铝合金铸造生产技术探析

铝合金铸造生产技术探析

蒋才坚

广东肇庆动力金属股份有限公司526020

摘要：铝合金铸件生产是一个很古老的行业，但铝合金铸件的大量生产应用是从50年代开始的。铸压生产是向各个行业提供机械零件的主要途径之一。随着我国交通运输业向现代化、高速化方向发展，交通运输工具的轻量化要求日趋势强烈，以铝代钢的呼声越来越大，特别是轻量化程度要求高的飞机、飞航器等，经过几十年的现代化改造，无论在工业装备上，模具设计和铸造上，生产工艺和技术上，还是在产品品种规格、生产规范模型和质量等方面都得到了飞速发展。

关键词：铸造；铝合金；技术

0前言

随着社会的发展和科技的进步，汽车已成为现代人的生活必需品之一，融入到人们生活的各个方面。根据有关数据显示，2014年世界范围内汽车保有量达12亿辆，其中中国汽车保有量为1.54亿辆居世界第二。汽车保有量的持续增长，不仅使汽车工业的快速发展和汽车。汽车市场的空前绝后，同时也带来了道路交通安全、环境污染和资源消耗等问题，解决这些问题最为有效的途径之一就是汽车的轻量化。[1]汽车轻量化是通过对先进的加工技术和新型轻量化材料的开发和应用，实现对产品结构的优化设计与性能的提升。

铝合金是铸造汽车轮毂的材料中表现出极为突出的一种，对铝合金汽车轮毂的研究和开发也是实现汽车轻量化的有效途径之一。铝合金轮毂出现在20世纪20年代，由砂型铸造生产而成并应用于赛车上。20世纪30年代，出现了钢铸花纹车轮与铝合金花纹车轮相结合的车轮，为铝合金车轮的发展奠定了基础。

二次世界大战和世界性的能源危机对汽车“轻量化”提出了迫切的需求，铝合金车轮开始用于普通汽车。1958年，整体铸造的铝合金车轮诞生，之后不久铸造铝合金车轮问世界。1972年，铸造铝合金车轮在双门小轿车上得到了批准安装，标志着铸造铝合金车轮的批准量应用于汽车的新局面。[2]我国对铝合金车轮的研发、生产与应用是从20世纪80年代中期开始的，经过近三十年目前全世界范围内的铝合金汽车轮毂已被广泛认可与接受，由于各国的积极参与研究开发，铝合金轮毂的生产技术得到不断发展。但随着人们对汽车更安全、更舒适、更美感要求的不断提高，铝合金轮毂的生产技术得到不断发展。目前，国内外铝合金轮毂成型方式使用较多的主要目的是为了重力铸造成型、低压铸造成型、低压铸造成型、低压铸造成型等。一个成本过高，大限铸备了其生产和应用的通用性，而使用最多的低压铸造方式在生产19英寸以上的大直径轮毂时会产生较多的缺陷，造成废品。除了在成型方式上，铝合金轮毂生产技术上还存在其他的不足，比如在铝合金轮毂的劳动强度检测环节中，传统的生产调试方法经过繁琐，为获得获得合适的轮毂结构尺寸或生产工艺参数，一种产品甚至需要上百次试验，耗费大量的人力，传统的铝合金轮毂的检测方法无法精确识别轮毂件的各种缺陷，使大量存在于质量隐患的产品流入市场，造成安全隐患。在基础上，详细介绍了解决上述问题的先进技术及相关的铸造工艺，并对铝合金汽车轮毂生产技术的发展趋势进行了展望。

一、铝合金铸造的优越性

（一）铸造生产是向各行业提供机械零件铸造的主要途径之一，铸造生产的优越性在：它不但是获得机械零件的形状，而且能够改善材料的内部组织，提高力学性能。一般来说来讲讲，对于受力大、力学性能要求高的重要机械零件，许多采用铸造方法来铸造。近几年来。大量使用铝及铝合金机件和模架代替原来的钢结构件，如飞机结构件几乎全部采用铝合金模架；汽车轮毂、保险话、底座大梁；坦克的载重轮；火车的气缸和活塞裙；木机械机体；直升机的动环和不动环；纺织机械的机座、轨道和线板等。[3]由于铝合金铸件具有一系列优良特性，其应用范围越来越广，市场潜力巨大，应用前景很好。特别是在铸造飞机关键部件和汽车车轮方面有广泛的应用场景。

（二）铝合金铸造是轻量化的理想材料

由于铝及铝合金性能优异，因此其已广泛应用于机械、汽车、轨道交通、船舶、建筑、桥梁、化工、电力、电子、仪表、五金以及家庭生活用品等各个领域。铝合金的塑性好，可加工成各种形状复杂的高精度五金件，机械加工余量小，仅为铝合金拉板加工余量。铸造是目前铸造铝轮毂的最先进的方法，铸造铝合金轮毂是以一定的压力把一块铝块置于热状态下，用大型铸压机反复压成一个轮毂。以达到对应标准。铝合金材料可在液压机和机械压力机上铸造，液压机速度慢，适宜铸造形状复杂或较薄的零件；机械压力机速度快，适宜铸造大件。铝合金铸件内部质量高，力学性能好，具有高可靠性。[4]但其比强度高，可以添加镁、锰、铜、铬等合金元素，铸成铝合金并经热处理后而得到较高的强度。

