到96%以上，生产效率得到提升。以前表面涂装后鼓泡的情况再也没出现。
图5镶块结构示意图
结束语
对于表面状态精车亮面的轮毂，低压铸造模具可以通过面冷的方式有效地解决轮毂表面热收缩不均，涂装后鼓包的问题。面冷可以实现铸件轮辐顺序凝固保证铸件质量，提高铸造效率。
参考文献
[1]朱利民.汽车铝轮毂设备的选型[J].现代零部件，2011(6)：46-50.
[2]许豪劲，万里，吴克亦，吴树森.连续式低压铸造技术的研究与开发[J].特种铸造及有色合金，2013（01）.
论文作者:宋晨,赵欢阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
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