挤压铸造代替压力铸造生产铝合金车轮
不同压力下挤压铸造铝铜合金的组织与性能
铸造
李彦霞等：不同压力下挤压铸造铝铜合金的组织与性能
・ ７６５・
压速度为 ０．０３ "０．０６ ｍ／ｓ，保压 ３０ ｓ 左右至铸件完全凝 固。 将铸件切割并切削成圆棒试样 （ＧＢ／Ｔ２２８ !１９７６）， 金相试样取样位置如图 １ 所示。每个铸件取 ３ 个试样， 部分做热处理，固溶采用 （ ４９０ !５ ） # 保温 ８ ｈ，室温
关键词：挤压铸造；铝铜合金；力学性能；显微组织 中图分类号：ＴＧ ２４９． ２；ＴＧ ２９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４９７７ （ ２００５ ） ０８－０７６４－０３
ＬＩ Ｙａ ｎ－ｘｉａ ， ＮＧＡＩ Ｔｕｎｇｗａ ｉ， ＺＨＡＯ Ｈａ ｉ－ｄｏｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｗｅ ｉ－ｗｅ ｎ， ＬＩ Ｙｕａ ｎ－ｙｕａ ｎ （Ａｄｖａ ｎｃｅ ｄ Ｍｅ ｔａ ｌｌｉｃ Ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌｓ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ ａ ｎｄ Ｐ ｒｏｃｅ ｓ ｓ ｉｎｇ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂｏｒａ ｔｏｒｙ ｏｆ Ｇｕａ ｎｇｄｏｎｇ Ｐ ｒｏｖｉｎｃｅ ， Ｓ ｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ ｏｆ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａ ｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０， Ｇｕａ ｎｇｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ ） Ｓ ｑｕｅ ｅ ｚｅ ｃａ ｓ ｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅ ｓ ｓ ｗａ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ａ ｎｅ ｗｌｙ ｄｅ ｖｅ ｌｏｐｅ ｄ ｈｉｇｈ ｓ ｔｒｅ ｎｇｔｈ ａ ｎｄ ｈｉｇｈ !"#$%&’ ( ) *+,-. / 01234 567 8 9:;< => ?@ AB C DEFGH I JK L MNOPQRSTU VW XYZ [\ ] ^_ ‘abcdefg hijk lmn o pqrstuv w xy z{| }~ ¡¢£ ¤ ¥¦§¨© ª«¬ ® ¯°± ²³´µ¶ ·¸ ¹º » ¼½¾¿ÀÁ  ÃÄ ÅÆÇ È É ÊËÌ Í Î Ï ÐÑ ÒÓ ÔÕ Ö ×ØÙÚÛ Ü ÝÞ ß àáâãäåæçèé êë ìí îï ðñòóô õö÷ øùúû üý þÿ !"# $ %&’ ()* +,- . / 0123 45 6 789: ; <=> ?