二、铝合金铸造生产技术

（一）模型的设计与铸造是铝合金铸造技术的关键

如汽车工业上，对前梁、斜角、轮毂、曲轴等零部件进行设计和工艺过程优化，可使优化设计后的斜角减重15%，轮毂减重30%，曲轴减重20%，而且大幅度提高生产效率，降低能能耗。在低温铸造时，不锈钢的尺寸变化很小。在700℃以下铸造，氧化皮成形成少，而且表面无脱碳现。一个随着现代科学技术的发展，我国压电工业技术也在不断的发展。如压电工业的软性控铸基本进入自主化阶段。其工艺技术应用也越来越广泛，不仅涉及到了航空、汽车工业也涉及到了家电、电子工业，已经成为了许许多多国家的经济支柱产业。因此，只想在成形状能范围内，冷容容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。只需控铸好的温度和润滑冷却，700℃以下的温度也可以获得很好的精度。[5]热时，由于变形能和变形阻力都很小，可以塑造形状复杂的大件。质量和生产效率、保护环境、降低劳动强度、提高经济效益等方面发挥了重要作用。

（二）半固化金是半固化技术的基础和关键

获得这种组织的方法主要有：机械法、电磁法、应变速发化学激活法、射射射成形法、逆流效果应用法、粉末金属法、液相线法、液相线法、喷射成形法、逆流效果应用法、粉末金属法、液相线法等。得细晶粒组织、消除了传统铸造中的柱状晶和粗大枝状晶。该方法成型温度低（如铝合金可降低1200℃以上），节省能源。同时，模具寿命延长。[6]较低温度的半固化状态浆料成型时的剪切应力，比传统的粗晶浆料小三个数量级，故障充型平稳，热负荷小，热劳动强度下降。在半固化状态下固态合金铸备时，必须先将金属液冷却到固相含量40%左右，意气冷却沉积速度对一次相的产生有一定影响当一次相结晶冷却速度较大时，合金液的过冷度大，形核率大幅度增加，而长大速度增加较少，因此晶粒较细。

（三）粉末铸造生产技术

粉末末端铸造工艺的一般流程是：制粉、压实、烧结（包括热等静压、冷等静压等）、铸造、精加工。快速凝固、机械合金以及其他粉末末端金（p/m）工艺被用来发展成均分的高强度、耐高温和抗腐蚀的新型铝合金，这是标准锻合金（i/m）工艺所做不到的。粉末末端粉末末端铸造、精加工。快速凝固、机械合金以及以及其他粉末末端金（p/m）工艺被用来发展成均分的高强度、耐高温和抗腐蚀的新型铝合金，这是标准锻合金（i/m）工艺所做不到的。粉末冶金工艺的一般流程是：制粉、压实、烧结（包括热等静压、冷等静压等）、铸造、精加工。[7]快速凝固、机械化以及其他粉末末端金属（P/M）工艺被用来发展成均匀的高强度、耐高温和抗腐蚀的新型铝合金，这是标准合金（I/M）工艺所做不到的。关闭模型：预成型的形状较简单，且外直径比模型内直径小得多，铸造时产生飞边，是一种与常规规范铸造相类似类似的方法。无飞边铸造和闭合模型铸造常用于生产要求密度很高的零件。预成型的设计和铸造是粉末铸造的关键步骤之一。无飞边铸造，这种铸造在有限模型中进行，进行，这种铸造在有限模型中进行，无飞边铸造和闭模铸造常用于生产要求致密度很高的零件。预成形坯的设计和铸造是粉末铸造的关键步骤之一。无飞边铸造，这种铸造在限模中进行，材料有横向流动，铸件不产生飞边。

三、结束语

总而言之，铝合金铸造业的历史悠久，但发展速度较压伸和铸压来说明相对缓慢。近几十年来，铝合金铸造业生产和技术在国外已取得重大进展，铝合金铸造业也有着轻重缓急的作用和地位，对我国国民经济的发展有着重大的影响。

参考文献：

[1]马图；铝合金在汽车轻量化中的应用及其前技术[J]；新材料产业；2008年09期

[2]郭成秦莹；王长林；刘沔雄；套筒零件铸压成形金属流动法律研究[J]；铸压技术；2008年4期

[3]铝合金铸造生产技术[J].金属加工（热加工），2011，（11）

[4]宋武、李沧海、平海等。高强度铝合金轮毂的轻量化旋压新工艺[J]。稀释金属，2012，36（4）：630-635.

[5]徐文军，王顺成.半固态铸造A356铝合金轮毂的组织与性能〔J〕.材料研究与应用，2012，6（3）：153-158.

[6]杨飞。铝合金轮毂低压铸造过程温度场模拟及工艺参数优化[D]。2013年，上海：中山大学。

[7]周建新。模拟真实技术现状及发展趋势[J]。铸造，2012，61（10）：1105-1115.