近十年來, 我國已經(jīng)成為世界上鋁合金車輪的主要生產(chǎn)國。金屬型重力鑄造投資少、生產(chǎn)周期短而被普遍采用[1]。在鋁合金輪轂的制造過程中, 輪轂質(zhì)量基本上決定于輪轂鑄件毛坯的質(zhì)量。尤其網(wǎng)狀鋁合金輪轂由于鑄造毛坯的缺陷引起的T部漏氣已成為眾多廠商面臨的一致難題, 如圖1所示。為了保證輪轂T部位不漏氣, 這就需要分析輪轂鑄造生產(chǎn)過程, 找出產(chǎn)生缺陷的原因, 并采取措施予以改善。

　    1 重力鑄造輪轂的工藝現(xiàn)狀
　　1.1 同時(shí)凝固工藝方案
　　采用同時(shí)凝固工藝方案, 由于重力鑄造過程中中央冒口的補(bǔ)縮能力有限, 分流錐吹水時(shí)間提前, 所以其成型時(shí)間較短。對于T部漏氣問題, 通常采用側(cè)模吹風(fēng)和底模保溫方法解決。
　　1.2 順序凝固工藝方案
　　采用該方案, 由于中央冒口有較大的補(bǔ)縮能力與補(bǔ)縮時(shí)間, 因此成型時(shí)間及下模、分流錐吹水時(shí)間和間隔與方案1均有明顯區(qū)別, 對于T部漏氣問題, 本方案傾向于加大輪網(wǎng)鑄造梯度或車鑄造工藝槽等方式,并在底模相應(yīng)熱節(jié)對應(yīng)處加大冷卻來處理。
　　1.3 混合工藝方案
　　采用混合工藝方案的重力鑄造一般是側(cè)模與上模均采取保溫形式, 而下模采用比上述兩方案都要大的冷卻方式, 其成型時(shí)間等現(xiàn)場工藝介于兩者之間。
　　上述幾種方案中, 解決T部漏氣問題都是基于實(shí)際操作的部分驗(yàn)證, 均沒有清晰、具體的理論指導(dǎo)。
　　2 CAE試驗(yàn)與重力鑄造模具的改進(jìn)
　　如圖2所示, 實(shí)際鑄造生產(chǎn)中, 網(wǎng)狀輪轂T部漏氣率非常高是各廠商非常棘手的問題。運(yùn)用鑄造CAE技術(shù)作為理論指導(dǎo), 找出缺陷產(chǎn)生的真實(shí)原因, 是網(wǎng)狀輪轂?zāi)＞哌M(jìn)行技術(shù)改造的基礎(chǔ)。

        2.1 網(wǎng)狀輪轂原始生產(chǎn)狀況CAE分析
　　圖3所示為上海明歧鋁業(yè)有限公司網(wǎng)狀輪轂的鑄造工藝方案CAE分析圖, 該公司傾向同時(shí)凝固工藝方案,試驗(yàn)方案采用與實(shí)際生產(chǎn)一致的工藝方案, 圖中溫度為525~600 ℃, 黃色區(qū)域( 溫度為575 ℃以上) 為可補(bǔ)縮區(qū)域。

