铝合金车轮低压铸造工艺Word格式.docx

1、我们教材面向的对象主要是我们公司的员工，所以对工艺技术的介绍是有 针对性的，介绍的方法也是不一样的。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

2、，不用冒口，浇口也很小。所以金属的利用率高。汽车铝合金车轮的结构特征：汽车铝合金车轮有大有小，有正偏距，有负偏距，有 二片式，有三片式，都是圆形铸件，轮缘是均匀壁厚，面积比较大，轮辐比较厚，轮辐和轮缘交接处热节都比较大。而铝轮毂的浇注系统只有一个小浇口，没有冒口。轮辐多 半作为横浇道，但是轮辐的位置是由轮毂的结构所决定的，不是由铸造工艺的设计者来决定的。因此偏距小，或负偏距车轮，会让铸造工艺设计者很头痛。然而轮毂的正面为 装饰面，一般要求较高，要求精加工、车亮面、抛光、电镀，而低压铸造正好可以把轮毂的正面放在下模，放在浇口的旁边，在压力下结晶，得到致密的组织。使得低压铸造 轮毂正面加工以后，表

3、面质量，表面光洁度都比较好。工艺设计之前，轮毂设计之初，需考虑与轮毂相关的几个基本内容。首先要正确的 计算结构强度，这是影响到它生产出来以后安全使用的问题，另一个重要问题是否方便于铸造工艺，是否有利于机加，抛光和电镀，是否有利于减少废品降低成本，提高铸件整体质量，设计一款美观的车轮是不能不考虑它的铸造、加工工艺性的。模具设计之前工艺方案是重大的原则问题，方案错了，整个模具设计将全功尽废， 如果设计不当，不从铸造工艺角度上去考虑，会极大地影响铸造厂去生产出完美的致密的铸件来。所以在确定模具的设计方案之前，要请专家和现场工作者进行评审。根据产 品结构的特点（要注意完全符合顺序凝固条件的产品结构是很

4、少的）评审出一个能创造顺序凝固条件的模具设计方案。模具设计者要深黯与FS:PAGE之相关的铸造设备和铸造工艺，设计者要多到现场去请现场的工作者指导。动手设计时要对以下方面进行考虑：1. 在轮毂的零件图上画出轮毂各部份的加工余量；2. 在上下模和型芯各个部位，需要考虑适当的拔模斜度；3. 为了考虑铸件的顺序凝固，对铸件壁厚要通过补贴调整圆角，减小热节等措 施来尽量符合壁厚梯度原则，还要在铸件补缩的距离上给予适当的壁厚考虑，在必要的地方要考虑风冷或水冷，总之整个模具从轮缘到浇口要创造一个顺序凝固的温度 场。4. 铸型的排气，特别在大平面或死角部分；5. 在铸件的凸台部份考虑是否用铜块，增加冷却速度

5、；6. 工艺设计时，还须考虑机加时工件的装夹和定位点； 有关模具设计的问题在另一节再详细介绍。低铸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。下达模具的生产编号以后，要检查模具的组装配合尺寸，特别是工厂有几千套模具，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。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 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

6、的金钢砂。如图 1 所示。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。图 1 喷砂 图 2 涂料的配比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

7、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。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）.

8、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，涂料是当前唯一可用的法宝；（8）. 涂料有利于脱模，特别是石墨涂料 DYCOTE 11#涂料，可以减

9、少飞边的产生和 粘铝。5. 涂料FS:PAGE性能和配比我们使用的涂料基本上是深圳派瑞克有限公司研制的 DY08（39#），DY05（34#）。 涂料都是水基耐磨性涂料，是以隔热性的无机晶质材料及粘结剂为主要成份，经特殊工 艺制成的糊状，经调配喷涂以后在模具表面形成一层保护组织，DY08（39#）由于颗粒特别细及耐热性能良好，有较强的粘附性，常用其为打底涂料。DY05（34#）是一种含 有高效保温材料的涂料，通过调整喷涂不同的厚度，可使模具形成合理的金属结晶的温度场，有利于金属的顺序凝固，此涂料常作为铸型的面料。上述两种涂料是两种功能互补的涂料，两者配合使用才能发挥最佳的效果。涂料的选择应考虑

10、如下事项：（1）. 涂料的粘结力：涂料应具有一定的粘附强度，能牢固地粘附在金属型的表面上， 在充型时铝液的冲刷和剧烈的温度变化下不开裂，不脱落；（2）. 涂料的颗粒度：涂料的颗粒度越细，铸件的表面越光洁，脱模阻力越小，但涂 料的排气性差；（3）. 涂料的流动性：涂料应有足够的流动性，便于喷涂于型腔表面，或涂刷于型腔 表面；（4）. 涂料的导热性：根据工艺要求，往往型腔表面的不同部位喷不同的涂料，调节 铸件的顺序凝固；（5）. 涂料的配比：39#涂料；一份 39#原液加 4 份水，将涂料和水加入搅拌桶搅拌 8?10 分钟。34#涂料：一份 34#原液 3 份水，将涂料和水按比例加入搅拌桶，搅拌

11、8? 如图 2 所示。涂料的配比应注意如下事项：. 配制好的涂料使用时间不超过 8 小时。. 涂料稀释的浓度需要在实践中积累。涂料太浓，涂层容易喷厚，表面粗糙和结 疤。涂料太稀，型腔不容易上涂料。以广州必达新技术研究有限公司的涂料为例，DY05（34#）涂料稀释至波美度 20?30 为宜；DY08（39#）涂料稀释至波美度 25?28 为宜。将准备好的模具送入加热炉内进行加热至 350?400，保温 3 小时以上，然后再进 行喷涂操作。模具从炉中取出来，用砂纸或钢丝刷清理干净型腔表面的烟尘脏物，然后 用风枪喷净模具表面的灰尘。喷涂料的时候要求模具温度范围在 180?250之间，不能低于 170

12、；如果模具温 度较低，水份不容易挥发，涂料易积水，涂料的粘附力差，涂料易脱落，影响铸件质量。 如图 4 所示。图3 模具的预热图 4 喷涂料除涂料的成份外，喷涂的方法也很重要，喷涂方法是否恰当，对涂层质量产生影响，进而也影响铸件质量和铸件合格率。喷涂料的喷枪咀距喷涂表面距离 230 ，喷咀太 近，涂料容易堆积，涂层易积水，喷嘴太远，涂料粘结不牢。涂层最好是 35 层叠加式 的薄层组成，而不是 12 层厚涂料组成，通常情况下，涂层的厚度为 0.070.2 。喷涂 时一定要平稳，要成雾状，不断的移动，不能喷一喷停一停。上、下、侧模先用 39#涂料作为底层涂料， 34#涂料作为面层涂料起主要保温作用

13、，上模由内到外，侧模由下到上，按照顺序凝固的要求控制厚度，一般距离浇口越远的部 位涂料的厚度越薄。下模无特殊要求不允许喷 34#涂料。下图是工艺装配图，开机前必须处理好下面几道工序；（1）. 保温炉在使用以前，要缓慢升温烘烤，分阶段进行升温。耐火材料筑成的保温 炉，低温烘烤阶段，温度 150300，烘烤时间不得少于一周，将保温炉内的水份烘干。 加入铝水以前，保温炉应加热到 680750。图 5 铝轮毂低压浇铸工艺装配图（2）. 保温炉在加入铝液以前，必需清理炉门，把炉膛中的残渣清理干净，不得有杂 物，氧化渣和熔渣。（3）. 保温炉如不生产（7 天）不准断电，超过 24 小时不用时，须将铝液舀空

14、。设定于 400?500之间保温。过节假日（7 天），将保温炉断电，再次开机生产时FS:PAGE要提前 三天通电保温。（4）. 开机前要检查保温炉的密封情况，不得有漏气。升液管是铝液充型的通道，也是铸件补缩通道，升液管的好坏对低压铸造工艺的实 现有重要影响。（1）. 新的陶瓷升液管在使用以前应检查是否漏气，漏气的升液管不能使用。（2）. 升液管在使用前，必须用天然气枪加热到 200?300方可放入低压机保温炉内， 升液管法兰盘下面必需垫好石棉垫圈,小心地将升液管放入保温炉内，以防铝液溅出伤 人。如图 7 所示。（3）. 正在使用的陶瓷升液管最好每天清理一次熔渣。（4）. 升液管的长度，升液管装