@A B CDE FGHIJK LM NO PQ RST U VWX YZ[\] ^ _‘abc defg h ij klmn opq rs tuv w x yz{ | } ~ ｃａ ｓ ｔｉｎｇｓ ｉｎｃｒｅ ａ ｓ ｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａ ｐｐｌｉｅ ｄ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ａ ｎｄ ｒｅ ａ ｃｈｅ ｄ ａ ｍａ ｘｉｍｕｍ ａ ｔ ａ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ｏｆ ５０ ＭＰ ａ ， ｒｅ ｓ ｐｅ ｃｔｉｖｅ ｌｙ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｈａ ｒｄｎｅ ｓ ｓ ｏｆ ｔｈｅ ａ ｌｌｏｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓ ｑｕｅ ｅ ｚｅ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ｉｓ ｈｉｇｈｅ ｒ ｔｈａ ｎ ｔｈａ ｔ ｏｆ ｔｈｏｓ ｅ ｓ ｑｕｅ ｅ ｚｅ ｃａ ｓ ｔｓ ． Ｔｈｅ ｇｒａ ｉｎ ｓ ｉｚｅ ａ ｎｄ ｔｈｅ ｄｅ ｎｄｒｉｔｅ ａ ｒｍ ｓ ｐａ ｃｉｎｇ ｄｅ ｃｒｅ ａ ｓ ｅ ａ ｎｄ ｍｏｒｅ ｄｅ ｎｄｒｉｔｅ ｓ ａ ｐｐｅ ａ ｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅ ａ ｓ ｅ ｏｆ ａ ｐｐｌｉｅ ｄ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ． ｓ ｑｕｅ ｅ ｚｅ ｃａ ｓ ｔｉｎｇ； Ａｌ－Ｃｕ ａ ｌｌｏｙ； ｍｅ ｃｈａ ｎｉｃａ ｌ ｐｒｏｐｅ ｒｔｙ； ｍｉｃｒｏｓ ｔｒｕｃｔｕｒｅ
铝合金车轮挤压铸造工艺
铝合金车轮挤压铸造工艺采用挤压铸造代替压力铸造生产铝合金车轮，不仅克服了压铸件内部容易形成气孔和氧化夹杂的缺陷，而且提高了成品率及材料利用率。
介绍了铝合金车轮挤压铸造的模具结构及设计参数，分析了挤压铸造的工艺参数及选择依据。
关键词：铝合金车轮挤压铸造模具结构目前，国内卡丁车(类似碰碰车)都从国外进口，其中铝合金车轮是一个重要零件。
过去，国外采用压力铸造生产该铸件，铸件质量差，且成品率低，劳动强度大。
针对该铸件的结构特点和性能要求，如何提高其产品质量、降低原材料消耗、节约能源、提高劳动生产率及降低铸件成本，是当前生产中的关键。
从研制的情况可知，采用挤压铸造代替压力铸造是今后制造铝合金车轮行之有效的工艺。
1车轮材料、要求及铸件设计图1所示为铝合金车轮零件图。
车轮不仅有较高的性能要求，而且形状十分复杂。
图1车轮零件图车轮材料的化学成分(质量分数)为：1.5%～3.5%的Cu,10.5%～12.0%的Si,＜0.3%的Mg，＜1.0%的Zn，＜0.5%的Mn，＜1.3%的Fe,＜0.5%的Ni,＜0.5%的Sn，其余为Al。
力学性能要求：σb＞276MPa,σs＞115MPa,σ＞4.4%,HB＞92。
该车轮内外形的尺寸精度较高，都应加放加工余量及余块。
按挤压铸造工艺的要求，把形状复杂的车轮零件图设计如图2所示的铸件图。
由该图可见，为便于从铸件内孔脱出及简化模具加工，把原来的阶梯轴孔设计成圆柱形中心孔，其直径为φ30mm，内壁斜度为3°［1］。
图2车轮铸件图2模具结构及设计参数［1］2.1挤压铸造模具结构铝合金车轮挤压铸造的模具结构如图3所示。
它主要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。
左凹模和右凹模分别固定在左凹模定模板和右凹模动模板上，左凹模定模板用螺钉紧固在下模板上，右凹模动模板经过侧缸在导柱上实施开启及闭合。
