汽車輪轂的制造工藝解析

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1、汽車輪轂制造技術(shù) 班級：機(jī)電1302班 學(xué)號：13221045 姓名：師世健 指導(dǎo)教師：邢書明 目錄 一、摘要 3 二、汽車輪轂的選材 3 1. 鋼鐵材料 3 1.1 球墨鑄鐵 3 1.2 其他鋼鐵材料 3 2 .合金材料 3 3 .復(fù)合材料 3 三、鑄造方法 3 1 . 壓力鑄造 3 2 .金屬型鑄造 4 3 .熔模鑄造 4 4 .低壓鑄造 5 5 . 離心鑄造 5 四、工藝方案 6 1 .零件圖 6 2 . 澆注位置 6 3 . 分型面 7 4 . 砂芯 7 5 .澆注系統(tǒng) 7 6 .主要工藝參數(shù)的確

2、定 7 7 .冒口 7 8 . 鑄造工藝圖 8 8 汽車輪轂制造技術(shù) 一、摘要 輪轂，作為汽車一個重要組成結(jié)構(gòu)，起著支撐車身重量的作用，對汽車節(jié)能、環(huán)保、安全 性、操控性都有著極其重要的影響。對其工作環(huán)境及使用要求予以充分分析， 對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行 合理設(shè)計，選取性能優(yōu)良的材料及適當(dāng)?shù)募庸し椒?，都是汽車輪轂制造中不可或缺的環(huán)節(jié)。 二、汽車輪轂的選材 1 .鋼鐵材料 1.1 鑄鐵、鑄鋼 球墨鑄鐵以其優(yōu)良的綜合力學(xué)性能應(yīng)用在輪轂上， 如鐵素體球墨鑄鐵、高韌性球墨鑄鐵等。 但是，由于類似碳素鋼輪轂的缺點， 以及鑄造過程的復(fù)雜性和鑄造模型所限， 輪轂形狀難于 控制，限制了

3、其應(yīng)用。 1.2 其他鋼鐵材料 一些合金鋼如加入鈦元素的低合金鋼， 合金元素可以細(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，使鋼 具有強度高、塑韌性好、加工成形性和焊接性良好，可以作為輪轂用鋼；此外，低合金高強 度雙相鋼，如低碳含鋁鋼，提高貝氏體含量，可以提高屈服強度，提高擴(kuò)孔率，也可以用作 輪輻和輪輛用鋼。在實際應(yīng)用中的多數(shù)鋼制輪轂是通過已成型的輪緣和輪盤焊接而成， 盡量 使自重降低。 2 .合金材料 汽車采用鋁合金輪轂后減重效果明顯，輕型車使用鋁合金輪轂比傳統(tǒng)鋼制輪轂輕 30%-40%中型汽車可輕 30%左右。美國森特來因?圖爾公司用分離旋壓法制出的整體板材 （6061合金）車輪，比鋼

4、板沖壓車輪重量減輕達(dá) 50%旋壓加工時間不到 90s/個，不需要 組裝作業(yè)，適宜大批量生產(chǎn)。另外，相同外徑尺寸的輪轂使用鋁合金輪轂抗壓強度還有所提 高。 3 .復(fù)合材料 復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的具有強大生命力的材料。 由于復(fù)合材料具有特殊 的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可 用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件。 三、鑄造方法 1 .壓力鑄造 壓力鑄造的實質(zhì)是使液態(tài)金屬在高壓作用下以極高的速度充填型腔， 并在壓力作用下凝固 而獲得鑄件的一種方法。采用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄件組織致密、 機(jī)械性能好、強度和表

5、面硬度 較高、鑄件的尺寸精確、表面光潔。但傳統(tǒng)壓鑄工藝生產(chǎn)的鋁輪轂最大的缺點是不能通過熱 處理來進(jìn)一步提高性能， 由于液體金屬充型速度極快， 型腔中的氣體很難完全排除， 常以氣 孔形式存留在鑄件中，這些鑄件孔隙中的氣體在熱處理過程中會發(fā)生膨脹， 使得鑄件“起泡”。 為使壓鑄件也能適用于汽車保安件。 近年來出現(xiàn)了一些無氣孔壓鑄新工藝， 最有代表的是充氧壓鑄法。 充氧壓鑄法是使壓室和 壓型型腔內(nèi)的金屬液相間的空間充氧置換，并在高速高壓下進(jìn)行壓鑄，當(dāng)液體金屬充填時， 一方面通過排氣槽排出氧氣， 另一方面噴散的鋁液與未排出的氧氣發(fā)生反應(yīng)， 形成氧化鋁小 微粒，分散在鑄件內(nèi)部，使鑄件內(nèi)不產(chǎn)生

