铝合金车轮的低压铸造工艺与铸造缺陷分析

2011 届毕业项目参考文献1陈亭楠.现代企业文化M.北京：企业管理出版社，2003,25-31.2张云初，王清, 陈静. 让企业文化起来M. 深圳：海天出版社，2003,13-25.3侯大年.数字电子技术M.北京：电子工业出版社，2002,21-23.4李庆春.铸型形成理论基础M.北京：机械工业出版社，2001,39-53.5宫克强.特种铸造M.北京：机械工业出版社，2003,25-30.6王宵峰，王波，赵振伟.汽车车轮结构强度分析J.汽车研究，2002,(4):95-101.7高军.整体式锻造铝合金车轮及其发展J.汽车工艺与材料，2001,(5):15.8王祝堂.中国的再生铝工业J.中国资源综合利用，2002（9）：30-38.2011 届毕业项目辞 谢走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，随着本次毕业论文的完成，将要划下完美的句号。经过五个多月的构思与设计，在谢亚青老师的精心指导和安排下，本毕业论文已经完成。但是由于时间比较仓促，加上本人工作经验的不足。因此，在分析问题、解决问题时显得不够严密、完善，还需要正在以后的工作中不断完善。在临近毕业之际，我还要借此机会向给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，我相信这些所学知识在以后的工作中会得到应用的。这次毕业论文的完成，很感谢谢亚青老师，因为论文是在谢亚青老师的悉心指导下完成的，谢老师指引我毕业论文写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，她的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。还有衷心感谢我的班主任吴老师，在生活中给我很多关心和帮助，教育我们很多为人处事之道。这些都是在我以后的路中有很大帮助的。我还要感谢各位同学以及我的各位室友，在学校的这段时间里，你们给了我很多的帮助，在此我表示深深地感谢你们，是你们让我们的寝室充满快乐与温馨，愿我们以后的人生都可以充实、多彩与快乐、工作顺利。2011 届毕业项目第 1 页 共 18 页铝合金车轮的低压铸造工艺与铸造缺陷分析1 绪论江苏耀中铝汽车轮毂制造有限公司始建于2005年5月份，是生产铝合金轮毂的专业制造企业。公司坐落于风景秀丽的连云港灌云经济开发区，占地面积16.8万平方米，地处宁连高速灌云南出口，东临连云港大型港口，离港口仅半小时车程，地理位置优越，交通便捷，客户可以通过海、陆、空任何一种方式安全、舒适地到达。 “品质保证、交期准确”是公司一直以来的经营理念，经过两年来的发展，公司的实力不断壮大，目前拥有雇员450多人，并建立了一批优秀的管理、技术人才库。目前的生产能力达100万只轮毂。产品范围囊括13INCH-24INCH，产品性能符合美国的“SFI” 、日本“JWL” 、德国“TUV”等国际标准。工厂通过日本VIA试验室认证和ISO/TS16949国际品质体系认证，通过严格的过程监控，保证产品品质及客户的要求。铝合金车轮是汽车、摩托车“高速化”、“节能化”和“时装化”的产物。在汽车、摩托车几十种关键零部件中，可以说铝合金车轮是唯一能够替代进口，而且已向美国、欧洲、日本等发达国家出口的重要部件。再过几年，我国即将成为世界铝合金车轮第一产量大国。但是由于我国技术基础薄弱，从总体上看，距世界发达国家同行的技术水平尚有一定的差距，要成为世界铝合金车轮强国，铝合金车轮生产企业必须掌握最先进的车轮制造技术。写这篇毕业论文的目的，旨在总结现有的先进技术、反应当今世界最新科技成果，满足我国铝合金车轮高速发展的需要。着眼未来，我们将致力于创造最安全、舒适和精致的产品，日趋完善的服务，与新老客户携手合作，共创美好明天。2011 届毕业项目第 2 页 共 18 页2 铝合金车轮的低压铸造工艺2.1 铝合金车轮材料进年来，随着铝合金车轮产量的迅速提高和技术的日趋完善，适合于各种需要的车轮用铝合金得到了开发。