图3车轮挤压铸造模具1.上模板2.凸模固定板3.凸模4.导柱5.右凹模6.右凹模动模板7.垫板8.下模板9.顶杆镶块10.左凹模11.左凹模定模板采用2000kN油压机改装进行挤压铸造，其工作过程是：将定量的合金熔液浇入型槽后，固定在活动横梁上的凸模以一定速度向下挤入型腔，压力达一定数值后保压；铝合金凝固后卸压，凸模通过工作缸的回程向上移动，顶杆镶块通过下顶缸从铸件内向下退出，直到全部脱离铸件之后，再用侧缸开启右凹模，取出铸件。
铝合金车轮的五大成型工艺过程
铝合金车轮的五大成型工艺过程一、简介轮圈，是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件。
二、按材质分类轮圈按照材料主要分为铁轮圈和轻合金轮圈，而轻合金轮毂又以铝合金与镁合金产品为主。
在今天的汽车市场中，铁制轮圈已不多见，大多数车型使用的都是铝合金轮圈，铝车轮。
制造铝制轮圈所使用的铝合金材料包括A356、6061等。
其中，A356被铸造铝制轮圈大量选用。
A356铝合金具有比重小，耐侵蚀性好等特点，主要由铝、硅、镁、铁、锰、锌、铜、钛等金属元素组成，铝占92%左右，是一种技术成熟的铝合金材料。
制造铝合金轮圈的原材料A356铝锭↑↑三、铝合金轮圈生产工艺铝合金轮圈比钢轮圈更适合乘用车，目前其制造工艺基本可分为三种，第一种是铸造，目前大多数汽车厂商都选择使用铸造工艺。
第二种是锻造，多用于高端跑车、高性能车以及高端改装市场。
第三种较为特别，是*先由日本Enkei公司投入使用的MAT旋压技术，目前此技术在国内的应用不如前两种多。
1、重力铸造法重力铸造简单的说，主要是靠铝水自身的重力来冲填铸模，是一种较为早期的铸造方法。
该法成本低、工序简单且生产效率高，然而，浇注过程中夹杂物易卷入铸件，有时还会卷入气体，形成气孔缺陷。
重力铸造生产的轮圈易产生缩孔缩松且内部质量较差，此外，铝液流动性的限制也有可能导致造型复杂的轮毂良品率低。
因此，汽车轮圈制造业已经很少使用该工艺了。
2、低压铸造法低压铸造是铝液在压力作用下充入模具，在有压力的情况下进行凝固结晶的工艺。
同样的情况下，与重力铸造相比，低压铸造轮毂内部组织更为密实，强度更高。
此外，低压铸造利用压力充型和补充，极大简化浇冒系统结构，使金属液收得率可达90%。
目前低压铸造已成为铝轮圈生产的首选工艺，国内多数铝合金轮圈制造企业都采用此工艺生产。
但低压铸造法也有其缺点：铸造时间较长，加料、换模具耗时长，设备投资多等。
3、锻造法热锻（Hot forging）→RM锻造（RM forging）→冷旋压（Cold spinning）→热处理（Heat treatment）→机加工（Machine work）→喷丸处理（Shot blast）→表面处理（Surface finishing）锻造是固体到固体的变化，通过拍、压、锻等手段来形成轮毂样式，这个过程不会发生液相变化，都是固体变化。
铝合金轮毂生产工艺
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2017.24.105铝合金轮毂生产工艺①张世琪 聂晓朋 康泰(中信戴卡股份有限公司 河北秦皇岛 066000)摘 要：近年来，随着科技的发展，我国的汽车工业发展也越来越迅速，加之随着经济的增长，人们的生活水平提高，对汽车的需求量越来越大，汽车产销量逐年增高，相应的一些汽车零部件的生产制造业也展现出了旺盛的活力。
汽车轮毂是汽车中的重要部件，也是汽车相关产品中最具发展前景的配套产品之一。
而目前大多数的汽车轮毂都属于铝合金轮毂，因为铝合金轮毂有着诸多优点，在性能上具有很强的优越性。
但同时，铝合金轮毂在生产中对生产工艺流程也具有很严格的要求。
