汽車鋁合金輪轂鑄造技術之研究

王長軍，曾凡偉

(成都銀河動力有限公司,四川 成都 610000)

輪轂是汽車的重要組成部分，其質量的安全性、制造工藝的精良程度等，將直接影響輪轂的性能以及汽車的安全性能。因此，工藝技術不斷發展至今，從原有的重力鑄造逐漸發展出低壓鑄造、鍛造等水平越來越高的技術手段，對汽車制造業發展產生更加積極的推動作用。輪轂是汽車重要的承重結構，在力學作用下，其結構品質的好與壞將直接影響汽車的安全性、經濟性。出于此等考慮，輪轂鑄造技術在不斷的發展、演變，至今鋁合金、鎂合金等材質輪轂相繼被研發成功，且都具有一定的優異性能體現。尤其是鋁合金輪轂其性能條件更佳，本文也主要對鋁合金輪轂鑄造進行深入分析，為該技術有效應用提供支持。

1 汽車鋁合金輪轂鑄造技術概論

汽車鋁合金輪轂鑄造技術在近些年得到廣泛應用，現就該技術的應用原理、類型、鑄造流程及應用優勢等內容進行較為詳細的敘述，以便更好地了解該技術，為推動技術發展奠定基礎。

1.1 技術應用原理

汽車輪轂構成主要與兩點有關，一是需要與車體連接，二是需要與車胎連接。車體連接部分車軸、車輪，需要考慮輪輻及偏距的問題。車胎連接部分則設計槽底、胎圈座以及氣門孔等，起到支撐輪胎的作用。具體鑄造過程中，需要充分考慮鑄造需求以及當前的實際鑄造條件等，合理選擇適當的鑄造流程，如重力鑄造、低壓鑄造、鍛造等，尤其考慮輪轂對輪胎穩定性影響，特別強調在眾多技術選擇的情況下，要格外注意加強擠壓鑄造成型、鍛造法應用。

除此之外，在技術應用流程方面，應注意對鑄造材料、各參數設置以及加熱處理，這些都是輪轂鑄造過程中，影響鑄造質量的關鍵，需要予以有效保障。

1.2 汽車鋁合金輪轂特點

汽車鋁合金輪轂的特點具體可以從兩方面進行詳細敘述，一是優點方面：鋁合金輪轂質量輕，行駛過程中，能夠降低汽車能源消耗，降低環境污染；鋁合金輪轂導熱性能較弱，不會因汽車制動產熱、導熱致使爆胎情況出現，降低安全事故發生的可能性；鋁合金輪轂可以在與子午線輪胎相配合的情況下，進一步降低汽車振動、緩沖帶來的影響，整體提升汽車舒適度；該材質工藝的輪轂具有較好的流動性、張力特點，經過拋光后，其外形更加美觀，尤其是其表面在抗腐蝕處理技術支持下，外觀保持時效較長。二是缺點方面：鋁合金輪轂相對鋼制輪轂硬度低，生產、使用過程中容易出現砂眼、裂紋情況，影響其安全性能；鋁合金輪轂價格較高，且若在無內胎汽車制造中使用，容易導致內氣不足問題產生。整體來看，鋁合金輪轂的適用性加強，這也是其于當前的市場環境中較為廣泛被應用的原因。

1.3 鑄造流程

鋁合金輪轂制造過程中，主要由以下幾個步驟完成：第一步，需要分析鑄造工藝，具體分析過程應該結合鑄造需求及現有條件進行，繪制圖紙、設計磨具等，還需在確定好鑄造工藝的基礎上，對構建參數進行合理設置；第二步，需要依據設計圖紙等，完成澆筑、加熱處理等工作，待澆筑完成后，檢查鑄件、試加工、修正磨具、試生產等，以全面評審形成工藝文件；最后對整個鑄造過程進行總結，將所涉及的文件進行歸檔[1]。

1.4 技術類型

現階段，最主要的鋁合金輪轂鑄造技術有重力鑄造、低壓鑄造以及鍛造等，下面內容中就重力、低壓以及鍛造進行詳細敘述，以進一步明確相關內容，為后續關鍵技術、質量控制建議提出等，奠定基礎。