目前铸造铝合金车轮已风靡世界，西欧国家如德国、意大利、法国、荷兰、比利时、卢森堡等国家主要采用以锑进行变质的Al-Si-Mg0.3（A356）合金和以锶为变质剂、不经过热处理、镁的质量分数在00.30%的Al-Sill合金。而美国、日本、中国、英国和意大利则主要采用需要经过热处理，用钠或锶进行变质处理的Al-Si7-Mg0.3（A356）合金。2.2 低压铸造的原理低压铸造是将铸型放在一个密闭的炉子上面，型腔的下面用一个管(叫升液管)和炉膛里的金属液相通。如果在炉膛中金属液面上加入带压力的空气，金属液会从升液管中流入型腔。待金属液凝固以后，将炉膛中的压缩空气释放，未凝固的金属从升液管中流回到炉中。控制流入炉膛空气的压力、速度,就可以控制金属流入型腔中的速度和压力，并能让金属在压力下结晶凝固，压力一般不超过1/。这种工艺特点是铸件在压力下结晶，组织致密，机械性能好；低压另一个特点就是用一个升液管将铸型直接和炉膛连通，在压力的作用下，直接浇注铸型，不用冒口，浇口也很小。所以金属的利用率高。2.3 低压铸造的工艺特点铝合金车轮低压铸造工艺一直在不断改善。在浇道方面，陶瓷升液管的应用，不但取消了升液管的加热器，而且增加了浇口的补缩效果，大大减少了浇口的堵塞；过滤网的应用，使铝液充型更加平稳，也减少了铸件的加渣缺陷；在模具温度控制方面，利用热电偶测量的模具温度反馈给控制系统，自动打开或关闭模具的风冷、水冷或水气复合冷装置，自动实现模具温度场的热平衡；在加压控制方面，通过PLC或计算机以及压力传感器和比例阀，精确地控制和重复再现加压参数。2011 届毕业项目第 3 页 共 18 页3 铝合金车轮低压铸造的工艺设计3.1 铝合金车轮铸件的工艺设计3.1.1 铸造位置的选择z汽车铝合金车轮的铸造位置几乎都选择装饰面放在下面，以保证装饰面的铸造质量，如图3-1所示。图3-1 汽车铝合金车轮的铸造位置（铸造面朝下）1-下模 2-侧模 3-上模确定铝合金车轮铸造位置的一般原则如下:(1)尽量以平面分型代替曲面分型。(2)尽量避免在机加工的定位基准上分型。(3)车轮的主要工作面或受力面朝下。(4)易于排气。(5)易于脱模，避免铸件卡在模具中。(6)尽量采用金属芯，避免使用砂芯。(7)尽量简化模具结构，便于制造。3.1.2 铝合金车轮铸造的加工余量铝合金车轮铸造时，通常按0.8-1.5 mm放置加工余量。3.1.3 铝合金车轮铸造的工艺余量为了保证铸件的顺序凝固，有时需放置工艺余量。3.1.4 铝合金车轮铸造的收缩量铝合金的线性收缩率并不等于逐渐的实际收缩率，因为铸件的收缩往往是受阻收缩。铸件越复杂，实际收缩率越小，而且长、宽、高三个方向的收缩率也不完全相同。铝合2011 届毕业项目第 4 页 共 18 页金车轮的径向实际收缩率为0.3%-0.45%，轴向实际收缩率为0.45%-0.55%。3.1.5 铝合金车轮铸造的圆角未注铸造圆角一般大于R1.5mm即可。3.1.6 铝合金车轮铸造的拔模斜度通常为5，根据实际情况可适当作调整。2011 届毕业项目第 5 页 共 18 页4 铝合金车轮低压铸造模具设计4.1 铸型壁厚的设计铸型（金属形）壁厚的厚薄，一方面影响铸型（金属形）的强度、刚度、质量以及寿命，另一方面影响铸型的蓄热量和铸件的冷却速度，因此铸型壁厚要综合考虑。铸型壁厚太厚，增加模具质量，造成材料浪费；铸型壁厚太薄，在交互的热应力作用下，铸型易变形，缩短模具寿命。铝合金车轮铸造，希望铸件能够快速冷却，获得细小的结晶组织，从而提高铸件的力学性能。虽然模具可以通过设置来调节铸件的冷却速度，但这毕竟是局部的调节，铸型的壁厚仍然是决定铸件冷却速度的主要因素。铝合金金属型设计，铸件壁厚的计算方法为： 型=(2.53) 件我用 QT500为侧模材料，用 H13锻钢为上、下模以及型芯材料，按上述公式设计铸型厚度，模具寿命超过 5万件。铸型对铸件冷却速度的影响主要取决于铸件的蓄热能力和铸型向周围空气的散热能力。