汽车轮毂的制造工艺

1汽车轮毂制造技术班级：机电1302班学号：13221045姓名：师世健指导教师：邢书明2目录一、摘要································3二、汽车轮毂的选材···························31.钢铁材料····························31.1球墨铸铁···························31.2其他钢铁材料·························32.合金材料·····························33.复合材料·····························3三、铸造方法······························31.压力铸造·····························32.金属型铸造····························43.熔模铸造·····························44.低压铸造·····························55.离心铸造·····························5四、工艺方案······························61.零件图······························62.浇注位置·····························63.分型面······························74.砂芯·······························75.浇注系统·····························76.主要工艺参数的确定························77.冒口·······························78.铸造工艺图····························83汽车轮毂制造技术一、摘要轮毂，作为汽车一个重要组成结构，起着支撑车身重量的作用，对汽车节能、环保、安全性、操控性都有着极其重要的影响。对其工作环境及使用要求予以充分分析，对其结构进行合理设计，选取性能优良的材料及适当的加工方法，都是汽车轮毂制造中不可或缺的环节。二、汽车轮毂的选材1．钢铁材料1.1铸铁、铸钢球墨铸铁以其优良的综合力学性能应用在轮毂上，如铁素体球墨铸铁、高韧性球墨铸铁等。但是，由于类似碳素钢轮毂的缺点，以及铸造过程的复杂性和铸造模型所限，轮毂形状难于控制，限制了其应用。1.2其他钢铁材料一些合金钢如加入钛元素的低合金钢，合金元素可以细化晶粒，提高钢的力学性能，使钢具有强度高、塑韧性好、加工成形性和焊接性良好，可以作为轮毂用钢；此外，低合金高强度双相钢，如低碳含铌钢，提高贝氏体含量，可以提高屈服强度，提高扩孔率，也可以用作轮辐和轮辋用钢。在实际应用中的多数钢制轮毂是通过已成型的轮缘和轮盘焊接而成，尽量使自重降低。2．合金材料汽车采用铝合金轮毂后减重效果明显，轻型车使用铝合金轮毂比传统钢制轮毂轻30%-40%，中型汽车可轻30%左右。美国森特来因·图尔公司用分离旋压法制出的整体板材（6061合金）车轮，比钢板冲压车轮重量减轻达50%，旋压加工时间不到90s/个，不需要组装作业，适宜大批量生产。另外，相同外径尺寸的轮毂使用铝合金轮毂抗压强度还有所提高。3．复合材料复合材料是应现代科学技术发展而出现的具有强大生命力的材料。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。三、铸造方法1.压力铸造4压力铸造的实质是使液态金属在高压作用下以极高的速度充填型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的一种方法。采用压铸工艺生产的铸件组织致密、机械性能好、强度和表面硬度较高、铸件的尺寸精确、表面光洁。但传统压铸工艺生产的铝轮毂最大的缺点是不能通过热处理来进一步提高性能，由于液体金属充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中，这些铸件孔隙中的气体在热处理过程中会发生膨胀，使得铸件“起泡”。为使压铸件也能适用于汽车保安件。近年来出现了一些无气孔压铸新工艺，最有代表的是充氧压铸法。充氧压铸法是使压室和压型型腔内的金属液相间的空间充氧置换，并在高速高压下进行压铸，当液体金属充填时，一方面通过排气槽排出氧气，另一方面喷散的铝液与未排出的氧气发生反应，形成氧化铝小微粒，分散在铸件内部，使铸件内不产生气孔。用充氧压铸法生产的铸件，含气量为只有普通压铸法的1/10，可进行固溶处理和焊接。与传统压铸法相比，充氧压铸的铝轮毂具有成品率高，组织致密，良好的拉伸强度和耐疲劳性能等优点。国外该方法已广泛用于铝轮毂的生产，日本轻金属株式会社于1983年开始用此方法大批量生产轿车铝合金轮毂，较采用其它铸造方法生产的同类产品重量减少了15%机加工切削量由原来的2~3mm减少到0.75mm，轮毂价格降低了10%。美国铸锻公司于1982年开始用充氧压铸法生产汽车铝合金轮毂，代替了原来的低压铸造法，并使铝轮毂的重量减轻了18%。由于有较高的机械性能和较轻的重量，充氧压铸铝轮毂用于紧急救援车和高级车辆是十分理想的。2.金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定；铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30%；不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100%；此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如：金属型制造成本高；金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷；金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。