15、到炉上以后，图 5 升液管的预热其下端离炉底不应 小于 50?100 ，因为保温炉底部沉积有非金属熔渣，距离太近时容易在充型时将沉积 在底部的非金属熔渣卷入铸型 。其沉积的熔渣主要是氧化铝,还有 Si、Ca、Ba、等夹杂 物。（5）. 升液管的直径应比模具浇口的直径大，才能达到良好的补缩效果。有些厂轮毂 只在 15左右，已经改用内径80mm 的升液管，效果很好。我们工厂生产的 主要是 1828的大轮毂，更应该及早改用80mm 的升液管和浇口套。对充型时增加流 量，保压时增加补缩效果是有好处的。参考图 5。图 6 升液管 图 7 烤升液管（1）. 模具预热：模具喷好涂料以后，再进行组装，浇注前还

16、需进行预热，预热温度为 300左右。（2）. 模具的安装 用叉车将模具运至机台进行安装，模具固紧以后，检查上下模与侧模间隙0.3 ，按顺序连接冷却（水、风）管，试通水通风，至全部情况良好。（3）. 设备的准备 检查调试低压铸造机侧模油缸，上模油缸运转是否正常，有无漏油，温控，气控是否正常。低压铸造机的气体压力不低于 0.55MPa,模具冷却水压力不低于 0.25MPa。（4）. 文件的准备铸件图和工艺规程，了解熟悉铸件的特点和加压规范。低铸模具使用跟踪卡，压铸 监控记录表，低压铸造工艺卡，如图 8，设备点检表，测氢记录单。低压铸造工艺卡片是技术下达的操作规程，操作手必须按照执行。考虑到低压铸造

17、 现场变化因素较多，如加铝水，上模、烤模，喷涂料后温度变化都比较大，有些参数有 必要进行一些微调，工艺卡上附上了偏距，铸件重量和轮廓尺寸，为了让操作手更好地 控制铸型的循序凝固的条件，还附上一张工装图，便于操作手了解各个冷却点。低压铸造工艺卡片格式见图 8 所示：（5）. 模具加热 用环状烤模器放置于下模中心位置，上模调整到刚刚接触到烤模器的位置，侧模合拢，注意不要压坏烤模器或损坏模具。天然气引燃后，将火焰调整至蓝色完全燃烧状态下烤模。烤模 20-40 分钟，模具温度要根据轮毂的要求而定，一般要到 400左右。模 具的测温有热电偶式、红外线、接触式。现场的管理员工艺员都知道模具温度和合金温 度

18、一样是低铸工艺中的重要参数，极其敏感地影响着铸件质量。如图 2-9 所示。（6）. 烤浇口烤完模具以后还要烤浇口 5?这是当前铝轮毂模具采用铁浇口所特有的工 序。这个工序不单在开始的时候，就是在生产过程中由于某种原因停止了连续生产，事 后也不能忘了烤浇口。否则容易产生堵塞浇口的事故，停机或模具下机，严重影响生产。有些轮毂有较大的热节或较厚的轮辐，想延长增压时间，消除缩松。可铁浇口这部份冷 却较快，有一定的局限性。它严重的制约着压力下结晶的工艺措施。目前有些轮毂在前序 x 光检查过关，在后序电镀，抛光时发现轮辐与轮辋附近有 45 级针孔，有些轮辐的表面上，也有大面积的 34 级的缩松， 其实质，

19、都是显微缩松（有些形状象苍蝇脚）。 这些现象，不是浇口过早凝固就是模具的工艺措施未能达到顺序凝固的条件，铝液的补 缩通道被切断了，让尚未完全凝固的热节不FS:PAGE能在压力下结晶，只能在自然的状态下大面 积同时凝固，这也是热节部位显微缩松产生的主要原因之一。冻浇口是低压铸造工艺的通病，曾经有人设计在浇口周围用电热套进行保温，也有 采用耐火材料，石棉板套，加大升液管和浇口直径的比例，都起过良好的作用。图 9 模具的加热图 10 测氢（7）. 铝液的控制； 开机前要检查保温炉内铝液的化学成份，了解合金的含气量（测氢密度2.45/），浇注时铝液温度应控制在 685?710范围内。铝轮毂低压铸造浇注