6、氣孔。用充氧壓鑄法生產(chǎn)的鑄件， 含氣量為只有普 通壓鑄法的1/10,可進(jìn)行固溶處理和焊接。與傳統(tǒng)壓鑄法相比，充氧壓鑄的鋁輪轂具有成 品率高，組織致密，良好的拉伸強度和耐疲勞性能等優(yōu)點。 國外該方法已廣泛用于鋁輪轂的 生產(chǎn)，日本輕金屬株式會社于 1983年開始用此方法大批量生產(chǎn)轎車鋁合金輪轂，較采用其 它鑄造方法生產(chǎn)的同類產(chǎn)品重量減少了 15%M加工切削量由原來的 2~3mn^少到0.75mm,輪 轂價格降低了 10%美國鑄鍛公司于 1982年開始用充氧壓鑄法生產(chǎn)汽車鋁合金輪轂，代替 了原來的低壓鑄造法，并使鋁輪轂的重量減輕了 18%由于有較高的機(jī)械性能和較輕的重量， 充氧壓鑄鋁輪轂用于

7、緊急救援車和高級車輛是十分理想的。 2 .金屬型鑄造 金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。 鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。 金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄 件，在重量和形狀方面還有一定的限制， 如對黑色金屬只能是形狀簡單的鑄件； 鑄件的重量 不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無法鑄出。 與砂型鑄造比較：在技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點。 金屬型生產(chǎn)的鑄件， 其機(jī)械性能比砂型 鑄件高。同樣合金，其抗拉強度平均可提高約 25%屈服強度平均提高約 20%其抗蝕性能 和硬度亦顯著提高； 鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高， 而且

8、質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定； 鑄件的 工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約 15?30%不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約 造型材料80?100%此外，金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高；使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少；工序 簡單，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。 金屬型鑄造雖有很多優(yōu)點，但也有不足之處。如：金屬型制造成本高；金屬型不透氣，而 且無退讓性，易造成鑄件澆不足、開裂或鑄鐵件白口等缺陷； 金屬型鑄造時，鑄型的工作溫 度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時間， 以及所用的涂料等， 對鑄件的 質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴(yán)格控制。解決這些缺陷可以盡量選用成本較低的金屬制造模型， 并在型腔內(nèi)留出透氣孔，但因為其

9、制造成本太高，還是不宜應(yīng)用于汽車輪轂的制造。 3 .熔模鑄造 熔模鑄造又稱失蠟法。失蠟法是用臘制作所要鑄成器物的模子，然后在蠟?zāi)Ｉ贤恳阅酀{， 這就是泥模。泥模晾干后，在焙燒成掏模。一經(jīng)焙燒，蠟?zāi)Ｈ咳刍魇В皇Ｌ漳?。一?制泥模時就留下了澆注口，再從澆注口灌入銅液，冷卻后，所需的器物就制成了。 熔模鑄件尺寸精度較高，當(dāng)然由于熔模鑄造的工藝過程復(fù)雜，影響鑄件尺寸精度的因素較 多，例如模料的收縮、熔模的變形、 型殼在加熱和冷卻過程中的線量變化、 合金的收縮率以 及在凝固過程中鑄件的變形等，所以普通熔模鑄件的尺寸精度雖然較高， 但其一致性仍需提 高。壓制熔模時，采用型腔表面光潔度高的壓型

10、， 因此，熔模的表面光潔度也比較高。 此外， 型殼由耐高溫的特殊粘結(jié)劑和耐火材料配制成的耐火涂料涂掛在熔模上而制成， 與熔融金屬 直接接觸的型腔內(nèi)表面光潔度高。 所以，熔模鑄件的表面光潔度比一般鑄造件的高。 熔模鑄 造最大的優(yōu)點就是由于熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度， 所以可減少機(jī)械加工工 作，只是在零件上要求較高的部位留少許加工余量即可， 甚至某些鑄件只留打磨、 拋光余量， 不必機(jī)械加工即可使用。 由此可見，采用熔模鑄造方法可大量節(jié)省機(jī)床設(shè)備和加工工時， 大 幅度節(jié)約金屬原材料。熔模鑄造方法的另一優(yōu)點是，它可以鑄造各種合金的復(fù)雜的鑄件， 特 別可以鑄造高溫合金鑄件。 如

11、噴氣式發(fā)動機(jī)的葉片， 其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔， 用機(jī)械加 工工藝幾乎無法形成。用熔模鑄造工藝生產(chǎn)不僅可以做到批量生產(chǎn)，保證了鑄件的一致性， 而且避免了機(jī)械加工后殘留刀紋的應(yīng)力集中。 熔模鑄造的缺點是工序繁雜，生產(chǎn)周期長，原 輔材料費用比砂型鑄造高，生產(chǎn)成本較高，鑄件不宜太大、太長，一般限于 25kg以下。 而且鑄造出來的零件強度不高，所以該方法不適合制造汽車輪轂。 4 .低壓鑄造 低壓鑄造是用干燥、潔凈的壓縮空氣將保溫爐中的鋁液自下而上通過升液管和澆注系統(tǒng)平 穩(wěn)地向上壓到鑄造機(jī)模具型腔中，保持一定壓力，一般為 20~60kPa 直至慢M牛彘固后釋放 壓力。因在壓力下充型和凝固，