解决这些缺陷可以尽量选用成本较低的金属制造模型，并在型腔内留出透气孔，但因为其制造成本太高，还是不宜应用于汽车轮毂的制造。3.熔模铸造熔模铸造又称失蜡法。失蜡法是用腊制作所要铸成器物的模子，然后在蜡模上涂以泥浆，这就是泥模。泥模晾干后，在焙烧成掏模。一经焙烧，蜡模全部熔化流失，只剩陶模。一般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口灌入铜液，冷却后，所需的器物就制成了。熔模铸件尺寸精度较高,当然由于熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素较多，例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等，所以普通熔模铸件的尺寸精度虽然较高，但其一致性仍需提高。压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属5直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高。熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。熔模铸造方法的另一优点是，它可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。熔模铸造的缺点是工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg以下。而且铸造出来的零件强度不高，所以该方法不适合制造汽车轮毂。4.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向上压到铸造机模具型腔中，保持一定压力，一般为20~60kPa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。该法中，坩埚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充，大大简化了浇冒系统的结构，使金属液收得率大大提高，一般可达90%，而金属型重力铸造仅40%~60%。目前低压铸造已成为铝轮毂生产的首选工艺、日本的丰田汽车公司、东京轻合金制作所、美国福特汽车公司等均采用此工艺生产铝轮毂，国内的铝合金轮毂制造企业多数也采用此工艺生产，现有数十家企业用低压铸造工艺生产铝合金汽车及摩托车轮毂。低压铸造法的缺点是铸造时间较长、加铝料、换模具费时间、设备投资大、低压铸造机使用的升液管成本较高且易损坏。5.离心铸造离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。离心力使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面；不用型芯能获得圆柱形的内孔；有助于液体金属中气体和夹杂物的排除；影响金属的结晶过程，从而改善铸件的机械性能和物理性能。优点是几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗，提高工艺出品率；生产中空铸件时可不用型芯，故在生产长管形铸件时可大幅度地改善金属充型能力，降低铸件壁厚对长度或直径的比值，简化套筒和管类铸件的生产过程；铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能高；便于制造筒、套类复合金属铸件，如钢背铜套、双金属轧辊等；成形铸件时，可借离心力提高金属的充型能力，故可生产薄壁铸件。缺点是用于生产异形铸件时有一定的局限性。铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差，加工余量大；铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生比重偏析的铸件(如铅青铜)，尤其不适合于铸造杂质比重大于金属液的合金。所以不适合汽车轮毂的制造。四、工艺方案1.零件图：62.浇注位置：为了保证铸件质量，必须把最重要的加工面在浇注时向下或直立状态。由于零件内部安装轴承，尺寸精度比较高，因此，应将两圆柱面呈直立状态，同时从顺序凝固的原则出发，将厚大部位放在上面，以便于安放冒口，得到顺序凝固。所以本件的浇注位置如图所示。冷却位置与浇注位置一致。3.分型面：如图所示铸件大部分在同一铸型内，能够保证其尺寸精度，下芯也便于检查，同时满足合箱，浇注，冷却位置一致，采用侧浇，切向引入改善了浇注时的充型不平稳，减少了冲击，防止了冲砂缺陷的产生，上、下箱相差不大，造型简单。缺点是有一个砂芯复杂，7要求高，模样加工困难。4.砂芯：根据铸件结构和已选定的分型面，必用两个5.主要工艺参数的确定：根据实际生产情况，确定该件的收缩率为2%。由于铸件的精度要求较高，确定该件的精度为Ⅰ级，尺寸偏差为±2.5mm，重量偏差8%。按一级精度铸件并考虑实际情况，确定加工余量，具体数值见铸件工艺图。按零件图尺寸采用增厚法，确定拔模斜度为1º30'-2º。6.浇注系统：浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。浇注系统截面积大小对铸件质量影响很大，截面积太小，浇注时间长，可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面积过大，浇注速度快，又可能收起冲砂，带入熔潭和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。为了使金属液以适宜的速度充填铸型，就必须合理确定浇注系统的面积。7.冒口：铸件法兰与轮毂体交接处形成热节，容易产生分散性的缩松，严重降低铸件的机械强度。该件在汽车工作时是个受力件，其技术条件要求铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷，所以在铸件上必需