1.4.1 重力鑄造

重力鑄造是一種傳統鑄造技術，“金屬液在地球重力作用下注入鑄型”，具體包括砂型澆鑄、熔模鑄造以及金屬型澆鑄等。其中金屬型澆鑄是汽車鋁合金輪轂鑄造的主要方式，也是窄義理解上的重力鑄造。

1.4.2 低壓鑄造

低壓鑄造是當前最為常用也是最為常見的一種新型鑄造技術，將鑄型置于密封坩堝上方，其內通入壓縮空氣，于熔融金屬表面造成低壓力(約為0.06兆帕-0.15兆帕)，以使其能夠由升液管至輪轂型腔、控制凝固。之后去除空氣壓力，澆口套處或者升液管內剩余的鋁合金熔液會再次流回坩堝。待其坯件徹底冷卻，使鑄型上模與下模脫離并上升至指定高度，將其取出。對于施加的空氣壓力，需要在提前設定好相應參數的情況下進行，以保證輪轂微觀結構密度，具有較好的力學性能，此法可以很大程度節省材料，降低廢品率。

鋁合金輪轂低壓鑄造模具結構需要注意澆注系統設計，以免合金熔液氧化產生氧化夾渣或者鉆孔缺陷。如依據輪轂中心孔及對稱薄壁壓鑄件等特點，適當選擇中心澆口方式。除此之外，還要注意排氣系統、冷卻系統以及頂出機構的設計，由于型腔為封閉式，沖型時的排氣問題不可忽視，以免影響鋁液沖型。而冷卻系統的設計則需要注意上模分流錐、安裝盤等位置以及輪輞、輪輻連接的地方，均需要設置水冷管，以達到迅速冷卻鋁液的目的。

待輪轂模具成型后，需要對模具表面做抗腐蝕處理，如壓鑄模具鋼H13，運用了淬火、回火以及滲氮處理等后，其耐鋁液腐蝕性不強，而在其表面制備了陶瓷涂層后，明顯改善了其耐腐蝕性，整體提高了模具的使用壽命。

1.4.3 鍛造

鍛造是目前輪轂鑄造技術水平最高的工藝類型，一般利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其塑性變形具備機械性能、相應形狀及尺寸，最終形成鍛件。雖然鍛造工藝具有較好的鑄造效果，如優化微觀組織結構、保存金屬流線等，但是該工藝技術所需生產設備精良程度要求較高，且成品率相對較低，制造成本高，目前除一些高端車型會運用此法鍛造輪轂外，普遍采用最多的還是低壓鑄造方法，相對成本低、性能優良，且制作過程簡單[2]。

1.5 應用優勢

相較于其他材質的輪轂鑄造技術，鋁合金輪轂鑄造主要具有以下幾點優勢：首先是節能、簡便優勢體現，這與鋁型材的材質特點有直接關系，其本身重量較輕，能夠在減輕車身重量的前提下，對汽車制動過程產生積極影響，降低能量消耗、提高加速性能，且對環境的污染降低。其次具有性能優良優勢體現，在實現與輪胎的高精度分離的情況下，表現出較好的減震性能，且具備良好的散熱性能，可以有效避免行駛高溫引起爆胎問題，整體表現出良好的舒適體驗。

1.6 應用必要性分析

在當前社會發展中，隨著生活水平、生活質量的逐步提升，人們對日常生活、出行等更加注重品質享受。而且綠色環保意識逐漸增強，在尋找適當材料滿足以上舒適體驗需求以及環保性需求的過程中，鋁合金輪轂鑄造技術被研發并被廣泛應用起來，以其特有的輕便、環保以及美觀、減震延長汽車使用壽命等優勢特征，成功征服消費者，搶占了絕大部分汽車輪轂鑄造市場[3]。