20、温度确定的原则是：在保证铸件成形的前提下，浇注温度越低越好。浇注温度高，对轮毂的轮辋成形有利， 但对轮辐的热节缩松倾向大，结晶晶粒也粗大，降低了轮毂的机械性能。当然，也不能过份地降低浇注温度，否则轮毂下部分的轮辋会过早凝固，失去压力下结晶的机会。图11 加压规范几种类型各段加压曲线 计算各段压力速度的时候，要注意下列各点： 计算压力的公式：p=h/10200P?充型压力（MPa），如不用换算系数 10200，就可以用 mbar。换算系数 10200 为 单位换算系数（g/N）H合金上升到某一段的高度（）合金液的密度（g/），铝硅合金可用 2.4充型阻力系数 11.5（h1）为补偿压力，它与轮型

21、和各种机型的炉膛面积有关。（1）. 升液高度、压力和速度 升液高度包括：浇口、陶瓷浇口套、升液管部分的液面到升液管端口再加上每浇一个铸件液面下降的高度。升液阶段需要的压力为升液总高度乘铝液比重和阻力系数。升液速度一般不宜太快,控制在 13?40mbar/s。在确保完成充填成型的基础上，升液速度慢些有利于型腔中气体能充分排出。（2）. 充型段压力速度的控制 这里着重讨论铝轮毂低压铸造工艺问题，铝轮毂是圆形的，有较大面积的薄壁轮辋、较厚的轮辐，浇注时轮辋垂直，轮辐水平，浇口在中间。轮毂的正面亮面，一般朝下。轮毂正偏距的多，负偏距的少，所以轮毂的重量多半在下部份的多。铝液从浇口出来开 始充型时，有很

22、长一段时间，液面上升很小，与炉膛的压差越来越大，流速越来越快。为了充型的平稳，必须有恒定的流量。BC 段于每秒 2040mbar 的速度，时间 3 秒， 然后的充型速度就按照 CD 线。它的时间 t3 是根据铸件的特点来定，它还应该包括铝 液充满铸型后的结壳时间。D 点压力的考虑是（h4+h1），其中阻力系数应设为 1.2 左 右，还要考虑 5?10mbar 的安全系数。充型段的速度要根据不同轮毂的特点来设定，充型速度要适中，速度过快过慢都影响着铸件质量，工艺上要求压力准确，速度适中，有再现性，操作手们要认真控制，相 对稳定那些不断变化的参数，阻力系数，补偿压力等都不能忽略不计。充型结束时 D

23、 点的压力过小，轮毂浇不满，过大，铸件有飞边或跑火，甚至影响出 型或轮毂变形。图 12 各段加压曲线阶段参数-各阶段的加压过程-A-B 升液阶段-B-C 第一充型阶段-C-D 第二充型阶段-D-E 增压阶段-E-F 保压阶段-E-F 释压冷却阶段时间 S-t 1-t 2-t 3-t 4-t 5-t 6压力mbar-P1=（h1+h2）?-P=X+p1-P2=（h1+h4-根据工艺 要求-根据工艺 要求-趋于 0加压速度mbar/s-1=p1/t1-2=x/t2-3=pp1?x/t3-4=（p3?p2）/t4-（3）. 增压压力增压线 DE，其压力为 7001000mbar，t4 为 36 秒，

24、铸件能在压力下结晶，其组织 致密，机械性能好，减少缩松。比金属型冒口的压力高 4?5 倍。这是低FS:PAGE压铸造的特点。 有些操作手掌握不住铝液充满铸型时的压力 D 点和时间 t3。增压的起点压力偏高，时间 被延长。加上 v4 增压速度太慢，会延误铸件在压力下结晶的机会。汽车铝合金车轮的 轮缘比较薄，轮毂的下边轮缘先浇满，先凝固，（特别是偏距小或反偏距的轮毂）。如果 轮毂的充型时间达 60 秒左右，轮缘的下半边都失去了压力下结晶的机会。轮缘的下半 部分就会出现显微缩松，针孔，气孔和夹渣等缺陷。（4）. 保压时间保压时间决定于铸件结构，铸型和铸型条件，即铸型的冷却条件。汽车铝合金车轮 在浇注

