汽車輪轂的制造工藝

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1、汽車輪轂的制造工藝（總6頁）本頁僅作為文檔封面，使用時可以刪除This document is for reference only-rar21year.March汽車輪轂制造技術班級：機電1302 班學號：姓名：師世健指導教師：邢書明目錄一、摘要3二、汽車輪轂的選材31. 鋼鐵材料31.1球墨鑄鐵31.2其他鋼鐵材料32. 合金材料33. 復合材料3三、鑄造方法31. 壓力鑄造32. 金屬型鑄造43熔模鑄造44. 低壓鑄造55. 離心鑄造5四、工藝方案61. 零件圖62. 澆注位置63. 分型面74. 砂芯75. 澆注系統76. 主要工藝參數的確定77. 冒口78. 鑄造工藝圖8汽車輪轂制造

2、技術一、摘要輪轂，作為汽車一個重要組成結構，起著支撐車身重量的作用，對汽車節能、 環保、安全性、操控性都有著極其重要的影響。對其工作環境及使用要求予以 充分分析，對其結構進行合理設計，選取性能優良的材料及適當的加工方法， 都是汽車輪轂制造中不可或缺的環節。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良的綜合力學性能應用在輪轂上，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，以及鑄造過程的復雜性和鑄 造模型所限，輪轂形狀難于控制，限制了其應用。1.2 其他鋼鐵材料一些合金鋼如加入鈦元素的低合金鋼，合金元素可以細化晶粒，提高鋼的力學 性能，使鋼具有強度高、塑

3、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，如低碳含鈮鋼，提高貝氏體含量，可以提 高屈服強度，提高擴孔率，也可以用作輪輻和輪輞用鋼。在實際應用中的多數 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，比鋼板沖壓車輪重量減輕達 50%，旋壓加 工時間不到90s/個，不需要組裝作業，適宜大批量生產。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復合

4、材料復合材料是應現代科學技術發展而出現的具有強大生命力的材料。由于復合材 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、受力構件、傳動軸、發動機架及 其內部構件。三、鑄造方法1. 壓力鑄造壓力鑄造的實質是使液態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。采用壓鑄工藝生產的鑄件組織致密、機械性能好、強度和表面硬 度較高、鑄件的尺寸精確、表面光潔。但傳統壓鑄工藝生產的鋁輪轂最大的缺點是不能通 過熱處理來進一步提高性能，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

5、些鑄件孔隙中的氣體在熱處理過程中會發生膨脹，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 壓型型腔內的金屬液相間的空間充氧置換，并在高速高壓下進行壓鑄，當液體金屬充填 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生反應，形成氧 化鋁小微粒，分散在鑄件內部，使鑄件內不產生氣孔。用充氧壓鑄法生產的鑄件，含氣量 為只有普通壓鑄法的 1/10，可進行固溶處理和焊接。與傳統壓鑄法相比，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點。國外該方法已廣泛用 于鋁輪轂的生產，日本

6、輕金屬株式會社于 1983 年開始用此方法大批量生產轎車鋁合金輪 轂，較采用其它鑄造方法生產的同類產品重量減少了 15%機加工切削量由原來的 23mm 減少到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 機械性能和較輕的重量,充氧壓鑄鋁輪轂用于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,可以反復使用多次（幾百次到幾千次）。金屬型鑄造目前所能生產的 鑄件,在重量和形狀方面

7、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：在技術上與經濟上有許多優點。金屬型生產的鑄件,其機械 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,而且質量和尺寸穩定；鑄件的工藝收得率高,液體金屬耗量減少,一 般可節約1530%;不用砂或者少用砂，一般可節約造型材料80100%；此 外,金屬型鑄造的生產效率高；使鑄件產生缺陷的原因減少；工序簡單,易實 現機械化和自動化。金屬型鑄造雖有很多優點，但也有不足之處。