本文主要介绍了铝合金轮毂及其生产工艺流程，希望对铝合金轮毂生产业具有一定助益。
关键词：铝合金 轮毂 生产工艺中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2017)08(c)-0105-02汽车是现代人们出行的主要交通工具。
在汽车上的众多零部件当中，轮毂是一个重要部件，其的质量和性能直接关系着汽车的运行安全。
对于汽车来说，轮毂既具有实用性，又具有装饰性，西方国家将汽车轮毂工业称作“时装化工业”，因为汽车轮毂的种类繁多、形状复杂，并且对尺寸精度具有很高要求。
目前我国大多数汽车轮毂都是以铝合金为主要材料的铝合金轮毂，因为铝合金轮毂具有重量轻且节能、可改善驾驶性能、散热性能好以及外形美观等诸多优势。
但铝合金轮毂对生产工艺的要求也很高，笔者结合实际，对铝合金轮毂及其生产工艺进行了简要介绍，仅供参考。
1 铝合金轮毂及其优点铝合金轮毂是目前在汽车轮毅市场上应用最为广泛的一类轮毂。
铝合金轮毂顾名思义，是以铝合金为主要材料的轮毂，其之所以拥有如此大的市场，是因为铝合金轮毂在性能和质量上具有很强的优越性。
具体来说，铝合金轮毂主要拥有以下优点。
1.1 重量轻且节能传统的汽车轮毂都是钢轮毂，而比之钢轮毂，铝合金轮毂在重量上更轻，具体可以比钢轮毂减轻30%～40%的重量。
挤压加工工艺在铝合金车轮上的应用
Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｆＥｘ ｒ ｉ ｎＷ ｏ ｋｉ ｇ ｔ ｌ ｍ ｉ ｕ ｌｏ ｈｅ ｌ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｔｕｓｏ ｒ ｎ ｏＡ ｕ ｎ ｍ Ａ ｌ ｙ Ｗ ｅ
ＨｕＨｏ ｇ ｉ Ｔ ａ ｉｎ ｕ （ｉｎ ｓ ｕ ｎｏ ｇＡｕｏＰ ｒｓ ．Ｌ ｄ） ｎ ｗｅ ｉｎＪａ ｙ Ｊａ ｇｕＹ ａ ｔｎ ｔ ａｔ Ｃｏ， ｔ．
根据 车 轮 行 业 的 目前 状 况 ，车 轮 铸 造 合 格 率 一 般 为
于取 得 了突破 性进 展 。通过 挤压 加 工后 ，产 品的成 品率 基 本 能 稳定 在 ９ ％ ，大 大 节 约 了生 产成 本 ，提 高 了内 部 合 ９
格率 ，使 企业得 到 了 良好 的 经济效 益 。
随着 摩托 车 工业的 飞速 发展 ，铝合 金车 轮 在整车 上 的
限 责 任 公司 自 １ ９ ９ ５年 起就 对 这项 技 术 进行 了大 量 的试 验
和 探讨 ，经过 无 数次 的摸索 和试 验 ，对 该类 产品 的加工 终
使 用 已很普 及 。 由于 追求 美观 ，造 型款 式也 越 来越 多 ，但 受造 型 及设 计的 限制 ，款式 的 多样 化给 铸造 工艺 带来 了很 多困难 ，铸 件内部 不 可避免 会 出现 一些 针孔 和疏 松 ，机加 工序 也会 因表 面显 现 的针 孔 、 疏松 等缺 陷影 响 产品 成品 率 ， 造成 了大 量的 浪费 ，严 重影 响企 业的 经济效 益 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｌｉ ｉ ｄ ｂ ｏ ｅｗｈｅ ｌ ｙ ｅ ｄ ｓｇ ，ｗｈ ｃ ｅ ｄ ｏ ｔ ｘｓｅ ｅ ｏ ｎ ｅ ｔｉ ａ ｔ ｒ，ｓ ｃ ｓ ｓｒ ｃ ： ｍ ｔ ｙｓ ｍ ｅ ｅ ｐ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉｈ ｌａ ｓｔ ｈｅｅ ｉｔｎｃ ｆｕ ｃ ｒａｎ ｆ ｃｏ ｓ ｕ ｈ ａ ｉｔ ｒｏ ｉ ｈ ｌ ｓ ｏ ｅ ｗ ｈｃ ｉｌｄ ｓ ａ ｕｒｎ ｈ ａ ｅ ｕ ｆ ｃ ． ｅ ｅ ｔｕ ｉ ｎ ｗ ｏ ｋ ｎ ａ ｏｖ ｌ ｔ ｅ ｎ ｅｉ ｒｐ ｎ ｏ ｅ ，ｌｏｓ ｉｈ ｗ ｌ ｉｐｌｙ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｇｌｚ ｄ ｓ ｒａ ｅ Ｔｈ ｘ ｒ ｓｏ ｒ ｉ ｇ ｃ ｎ ｓ ｌｅ ａ ｌ ｈ ｔｏ ｂｅ ｅ ｔｏ ｄ ａ ｏ ｅ Ｗ ｈ ｔ ｏ ｅｔ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｏ ｃａ ｏ ｌ ｎ ｐ ｃａ ｒ ｃ ｓ ａ ｅ ｌ ｉ ｌｚ ｄ ｒ ｕ ｌｓｍ ｎ ｉｎｅ ｂ ｖ ． ａ ’ ｍ ｒ ｈｅａ ｐ ｉ ａｉ ｆｓ Ｓ ｏ ｐｅ ｉｌｔｏ ｓａ ｄ ｓ ｅ ｉｌｐ ｏ ｅ ｓｃ ｎ ｄ ａ ｔ ｇ ａ ｅ ｗ ｈ ｓ ｒａ ｅｗｏ ｋ ｎ ． ｕ ｆｃ ｒ ｉ ｇ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ Ａｌ ｙ ｒ ： ｕｍｉ ｕ ｈ ｅ Ｅｘｒ ｓｏ ｒ ｉ ｇ Ｔｏ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｃ ｌ ａａ ｎ ｍ ｗ ｅｌ ｔ ｉｎ ｗｏ ｋ ｎ ｕ ｏｌ ｃ ｎｏｏ ｉ ａ ｔ ｄ
A356铝合金飞轮壳挤压铸造工艺参数优化
A356铝合金飞轮壳挤压铸造工艺参数优化铝合金飞轮壳是一种轻质高强度零部件，用于汽车、航空航天和机械工程等领域。
挤压铸造是制造铝合金飞轮壳的一种常见工艺，具有高生产效率、低能耗和优良的性能特点。
本文将对A356铝合金飞轮壳挤压铸造工艺的参数进行优化，以提高产品质量和生产效率。
一、A356铝合金的选择A356铝合金具有良好的铸造性能和力学性能，适合挤压铸造工艺。
其化学成分为Si 6.5-7.5%，Fe≤0.20%，Cu≤0.15%，Mn≤0.10%，Mg 0.25-0.45%，Zn≤0.10%，Ti≤0.20%，Al余量。
该合金具有较高的强度、良好的耐热性和耐腐蚀性，适用于要求轻量化和高性能的工程应用。
二、挤压铸造工艺参数优化1. 模具设计：模具的设计对挤压铸造过程非常重要。
合理的模具设计可以减少挤压力的损失和模具磨损，提高产品的密实性和表面质量。
模具应具有良好的冷却系统，以控制铝合金在挤压过程中的温度，避免过热和气泡的产生。
2. 挤压温度：挤压温度对产品的组织结构和力学性能有重要影响。
过高的挤压温度会导致铝合金的热膨胀、氧化和烧结，影响产品的尺寸精度和表面质量；过低的挤压温度会增加挤压力和模具磨损，降低生产效率。
通常，A356铝合金的挤压温度在680-750℃之间。
3. 挤压速度：挤压速度对产品的外观和内部组织结构有重要影响。
过快的挤压速度会导致铝合金的变形不均匀和表面裂纹，影响产品质量；过慢的挤压速度会增加生产周期和能耗。
挤压速度应根据产品的形状和尺寸进行调整，通常在10-40 mm/s之间。
4. 压力保持时间：挤压完成后，一定的压力保持时间可以提高产品的密实性和组织结构的均匀性。
过短的压力保持时间会导致铝合金的强度和硬度不足，影响产品的使用寿命；过长的压力保持时间会增加生产周期。
压力保持时间通常在1-10 s之间。
5. 冷却速度：铝合金挤压后，需要进行冷却以固化和稳定组织结构。
冷却速度过快会导致内部应力增大，产生裂纹和变形；冷却速度过慢会延长生产周期。
挤压铸造ZL114A合金滑轮铸件的生产
延 伸 率
＆ ／％
布 氏硬 度
Ｆ Ｂ Ｉ
３ ０～ ３ ０ ３ ５
５ ５～ ７ ５
１ ５ １５ １ ～ ２