25、时，在铝液温度和铸型温度相对稳定的基础上，决定于铝合金车轮热节的凝固时 间，而且要考虑浇口到热节的顺序凝固条件，浇口一定要保证比热节后凝固，如果浇口先凝固，或作为通道的轮辐先凝固，轮毂的热节处就会出现缩松。如果保压时间太长， 容易冻浇口。浇口的保温是延长保压时间的关键。（5）. 释压延时冷却一般释压以后，要延时 1?2 分钟。待铸件完全凝固再开型 以免铸件变形，或拉伤。（6）. 铸件的冷却 铸件的冷却时间，从增压结束就应该开始，根据铸件的特点和顺序凝固的要求，首先应从轮毂的轮缘上端开始吹风，然后是轮辋和轮辐交接处的热节，轮辐是影响热节处 是否缩松的关键地方，一般是先保温后冷却。轮盘中心部分的浇

26、口是最后冷却。整个轮 毂的凝固过程能不能形成顺序凝固的温度场，常常决定于模具在顺序凝固方面设计的合 理和浇口的保温时间。参考下面模拟例子： 第一步了解掌握如下的参数：（1）. 要有一张轮毂铸件图，了解该轮型的特点：如 ET?15.3；规格：229.5；重量：23kg；轮廓尺寸：532270；陶瓷浇口套高 250mm。图 13 各段加压曲线的设计（2）. 那种机型上浇注?这个件假如决定在德国机型上浇注.液面至升液管法兰端口高900 mm。（3）. 升液管的内径60mm。（4）. 铝液比重 2.4。 第二步了解升液高度，计算压力和时间：从图中可以看到：A?B 为升液段落，它的高度为 90+25=1

27、15cm 加 h1，h1 为每浇铸 一次液面下降的高度。按 前 面 的 公 式 换 算 成 压 力 为 115 2.4=276mbar（ 按 实 际 情 况 还 要 加 阻 力 系 数（1.11.5）。升液的时间可以参考 v1=20?100mbar/s，本件采用 50mbar/s，共 5.5 秒。 第三步考虑第一充型段的压力。第一充型段的压力曲线 B?C，是炉膛压力从 276mbar 上升到 326mbar，2.5 秒，速度 v=50/2.5=20mbar/s。而这时型腔液面只是水平填充轮辐和向下填充车轮的下轮辋，在相 当一段时间内，液面高度不上升。压力从 B 点上升到 C 点，形成了一定的压

28、差，压差 大，流量也大，这个铸件选用压差 55mbar 左右，其流量为 1.55kg/s 左右，设定时间为15 秒可以填充 23kg，充满铸型。第二充型段 C?D，从 C 点开始炉膛压力变化很小，保持相对稳定的差压和相对稳定 的流量填充铸型，充型的流量和时间必须在调试中调整。第四步是考虑 D 点的压力。从图上看充满铸型的压力 D 点 1360+2.4=326mbar。设补偿压力 h1 为 4mbar，安 全系数为 10mbar，D 点的压力应为 326+4+10=340nbar，阻力系数要根据铸件特点来设定。这一 D 点的压力和时间是决定铸件是否充满，计算准确可以减少飞边或跑火，也影响结壳时间，快速增压的起点时间。增压时间的早晚对铸件质量起着非常重要的作用， 这一点宜早不宜晚，宜快不宜慢，但必须建立在恰当的合理的充型压力和充型时间上。第五步是 D?E 段。可以留 35 秒的结壳时间，这一段压力不能停，要于 CD 线的斜率继续延时。从图 上可以看出从 DE，压力是从 340 到 345mbar。第六步是 E?F 段。是快速增压段，一般用 3?5 FS:PAGE秒压力上升到 700mbar 左右，有准确的 D 点和 E 点的保 证