8、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，對鑄件的質量的影響甚為敏感，需要嚴格控制。 解決這些缺陷可以盡量選用成本較低的金屬制造模型，并在型腔內留出透氣 孔，但因為其制造成本太高，還是不宜應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，然后在蠟模上涂以泥漿， 這就是泥模。泥模晾干后，在焙燒成掏模。一經焙燒，蠟模全部熔化流失，只剩陶模。一 般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

9、物就制成了。熔模鑄件尺寸精度較高,當然由于熔模鑄造的工藝過程復雜，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，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 以可減少機械加工工作，只是在零件

10、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，不必機械加工即可使用。由此可見，采用熔模鑄造方法可大量節 省機床設備和加工工時，大幅度節約金屬原材料。熔模鑄造方法的另一優點是，它可以鑄 造各種合金的復雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發動機的葉片，其流線 型外廓與冷卻用內腔，用機械加工工藝幾乎無法形成。用熔模鑄造工藝生產不僅可以做到 批量生產，保證了鑄件的一致性，而且避免了機械加工后殘留刀紋的應力集中。熔模鑄造 的缺點是工序繁雜，生產周期長，原輔材料費用比砂型鑄造高，生產成本較高，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

11、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平 穩地向上壓到鑄造機模具型腔中，保持一定壓力，一般為2060kPa 直到鑄件凝固后釋放 壓力。因在壓力下充型和凝固，所以充填性好、鑄件縮松少、致密性高。該法中，坩堝表 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，產品內部質量好。由 于低壓鑄造利用壓力充型和補充，大大簡化了澆冒系統的結構，使金屬液收得率大大提 高，一般可達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

12、產鋁輪轂， 國內的鋁合金輪轂制造企業多數也采用此工藝生產，現有數十家企業用低壓鑄造工藝生產 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、設備 投資大、低壓鑄造機使用的升液管成本較高且易損壞。5.離心鑄造離心鑄造是將液體金屬注入高速旋轉的鑄型內，使金屬液在離心力的作用下充 滿鑄型和形成鑄件的技術和方法。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孔；有助于液體金屬中氣 體和夾雜物的排除；影響金屬的結晶過程，從而改善鑄件的機械性能和物理性 能。優點是幾乎不存在澆注系統和冒口系統的金屬消耗，提高工藝出品率；生產中 空鑄件時

13、可不用型芯，故在生產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過程；鑄件致 密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性能高；便于制造筒、套類復合金屬鑄 件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等；成形鑄件時，可借離心力提高金屬的充型能 力，故可生產薄壁鑄件。缺點是用于生產異形鑄件時有一定的局限性。鑄件內 孔直徑不準確，內孔表面比較粗糙，質量較差，加工余量大；鑄件易產生比重 偏析，因此不適合于合金易產生比重偏析的鑄件（如鉛青銅），尤其不適合于鑄造 雜質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：為了保證鑄件質量，必須

14、把最重要的加工面在澆注時向下或直立 狀態。由于零件內部安裝軸承，尺寸精度比較高，因此，應將兩圓柱面呈直立 狀態，同時從順序凝固的原則出發，將厚大部位放在上面，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，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，采用側澆，切向引入改善了 澆注時的充型不平穩，減少了沖擊，防止了沖砂缺陷的產生，上、下箱相差不 大，造型簡單。缺點是有一個砂芯復雜，要求高，模樣加工困難。4. 砂芯：根據鑄件結構和已選定的分型面，必用兩個5. 主要工藝參數的確定：根據實際生

15、產情況，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2.5mm，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130-2。6. 澆注系統：澆注系統由澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道組成。澆注系統截 面積大小對鑄件質量影響很大，截面積太小，澆注時間長，可能產生澆不足、 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的面積。7.冒口：鑄件法蘭與輪轂體交接處形成熱節，容易產生分散性的縮松，嚴重降低鑄件的 機械強度。該件在汽車工作時是個受力件，其技術條件要求鑄件內部不得有縮 孔、縮松等缺陷，所以在鑄件上必需設置一定數量的冒口以消除縮孔、縮松。 8.鑄造工藝圖：