图 ３ 人 工 时 效 工 艺
虽 然 产 品 机 械 性 能 达 到 要 求 ， 是 铸 件 但
成品率半 年来 一直 只有 ８ ％左 右 主要 原 Ｏ 因仍 然 是 滑 轮 铸 件 淬 火后 表 面气 泡 。 在此 期 间 ， 反 复 做 了 大 量 试 验 ， 用 较 新 型 的 叉 如 Ｆ ｓＣ 氨 氮 小 气 泡 旋 转 喷 吹 精 练 法 ｏｅ ｏ （ ＭＤＵ）使合 金 液 处 于最 小 的含氢 量 ； 整 ， 调 压 射 速 度 ， 使 型 腔 内 气 体 在 金 属 液 体 充 型 欲
摘 要 ： 用液 态 挤 压 铸 造 生 产 滑 轮 铝 铸 件 ， Ｔ５处 理 后 ， 能 得 到 较 利 经 虽
高机 械 性 能 ， 铸 件 表 面 仍 有 少 量 气 泡 ， 而铸 件 成 品 率 低 。 后 改 用 “ 态 但 因 铸 淬 火 ” 人 工 时 效代 替 Ｔ５处 理 ， 械 性 能 仍 高 于 ＧＢ １３—８ 中同 类 合 金 加 机 ｌ７ ６ 经 Ｔ５处 理 詹 机 械 性 能 ， 件 表 面 无 气泡 ， 件 成 品 率 提 高 ， 满足 用 户 要 铸 铸 能 求 ， 济 效 益 大增 。 经
２ Ｍ Ｐａ ２ 。
南 京 新 南 方 电 铁 线 路 器 材 公 司 生 产
０３ ０＇１ ０ ／１、垂２ ０ ｍ、Ｏ２ ０ ／１ １ ＂ ４ｒ ａ ０ ｍｍ ３种 型 号 的 系 列 滑 轮 。此 滑 轮 用 于 电气 化 铁 路 Ｂ Ｘ — Ｔ１
ｌ 型补偿 滑轮 装 置 中 的 主要 受 力零 件 ， 机 其 械性 能要求 是 ：
挤压铸造特点及应用
挤压铸造特点及应用挤压铸造是一种能够将金属材料通过压力挤压成型的铸造工艺。
相比于传统的铸造工艺，挤压铸造具有以下特点。
首先，挤压铸造具有高效性能。
挤压铸造的工艺能够在短时间内将金属材料形成所需的结构和形状，生产效率高，并且具有高度的一致性和重复性。
其次，挤压铸造的产品具有优良的机械性能。
挤压过程中，金属材料通过挤压力产生的高压力和高温度，能够使金属内部的结晶粒细化，并且使得材料中的夹杂物和气孔等缺陷得到排除，从而提高了产品的强度、硬度和韧性等机械性能。
再次，挤压铸造可以生产大尺寸和复杂结构的产品。
挤压铸造工艺能够按照模具的形状要求将金属材料挤压成形，因此可以生产出形状复杂、壁厚薄的产品，包括管道、棒材、异型材等。
同时，挤压铸造还具有较高的尺寸精度和表面质量，能够满足高要求的工程需求。
最后，挤压铸造还具有节约能源和环保的优点。
挤压铸造过程中，在减少熔化能耗的同时，还能够最大限度地减少材料的损耗和废弃物的产生，从而降低了资源的浪费和对环境的污染。
挤压铸造在工业生产中有着广泛的应用。
首先，在汽车工业中，挤压铸造被应用于生产汽车零部件，如车身结构件、发动机零部件、悬挂系统等。
挤压铸造能够生产出质量优良、精度高的零部件，提高汽车整体性能。
其次，在航空航天工业中，挤压铸造被广泛应用于生产航空发动机叶片、飞机结构件等关键零部件。
挤压铸造能够保证零部件的高强度和高温性能，提高航空器的安全性和可靠性。
此外，挤压铸造还被应用于制造机械设备的零部件和工具。
比如挤压铸造能够生产出高强度、耐磨损的传动轴、齿轮、螺纹和各种模具等工具件，提高机械设备的使用寿命和性能。
另外，挤压铸造还被广泛应用于建筑、电子、电力等领域。
比如在建筑领域，挤压铸造可以生产出抗震、防火性能优良的铝合金门窗、墙板等建筑材料。
在电子领域，挤压铸造可以生产出散热性能好的铝合金外壳、散热片等电子器件。
在电力领域，挤压铸造可以生产出高导热、高强度的铜导线、铝合金散热器等电力设备。
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摘要采用挤压铸造代替压力铸造生产铝合金车轮，不仅克服了压铸件内部容易形成气孔和氧化夹杂的缺陷，而且提高了成品率及材料利用率。
介绍了铝合金车轮挤压铸造的模具结构及设计参数，分析了挤压铸造的工艺参数及选择依据。
关键词：铝合金车轮挤压铸造模具结构
目前，国内卡丁车(类似碰碰车)都从国外进口，其中铝合金车轮是一个重要零件。
过去，国外采用压力铸造生产该铸件，铸件质量差，且成品率低，劳动强度大。
针对该铸件的结构特点和性能要求，如何提高其产品质量、降低原材料消耗、节约能源、提高劳动生产率及降低铸件成本，是当前生产中的关键。
从研制的情况可知，采用挤压铸造代替压力铸造是今后制造铝合金车轮行之有效的工艺。
1车轮材料、要求及铸件设计
图1所示为铝合金车轮零件图。
车轮不仅有较高的性能要求，而且形状十分复杂。
图1车轮零件图
车轮材料的化学成分(质量分数)为：1.5%～3.5%的Cu,10.5%～12.0%的Si,＜0.3%的Mg，＜1.0%的Zn，＜0.5%的Mn，＜1.3%的Fe,＜0.5%的Ni,＜0.5%的Sn，其余为Al。
力学性能要求：σb＞276 MPa,σs＞115 MPa,σ＞4.4%,HB＞92。
该车轮内外形的尺寸精度较高，都应加放加工余量及余块。
按挤压铸造工艺的要求，把形状复杂的车轮零件图设计如图2所示的铸件图。
由该图可见，为便于从铸件内孔脱出及简化模具加工，把原来的阶梯轴孔设计成圆柱形中心孔，其直径为 φ30 mm，内壁斜度为3°［1］。
图2车轮铸件图
2模具结构及设计参数［1］
2.1挤压铸造模具结构
铝合金车轮挤压铸造的模具结构如图3所示。
它主要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。
左凹模和右凹模分别固定在左凹模定模板和右凹模动模板上，左凹模定模板用螺钉紧固在下模板上，右凹模动模板经过侧缸在导柱上实施开启及闭合。
图3车轮挤压铸造模具
1.上模板
2.凸模固定板
3.凸模
4.导柱
5.右凹模
6.右凹模动模板
7.垫板8.下模板9.顶杆镶块10.左凹模11.左凹模定模板
采用2000 kN油压机改装进行挤压铸造，其工作过程是：将定量的合金熔液浇入型槽后，固定在活动横梁上的凸模以一定速度向下挤入型腔，压力达一定数值后保压；铝合金凝固后卸压，凸模通过工作缸的回程向上移动，顶杆镶块通过下顶缸从铸件内向下退出，直到全部脱离铸件之后，再用侧缸开启右凹模，取出铸件。
2.2模具设计的主要参数
(1) 间隙凸模与左、右凹模之间的间隙要适当。
过小则因凸模与凹模的装配误差而相碰或咬住；过大则合金熔液通过间隙喷出，造成事故；或者在间隙中产生纵向毛剌，减小加压效果，阻碍卸料。
合理的间隙与加压开始时间、加压速度、压力大小、工件尺寸及金属材料有关。
根据实际生产经验，单边间隙取0.1 mm。
(2) 脱模斜度合金熔液在凸模压力下凝固成铸件，冷却后紧包在凸模及顶杆镶块上。
为了便于凸模及顶杆镶块脱出，故在凸模及顶杆镶块上设有3°的脱模斜度。
由于铸件外形呈圆状，且分在左、右两片凹模，只要右凹模向右移动一定距离，铸件就易从左凹模取出，故不必设置脱模斜度。
(3) 排气在左、右两片凹模完全闭合后，合金熔液因缓慢地浇入型腔，型腔中气体可基本排出。
挤压铸造时，留在凸模导向部分的少量气体，通过凸模与凹模之间的间隙排出。
(4) 模具材料挤压铸造是在一定的压力和一定的温度下进行的，不存在像压铸模那样受到金属液的冲刷。
工作压力比压铸时高，只要求模具在高温下有一定的抗压强度即可。