　   圖3中的CAE分析結(jié)果顯示, 由于網(wǎng)狀輪轂主要成型面均位于下型, 加之輪轂筋條細(xì)長導(dǎo)致快速冷卻, 使T部產(chǎn)生較大的熱節(jié)[2], 而且熱節(jié)位置比較靠上, 正是這種影響導(dǎo)致T部得不到有效補(bǔ)縮從而漏氣, 中央冒口對熱節(jié)的補(bǔ)縮于35 s停止; 輪轂良好的鑄造性能需要在整個(gè)輪轂?zāi)踢^程中從熱節(jié)部到中央冒口以及輪網(wǎng)自下而上有一個(gè)非常良好的凝固順序, 而由于熱節(jié)部上移,干擾了輪網(wǎng)自下而上的補(bǔ)縮順序, 只要消除或減小熱節(jié)對凝固順序的影響就可以改善網(wǎng)狀輪轂的鑄造質(zhì)量。
　　2.2 鑄造模具的改進(jìn)方案
　　消除熱節(jié)對凝固順序的影響有很多方法, 理論上冷卻熱節(jié)最佳方式是采用在熱節(jié)處加熱傳導(dǎo)率較大的鑲塊, 并在鑲塊內(nèi)加水冷卻的定點(diǎn)定量方式, 而現(xiàn)實(shí)重力鑄造受成本及模具結(jié)構(gòu)的影響, 一般采用吹風(fēng)冷卻側(cè)、下模各相應(yīng)熱節(jié)部位, 吹風(fēng)的特點(diǎn)是冷卻量及冷卻速度較小, 對模具的冷卻點(diǎn)不精確, 且對熱節(jié)鄰近部位有影響。水冷的特點(diǎn)是冷卻量和冷卻速度大,但很難做到點(diǎn)對點(diǎn)的冷卻控制, 在實(shí)際生產(chǎn)中不常采用。綜合分析, 我們認(rèn)為對網(wǎng)狀輪轂重力鑄造模具采用以下改進(jìn)方案為宜。

　　( 1) 由于型腔均集中于下模, 所以要重點(diǎn)對下模進(jìn)行溫度控制, 即針對網(wǎng)狀輪轂, 應(yīng)采用下模保溫措施以盡量減少型腔的散熱, 從而使熱節(jié)減小并有所下移。
　　( 2) 側(cè)模采用風(fēng)冷措施, 位置盡量靠近T部, 在上模筋條轉(zhuǎn)角處加裝冷鐵[1], 實(shí)現(xiàn)自上而下溫度由高到低的梯度變化, 保證從上到下的補(bǔ)縮順序。裝配簡圖如圖4所示。

　　3 模具改進(jìn)后網(wǎng)狀鋁合金輪轂鑄造CAE驗(yàn)證
　　改進(jìn)模具后, 網(wǎng)狀輪轂的CAE分析結(jié)果如圖5所示。由上述CAE分析圖可看出, 由于上、側(cè)模的冷卻作用, 已基本消除了熱節(jié)對T部的影響, 使T部完全可以得到輪網(wǎng)上端對它的補(bǔ)縮, 而筋條也在42 s左右結(jié)束對熱節(jié)的補(bǔ)縮, 此時(shí)熱節(jié)的大小影響已經(jīng)可以忽略不計(jì)。

　    4 生產(chǎn)驗(yàn)證
　　以上海明歧鋁業(yè)制造有限公司型號MA909-16X6.5輪轂為例, 把實(shí)際生產(chǎn)中的一套模具按照新的工藝方案進(jìn)行改進(jìn), 改進(jìn)前后早、中、夜三班生產(chǎn), 每班生產(chǎn)量為80件, 統(tǒng)計(jì)出7天內(nèi)產(chǎn)品的漏氣率對比, 如表1所示?？梢? 模具改進(jìn)后, 輪轂的漏氣率大大降低。
　　5 小結(jié)
　　模具改進(jìn)前, 網(wǎng)狀輪轂因鑄造缺陷引起的T部漏氣率高達(dá)30%~40%, 生產(chǎn)中還需要采用其他工藝措施彌補(bǔ)。通過對鋁合金網(wǎng)狀輪轂鑄造的CAE分析, 找出了T部漏氣的原因, 對網(wǎng)狀輪轂重力鑄造模具進(jìn)行了改進(jìn), 并經(jīng)過規(guī)模生產(chǎn)驗(yàn)證, 使因鑄造缺陷引起的T部漏氣率減少到了8%左右, 降低了輪轂后序生產(chǎn)的工藝成本, 有效地改善了鋁合金網(wǎng)狀輪轂的質(zhì)量。