12、所以充填性好、鑄件縮松少、致密性高。該法中，堪期表面 的氧化膜不會被破壞，與其它鑄造方法比較， 氣孔和夾渣缺陷少，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量好。由于低 壓鑄造利用壓力充型和補充，大大簡化了澆冒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)， 使金屬液收得率大大提高，一般 可達(dá)90%而金屬型重力鑄造僅 40%~60%目前低壓鑄造已成為鋁輪轂生產(chǎn)的首選工藝、日 本的豐田汽車公司、東京輕合金制作所、美國福特汽車公司等均采用此工藝生產(chǎn)鋁輪轂， 國 內(nèi)的鋁合金輪轂制造企業(yè)多數(shù)也采用此工藝生產(chǎn)， 現(xiàn)有數(shù)十家企業(yè)用低壓鑄造工藝生產(chǎn)鋁合 金汽車及摩托車輪轂。低壓鑄造法的缺點是鑄造時間較長、加鋁料、換模具費時間、設(shè)備投 資大、低壓鑄造機(jī)使用的升液管成本

13、較高且易損壞。 5 .離心鑄造 離心鑄造是將液體金屬注入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)， 使金屬液在離心力的作用下充滿鑄型和形 成鑄件的技術(shù)和方法。離心力使液體金屬在徑向能很好地充滿鑄型并形成鑄件的自由表面； 不用型芯能獲得圓柱形的內(nèi)孔； 有助于液體金屬中氣體和夾雜物的排除； 影響金屬的結(jié)晶過 程，從而改善鑄件的機(jī)械性能和物理性能。 優(yōu)點是幾乎不存在澆注系統(tǒng)和冒口系統(tǒng)的金屬消耗， 提高工藝出品率；生產(chǎn)中空鑄件時可 不用型芯，故在生產(chǎn)長管形鑄件時可大幅度地改善金屬充型能力， 降低鑄件壁厚對長度或直 徑的比值，簡化套筒和管類鑄件的生產(chǎn)過程；鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學(xué)性 能高；便于制造筒

14、、套類復(fù)合金屬鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輻等；成形鑄件時，可借離 心力提高金屬的充型能力，故可生產(chǎn)薄壁鑄件。缺點是用于生產(chǎn)異形鑄件時有一定的局限性。 鑄件內(nèi)孔直徑不準(zhǔn)確，內(nèi)孔表面比較粗糙，質(zhì)量較差，加工余量大；鑄件易產(chǎn)生比重偏析， 因此不適合于合金易產(chǎn)生比重偏析的鑄件 （如鉛青銅），尤其不適合于鑄造雜質(zhì)比重大于金屬 液的合金。所以不適合汽車輪轂的制造。 四、工藝方案 1 .零件圖： 2 .澆注位置：為了保證鑄件質(zhì)量， 必須把最重要的加工面在澆注時向下或直立狀態(tài)。 由于零 件內(nèi)部安裝軸承，尺寸精度比較高， 因此，應(yīng)將兩圓柱面呈直立狀態(tài)， 同時從順序凝固的原 則出發(fā)，將厚大部位放

15、在上面， 以便于安放冒口，得到順序凝固。所以本件的澆注位置如圖 所示。冷卻位置與澆注位置一致。 3 .分型面：如圖所示鑄件大部分在同一鑄型內(nèi)，能夠保證其尺寸精度， 下芯也便于檢查，同 時滿足合箱，澆注，冷卻位置一致，采用側(cè)澆，切向引入改善了澆注時的充型不平穩(wěn)，減少 了沖擊，防止了沖砂缺陷的產(chǎn)生，上、下箱相差不大，造型簡單。缺點是有一個砂芯復(fù)雜， 要求高，模樣加工困難。 4.砂芯：根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和已選定的分型面，必用兩個 5.主要工藝參數(shù)的確定: 根據(jù)實際生產(chǎn)情況，確定該件的收縮率為 2%由于鑄件的精度要求較高，確定該件的 精度為I級，尺寸偏差為土 2.5mm

16、,重量偏差8%按一級精度鑄件并考慮實際情況，確定加 工余量，具體數(shù)值見鑄件工藝圖。按零件圖尺寸采用增厚法，確定拔模斜度為 1o30-2 o。 6 .澆注系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)由澆口杯、 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。澆注系統(tǒng)截面積大小對鑄 件質(zhì)量影響很大，截面積太小，澆注時間長，可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面積 過大，澆注速度快，又可能收起沖砂，帶入熔潭和氣體，使鑄件產(chǎn)生渣孔、氣孔等缺陷。為 了使金屬液以適宜的速度充填鑄型，就必須合理確定澆注系統(tǒng)的面積。 7 .冒口：鑄件法蘭與輪轂體交接處形成熱節(jié)， 容易產(chǎn)生分散性的縮松， 嚴(yán)重降低鑄件的機(jī)械 強度。該件在汽車工作時是個受力件，其技術(shù)條件要求鑄件內(nèi)部不得有縮孔、縮松等缺陷， 所以在鑄件上必需設(shè)置一定數(shù)量的冒口以消除縮孔、縮松。 8.鑄造工藝圖: