铝车轮3种铸造方法的对比分析及应用前景

 

作者:铝车轮质量协会王孝东秘书长...





背景
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重力铸造

重力铸造是在常压下,液体金属依靠自身重力作用充填金属铸型而获得铸件的一种铸造方法,也是一种最古老的铸造方法。由于金属液在金属铸型中冷却速度较快,因而铸件比砂型铸造的组织致密,该方法工序简单,设备投资少,生产成本较低,适用于中小规模生产。但此方法生产的铝车轮内部质量较差,缩孔缩松较为严重,浇注过程中氧化膜和熔渣等夹杂物易卷入铸件,有时也会卷入气体而形成气孔缺陷,同时金属液的收得率也较低。此方法早期大量采用手工浇注,生产效率低,工人劳动强度大。目前由于工艺技术的进步,采用自动化机器人自动浇注,早起是靠风冷却铸件,现在大部分在工艺上采用水雾冷却,还有部分厂家直接采用水冷却,有效的提升了铸件的内部质量及生产效率,在售后改装市场用铝合金车轮方面,国内有大部分厂家采用此重力铸造工艺。目前世界上直径最大34英寸的重力铸造铝车轮已经在江苏凯特汽车部件有限公司生产出,并在上海光大会展中心举办的第十二届中国国际轮胎博览会上展出了此34英寸的产品。
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低压铸造

低压铸造是用干燥、洁净的压缩空气将保温炉中的铝液自下而上通过升液管和浇注系统平稳地上压到铸造机模具型腔中,保持一定压力(一般为20-60 kPa)直到铸件凝固后释放压力。因在压力下充型和凝固,所以充填性好,铸件缩松少,致密性高。低压铸造确保了保温炉内铝液表面的氧化膜不会被破坏,与其它铸造方法比较,气孔和夹渣缺陷少,产品内部质量好。由于低压铸造利用压力充型和补缩,大大简化了浇注系统的结构,由于没有了冒口,使金属液收得率大大提高,一般可达90%,而金属型重力铸造在50%左右。目前低压铸造已成为铝车轮生产的首选工艺,世界主要OEM铝车轮制造公司RONAL 、BORBET 及国内中信戴卡,立中车轮,万丰奥特等均采用此工艺生产铝车轮。低压铸造法的缺点是在注入铝液、及更换模具后有可能产生工艺废品、设备投资大、低压铸造机使用的陶瓷升液管成本较高且易损坏。较重力铸造方法生产的同类产品毛坯重量轻,机加工切削量比重力铸造相对减少,铝车轮成本相对较低等优点。近年来由于技术的进步,低压铸造已经实现自动化操作,中信戴卡股份有限公司自行设计开发出的低压铸造机已经实现一人最多可以操作12台低压铸造机的自动化生产,工艺更加稳定,劳动效率更高,已经实现数字化、自动化大批量生产,特别适宜于汽车行业大批量制造的需求。秦皇岛鸿通机械有限公司研制出的直接侵没到铝液中的加热保温炉系统及数字伺服加液压系统,较硅碳棒辐射加热方式比较铝液温度更加均匀,使得铸造工艺参数更加稳定,节能效果明显,可以达到50%以上,提升了铸件的内部质量。工艺装备的不断改进引领了中国铝车轮行业的健康持续发展。
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挤压铸造

压铸造也称为液态模锻,是一种集铸造和锻造特点于一体的新工艺,该工艺是将定量的金属液体直接浇入敞开的金属型内,通过冲头以一定的压力作用于液体金属上,使之充填、成形和结晶凝固,并在结晶过程中产生一定量的塑性变形。挤压铸造充型平稳,没有湍流和不包卷气体,金属直接在压力下结晶凝固,所以铸件不会产生气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷,且组织致密、晶粒细化,力学性能比低压铸造件高,产品既有接近锻件的优良力学性能,又有精铸件一次精密成形的高效率、高精度。挤压铸造特别适合于生产汽车工业中的安全性零件,汽车铝车轮是一种要求较高的保安件,金属型重力铸造、低压铸造生产的产品虽能满足使用要求,但整体质量比挤压铸造铝车轮相差一个档次。但由于该铸造方法工艺较难控制,设备投资大,现在还没有大规模采用。目前国内仅有天津立中车轮有限公司、辽宁忠相铝业有限公司少数公司采用此工艺制造商用车用铝合金车轮。
3种铸造方法材料力学性能指标对比数据
应用前景
目前在世界范围内铝合金汽车车轮已经广泛应用,相对与钢制车轮而言,铝合金车轮具有重量轻、造型美观、平衡性能好,特别适合于高速行驶的汽车采用,当今世界范围的节能减排的需要,电动汽车及混合动力新能源汽车需要轻量化,铝车轮作为必选的重要标配部件,已经广泛采用。3种不同的铸造方法生产的铝合金车轮,重力铸造由于设备造价便宜及模具制造费用低,特别适用于批量相对较少的售后改装市场用的铝车轮制造;低压铸造由于综合性能指标优于重力铸造,工艺性能稳定,适合大批量自动化生产,适合给汽车制造厂OEM配套方面采用;挤压铸造由于工艺参数控制方面难度较大,目前还没有大批量采用,仅仅在部分商用车领域有所应用。目前为了进一步提升铸造铝合金车轮的综合性能,采用低压铸造厚轮辋的毛坯,再对轮辋部分进行旋压的铝车轮已经开始批量在汽车厂OEM配套方面逐步采用。对于高端的乘用车及商用车方面锻造铝车轮由于综合性能超出钢制车轮已经开始采用。镁合金车轮及碳纤维车轮目前在部分的高端乘用车及赛车上部分开始采用。

铝车轮作为乘用车车厂家的卖点,几乎在所有汽车厂销售产品样本上都有体现,在德国品牌全系列Audi汽车中,每款车型更是推荐有多款不同尺寸及造型的个性化铝车轮供汽车购买者选择。汽车厂家已经开始提供了个性化的铝车轮。作为世界汽车第一大国的美国,近年来从中国进口铝车轮几乎占中国出口铝车轮的一半以上,2013年在数量接近4000万只。

中国铝车轮行业自1988年中信戴卡成立发展到现在已经有26年历史,目前有4家集团公司年产量超过1000万只,特别是中信戴卡公司年产量已经超过3000万只,位居世界第一,连续3年被美国权威汽车媒体《Automotive News》 (汽车新闻)杂志评定全球汽车零部件配套供应商100强公司,这是中国汽车零部件唯一入选的公司。

2013年中国汽车汽车产销2211.68万辆和2198.41万辆,已连续五年蝉联全球第一。截止2013年底中国汽车保有量已经达到1.37亿辆。特别是伴随着中国汽车改装法规的陆续出台,相信中国铝车轮在售后改装方面将有爆发性的增长,中国铝车轮行业必将成为引领世界铝车轮行业发展的中坚力量。


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