另外，为了防止与合金熔液接触的模具表面产生热疲劳裂纹，左右凹模、凸模及顶杆镶块均采用3Cr2W8V合金模具钢制造，热处理后硬度为HRC48～52，型腔表面进行软氮化处理。
3挤压铸造的工艺参数
挤压铸造是铸锻结合的工艺，其生产工艺过程是：合金的熔化、模具的准备(清理、预热、喷涂润滑剂)、金属的浇注、液态金属的加压、压力的保持、压力的去除及铸件的取出等。
为保证铸件质量，须合理选择工艺参数［1～2］。
(1) 比压压力大小对铸件的物理力学性能、铸造缺陷、组织、偏析、熔点及相平衡等都有直接影响。
所以确定成形必须的单位压力是很重要的。
如果比压过小，铸件表面与内在质量都不能达到技术指标；比压过大，对性能的提高不十分明显，还容易使模具损坏，且要求较大合模力的设备。
挤压铸造试验是在2 000 kN油压机上进行的。
试验证明，适合于本铝合金车轮挤压铸造的比压应在50～60 MPa范围内选取。
(2) 加压开始时间从车轮挤压铸造试验的结果来看，其加压开始时的间隔时间过长，铸件的强度及伸长率降低。
现用的开始加压时间是3～5 s，较为合适。
(3) 加压速度挤压铸造要求一定的加压速度，在可能情况下，以加压速度快一点为好。
加压速度快，则凸模能很快地将压力施加于金属上，便于成形、结晶和塑性变形。
但也不宜过快，否则会使部分合金熔液的表面产生飞溅及涡流，使铸件产生缺陷，以及在凸、凹模之间的间隙中流出过多的合金熔液，形成难以去除的纵向毛刺。
因此，必须使凸模缓慢地压入液态金属中。
由于使用的油压机工作进给速度较慢，故利用工作行程的速度进行压制。
(4) 保压时间压力保持时间主要取决于铸件厚度，在保证成形和结晶凝固条件下，保压时间以短为好。
但是保压时间过短，则铸件内部容易产生缩孔，如果保压时间过长，则会延长生产周期，增加变形抗力，降低模具使用寿命。
考虑本车轮的壁厚情况，挤压铸造的保压时间选用12 s左右。
(5) 模具预热温度模具若不预热，合金熔液注入型腔后会很快凝固，导致来不及加压；但预热温度也不能过高，否则会延长保压时间，降低生产率，同时也不利于喷涂润滑剂。
对本车轮挤压铸造模具的预热温度为200～300℃，通常是用煤油喷灯进行加热。
(6) 合金浇注温度浇注温度过高或过低都对合金成形有明显影响。
过低，合金极易凝固，所需单位压力大；过高，易产生缩孔。
必须指出，挤压铸造合金的浇注温度要比砂型浇注温度高。
一般希望把浇注温度控制在比较低的数值，因为挤压铸造时希望消除气孔、缩孔和疏松。
在浇注温度低时，气体易于从合金熔液内部逸出，极少留在金属中，易于消除气孔。
此外，也可减少缩孔形成机会，同时由于浇注温度较低，金属溢出较少，可减少毛刺。
对本车轮挤压铸造的浇注温度选用720～740℃为最合适。
(7) 润滑剂润滑剂的作用是保护模具，提高铸件表面质量和便于从模具内取出铸件。
采用机油石墨润滑剂，即5%的200～300目的石墨粉加入到95%机油中，搅拌均匀即可。
用喷枪喷涂在模具型腔表面上，其厚度为0.05～0.1 mm，过厚会影响铸件表面质量。
(8) 冷却挤压铸造卸压后，一般应立即脱模，故铸件的出模温度较高。
为了防止高温的铸件空冷时在薄壁与厚壁的交界处产生裂纹，应将出模后的铸件立即放入砂堆中，待冷却到150℃以下时再取出空冷。
4结论
在汽车、摩托车及自行车等交通工具零件生产中，世界各国逐渐用铝合金代替钢质材料的系统工程研究是今后长时间需要解决的问题。
铸造技术和热锻技术有机结合，形成先进的挤压铸造成形工艺，在技术上和经济上明显优于压力铸造工艺。
它特别适合于形状复杂、带有多孔或台阶形状类零件的成形，是一种具有较宽的适用性、较大推广价值及很有发展前途的工艺。
作者简介：洪慎章，男，1932年出生，教授，上海交通大学塑性成形工程系，上海华山路1954。