蓄热能力与模具材料性质有关，散热能力受铸型与周围空气的接触面积影响，因此，铸型的壁厚既与模具材料有关，也受逐渐的壁厚、铸型的外廓尺寸影响，甚至受模具是否采取保温或冷却措施影响。4.2 型腔尺寸的设计型腔尺寸的设计，传统的方法只考虑金属液的线收缩率。随着技术的进步，模具制造精度的提高，以及对铸件少、无切屑的要求，在设计型腔尺寸时，除了考虑金属液的线收缩外，还需考虑模具材料的热膨胀系数以及涂料层的厚度。型腔尺寸的计算公式如下：D 型=D 件（1+k）h式中 D 型型腔尺寸；D 件铸件尺寸；k铸件实际线收缩率；h涂层厚度；4.3 配合公差针对铝合金车轮铸造模具而言（如导柱和导套、顶杆和顶杆孔等）应注意以下几点：2011 届毕业项目第 6 页 共 18 页(1)低压铸造模具装配后，上模和下模分型面的配合间隙、上模和侧模之间的配合间隙不应大于 0.1mm，否则容易出现飞边。(2)低压铸造模具，模芯与模具本体指尖的配合建议采用 H7/d8的间隙配合。模具受热后，模具本体和模芯的热膨胀是不一样的，往往模芯温度高于模具本体，即模芯的热膨胀较大，所以模芯和模具本体之间应有一定的配合间隙，但间隙太大时，模芯容易渗铝造成模芯腐蚀。如图 4-1所示。图 4-1 低压铸造模具示意图1-侧模 2-下模座 3-下模 4-浇口杯 5-浇口6-上模芯 7-上模 8-顶出 9-顶杆板2011 届毕业项目第 7 页 共 18 页5 铝合金车轮低压铸造的加工过程铝合金低压铸造工艺的第一步是模具准备工作,内容包括模具的检查、喷砂、喷涂料、预热、模具的上下机等。5.1模具检查下达模具的生产编号以后，要检查模具的组装配合尺寸，特别是耀中铝车轮厂，千套模具，很多共用模架，特别容易张冠李戴。还须检查产品编号、模具编号、侧模、模芯的偏距，刻字等是否和图纸、参数表、生产计划一致。5.2 模具喷砂喷砂前，将模具的顶杆复位，模具应无油污脏物（如果有油污，应先进炉烘烤，烘烤温度400-500，时间2-3小时）， 砂子采用 60金钢砂，风压大于0.5MPa。喷砂后，表面要求无残余涂料、油污、脏物，用压缩空气吹干净模具上的金钢砂。如图5-1所示。图5-1 喷砂5.3 模具准备模具准备是确保产品表面质量的极其重要的手段，国外同类厂常常委派相当经验的人员来完成该工序的操作，模具准备不充分，不仅给后工序带来极大麻烦，且直接给产品表面质量带来无法弥补的后果。模具的准备有两种情况，一是新模具，另一种是从机台上拆下来的模具。搬移模具时须垫上橡胶板或木板，防止损伤模具，特别是要求对型腔面严禁磕，碰伤，要轻拿轻放。维修和装配模具时，不得用铁锤，或其它硬物直接敲打模具，敲打时必须用铜棒。模具的分型面和各个配合面上的粘铝，要用铲子铲干净，不得残留有粘铝，在清理2011 届毕业项目第 8 页 共 18 页过程中，要精心操作，不得铲伤型腔面，分型面，配合面。模具的型腔面有腐蚀，损伤的须用相应的焊条补焊后，修复成原样，并打磨光滑。对型腔面有“铝蚀”的小凹坑，必须用砂纸打磨，不留痕迹。装配模具时，检查冷却系统各路（水、风）管（通水、通风）状况良好，不得有漏风，漏水堵塞现象。对冷却管内因污垢而缩小通道的现象，一定要除垢处理后方可使用，以免影响冷却效果。装配下模时，铁浇口套须装到位，各连接固定螺栓拧紧，陶瓷浇口必须安装正，并卡紧，装到位，接口处须用高温水泥或用氧化锌粉抹光滑，不得有松动现象。铁浇口套必须完好，无腐蚀、粘铝、变形等现象。5.4 模具涂料在有色金属铸造行业里，使用金属型的地方，在它的型腔里，分型面都要使用涂料。就我们铝轮毂低压铸造的铸型而言，涂料有如下作用：(1)防止铝合金对型腔的腐蚀，增加铸型的寿命，起着保护模具的作用；(2)防止铝合金粘结在型腔或分型面上，使生产能连续快速进行；(3)调节顺序凝固的温度场，创造无缩松的铸件；(4)涂料使型腔里有一层隔热的保护组织，使金属液易于平稳地流入广大型腔，增加金属液的流动性，增加金属液的填充性能；(5)金属液往型腔里填充时，涂料能包容一些型腔和金属中析出的一些气体，减少气孔；(6)减薄局部热节处的涂料或采用快冷涂料，可以减少或消除局部的热节处的缩松；(7)保温涂料可延缓浇口的冷却速度，涂料是当前唯一可