中共預備黨員的確定是通過入黨預審答辯，答辯的主要流程有五點：第一，知我陳述，自我陳述共分為三個部分，包括“一名黨員一面旗幟”即主要陳述對黨員基本要求的理解以及自己入黨后努力方向；“三個體現”即體現水平、體現奉獻、體現覺悟，陳述入黨前的表現；“三自精神”即自我認同、自我警示、自我發展，陳述對黨員要求的理解。第二，知識考察，答辯人將現場回答黨的基本知識相關問題。第三，提問與答辯，答辯委員將針對入黨積極分子的理論知識，陳述內容等提出問題，由答辯人當場做答。第四，民主測評，在場相關人員將無記名投票形式，對答辯人進行民主測評。第五，委員表決，在場答辯委員經過會商后無記名投票表決，并做相應點評。

2 汽車鋁合金輪轂鑄造關鍵技術

汽車鋁合金輪轂鑄造關鍵技術，主要可以從其鑄造流程角度出發，對關鍵性的環節進行介紹，以明確最終的應用情況，進一步推動技術發展，為汽車制造業提供更加可靠的保障。

2.1 強化保壓分析

保壓是具體鑄造工藝的重要階段，保壓時間長短取決于鑄件凝固狀態。若持續加壓已不能夠進一步起到凝固作用時，需要做卸壓處理。此時的時間長短則與型腔體積相關，通常情況下為固定值。沖型壓力加載一般線性，以進一步提高輪轂結構穩定性，提高成本率。而由于一些鑄件形狀復雜，實際鑄造而成的輪轂，質量未能達到預期標準，且成品率也﹤70%。因此，為切實保證能夠提高鑄件生產質量及成品率，還需進一步對保壓過程進行分析，在確保電流穩定的情況下，強化對溫度場及流場的分析，完善工藝相關流程。

2.2 關鍵材料、鋁合金參數

鋁合金鑄造最關鍵的材料即鋁型材，合理地選擇鋁型材，并確定最終的合金配比參數，能夠在很大程度上保證后續鑄造質量。具體還需要明確鑄造方式，在方式確定基礎上，按照相應流程，完成參數設計、型材選擇以及加工鑄造。鑄造主材及輔材配比應該科學，以材料清單的方式將其完全呈現出來，為中和鋁型材的軟性基礎，通常會選擇硬度高的合金輔材，如鎂(Mg)、銅(Cu)或者鋅(Zn)等，具體還需依據各金屬材質的實際性能優勢而定。過程中，檢驗鋁合金化學成分、元素形態等，以合理優化合金配比，保證鋁合金輪轂的強度、力學性能。

2.3 鑄件澆鑄

鑄件澆鑄是最為關鍵的環節之一，應該明確鑄件尺寸標準、選取正確澆鑄方法。如16寸鋁合金輪轂鑄造過程中，需要依據國家相關規定，以HB963中Ⅲ類標準來選擇，零件驗收標準按照Ⅱ類進行，最終的輪轂尺寸驗收應該以CT12級標準進行。澆鑄方法需依據各鑄造工藝進行合理比較，如重力鑄造、低壓鑄造以及鍛造等技術對澆鑄的要求不同，具體還需結合實際的工藝選擇而定。

2.4 澆鑄尺寸

鋁合金輪轂的澆鑄尺寸確定非常關鍵，具體包括確定、加工制作模型尺寸，型腔尺寸、壁厚以及排氣系統等。鋁合金輪轂鑄造模分為上、下以及側模三部分，通常情況下，上、下模采用熱作模具鋼，側模則選擇型號為35CrMo或者是QT400模具鋼。型腔尺寸需要依據加工余量、冷卻順序確定，型腔上部厚度要合理，上下部增厚偏差應小于1毫米。鑄件壁厚是把控冷卻強度的關鍵，如最后的冷卻部位應為中間鑄口部位，該部分為最薄的輪轂邊緣部件，能夠起到良好的冷卻凝固作用。在排氣系統設計方面，最應注意的是排氣槽、排氣塞質量，模芯周圍應設置V型的排氣槽，深度約為0.9毫米左右(上下偏差不超過0.1毫米)，間距需控制在5毫米以內。模芯組件、分流錐等的設計應該注重科學性，排氣槽可增設0.4毫米，推桿間隙設置在0.1毫米-0.2毫米之間，以保證能夠合理配合排氣塞工作，保證排氣效果、有序澆鑄[4]。

