汽车铝车轮低压铸造工艺概述
汽车铝车轮低压铸造工艺概述
摘要：介绍了铝合金车轮低压铸造原理，以及相关工艺参数的制定原则。
关键词：低压铸造 液体金属 压力
低压铸造与目前普遍应用的金属型铸造、压力铸造、熔模精密铸造等工艺相比，是一种新的特种铸造工艺。近些年来，它能立于诸传统特种铸造工艺之列，并且发展迅速，说明低压铸造工艺具有优于其他铸造工艺的独特之处。
1、低压铸造的原理和主要特点
低压铸造的基本原理为：在一密封的容器内，通入干燥的压缩空气，液体金属在气体压力的作用下沿升液管上升通过浇口进入型腔，并在保持气体压力的条件下完成铸件凝固，然后卸除容器内的气体压力，使升液管和浇口中未凝固的金属液回到容器中，已凝固的金属在铸型中形成所需的铸件[1]。如图1 所示。
图1低压铸造基本原理
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，也减少了铸件的夹杂缺陷；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，自动打开或者关闭模具的风冷、水冷或者水雾冷装置，自动实现模具温度场的热平衡；在加压控制方面，通过PLC或者计算机以及压力传感器和比例阀，精确控制和重复再现加压参数。
2 铸造合金成分，
目前广泛使用的是Al-Si-Mg系合金系列，美国牌号是A356,欧洲称为 AlSi7Mg,相当于中国的ZL101A、日本的 AC4CH。材料成分见表1[2]。
表1材料成分
3浇注工艺参数的选择
低压铸造工艺主要是在气体压力作用下实现的，因此要合理的控制充型压力、充型速度、结晶压力、保压时间、浇注温度等工艺参数。铝合金车轮的铸造加压过程一般分为五个阶段：升液、充型、增压结晶、保压以及卸压放气。低压铸造加压过程示意图如图2。
图2 低压铸造加压过程示意图
3.1 升液
升液压力是指当金属液面上升到浇口附近所需要的压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，这样有利于型腔内气体的排出，使金属液在进入浇口时不致产生喷溅，一般控制在30～70mm/s。
升液压力按式（1）计算：
P1=H1ρµ﹡10-5（1）
式中 :P1——升液压力（MPa）;
H1 ——保温炉液面到浇口的距离(m);
ρ ——铝液密度（Kg/m3）;
µ——阻力系数，通常取1.1～1.5。
加压速度按式（2）计算：
V1= P1/t1 （2）
式中: V1——加压速度( MPa/s);
P1——升液压力（MPa）;
t1——升液时间（S）。
3.2充型
铝液从浇口进入型腔，直至型腔全部充满，即为充型阶段。充型速度要适当控制，原则是既有利于型腔中气体的排出，又不至于造成铸件冷隔，以及不引起铝液冲击形成二次氧化夹杂。
充型压力按式（3）计算：
P2=H2ρµ﹡10-5 （3）
式中 :P2——充型压力（MPa）;
H2 ——保温炉液面到型腔顶部的距离(m);
ρ ——铝液密度（Kg/m3）;
µ——阻力系数，通常取1.1～1.5。
加压速度按式（4）计算：
V2= (P1-P1)/t2 （4）
式中: V1——加压速度( MPa/s);
P1——升液压力（MPa）;
P2——充型压力（MPa）;
t2——升液时间（S）。
3.3增压
金属液充满型腔后，再继续增压，使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行，这时的压力叫结晶压力(0.1~0.25MPa)。
结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。
3.4 保压
型腔压力增至结晶压力后，并在结晶压力下保持一段时间，直到铸件完全凝
固所需要的时间叫保压时间。
保压时间不够，铸件未完全凝固就卸压，型腔中的金属液将会全部或部分流回，造成铸件“放空”报废
保压时间过久，浇口残留过长，降低工艺收得率，而且还会造成浇口“冻结”，使铸件出型困难
3.5卸压放气
铸件凝固完毕后，解除保温炉内的气体压力，使升液管和浇道中未凝固的铝液流回到保温炉中。
3.6模具温度与浇注温度
模具浇注之前应进行预热，预热温度的高低根据车轮铸件的复杂程度、车轮的尺寸大小及浇注温度而定，一般在250～300℃。
铝液浇注时，在保证铸件成形的前提下，浇注温度越低越好。浇注温度高，对铸件的成形有利，但铸件缩松倾向增大，结晶晶粒也粗大，严重影响了铸件的力学性能。当模具和浇注温度过低时，缩松倾向虽减小，但合金流动性大大降低，补缩能力也降低，容易出现冷隔、欠铸等缺陷，有时出现浇不足的现象。因此在生产中应根据铸件的特点和模具散热条件的不同，现在合理的浇注温度和模具温度。薄壁件的浇温和模具温度要高点，便于成形；厚壁件的浇温和模具温度低点，以减小收缩量。
参考文献
[1] 张海生. 新编车轮设计生产新工艺新技术与产品质量检验控制实用手册.北方工业出版社.2013.
[2]赵玉涛.铝合金车轮制造技术.机械工业出版社.2003.