2.5 加熱處理

在實際進行鋁合金加熱處理時，需要依據合金材料特性，對其變形原因進行有效分析，方便采取更加具有針對性的措施，防止淬火變形問題產生，提高鑄造質量。對加熱處理的工序進行有效分析，以保證其科學性、有效性。首先注意固溶溫度，保證后續工序的順利開展。其次把控合金成本，對固溶溫度進行有效把控(一般保持在535℃上下)，最大限度保持合金性能，避免高溫引起氧化反應。最后，淬火時間的把控最為關鍵，一般保持在30秒左右，能夠避免溫度低導致合金縮變問題產生。淬火水溫應控制在60℃左右，以保證材料結構、性能，保證合金質量。

3 汽車鋁合金輪轂鑄造質量控制

汽車鋁合金輪轂鑄造過程中，最重要的是質量控制問題，在對輪轂鑄造的原理、必要性以及輪轂特點、鑄造關鍵技術等，進行了較為詳細的了解后，現就鑄造質量控制問題，給出以下幾點可行性建議，以確保最終的鋁合金輪轂鑄造質量能夠滿足汽車生產質量需求，保證汽車制造業有序發展。

3.1 工藝質量控制

針對鑄造質量的控制，首先從環節質量控制角度出發，對鑄造各環節的質量把控問題進行明確。如采用低壓鑄造技術時，應該注意模具的制作過程，對干燥壓縮空氣的注入及保壓進行合理把握，冷卻管道的開啟順序、時間等都是影響模具質量的關鍵。除此之外，對于模具具備溫度的控制也極為關鍵，具體過程需要保證模具溫度穩定，以保證輪轂結構緊湊、內部組織緊密。具體可在冷卻通道通入冷卻介質，如水、水霧等，控制其流量及開啟、保持時間。進一步驗證冷卻效果時，可以在模具不同位置設置熱電偶，監控溫度變化情況。

若選擇旋壓鑄造工藝，則需要注意旋轉運動、擠壓作用的控制。常用的方法有板坯劈開式旋壓、管材輪輞旋壓以及預鑄件毛坯強力旋壓。具體鑄造過程中，需要對預鑄件毛坯做預加熱處理，提升旋壓效率、保障產品質量。注意旋壓前保證毛坯表面清潔、光滑且無飛邊，或可通過預車加工保證表面清潔程度。旋壓過程中，需對輪輞形狀做切片確認，保證后道機加工尺寸。注意保證輪輞質量，避免產生較大缺陷，影響最終的成品。

3.2 因素控制

影響鋁合金輪轂質量的因素有很多，其中最為關鍵的是技術工藝、人員技能、素質及鑄造設備、質量控制意識等。對于技術工藝的選擇，應該嚴格按照生產需求及可行性分析結果確定，以保證工藝選擇合理。而人員技能以及綜合素質方面，則需要對其進行專業培訓、合理選拔，并以適當的待遇提升留住人才，在其所具備傳統鑄造技術應用技能的基礎上，對其進行“再加工”培訓，使其能夠不斷提升自身的技術應用水平，確保技術應用質量。設備是鑄造技術的重要構成元素，專業設備支持下，技術效能才能得以實現，進一步更新設備、技術，對其進行集成化管理，以保證為鑄造過程提供保障。整個過程中以宣傳教育方式，不斷對人員進行質量控制宣貫，以提升其質量安全保障意識[5]。

4 結束語

綜上所述，鋁合金輪轂鑄造過程相對以往鋼制輪轂，其性能優異性非常明顯，無論是在安全穩定方面，還是在輕便程度上，都優于鋼制輪轂。汽車輪轂鑄造過程，需充分考慮其結構的支撐作用強弱，在力學分析基礎上，還要對鑄造材料、鑄造流程以及關鍵環節等進行嚴格把關，以確保最終的鑄造質量能夠滿足汽車行駛、安全穩定需求。具體還需從上述內容中提到的鑄造原理入手，結合目標需求導向，對鑄造過程進行嚴格把關，以需求促進技術發展，以技術水平提升帶動行業發展，使汽車制造業能夠在技術不斷推動下，向著節能、環保、可持續性發展目標不斷邁進。