目前，卡丁車(che)(類似碰碰車(che))都從國外進口，其中鋁合金車(che)輪是(shi)一個重(zhong)要。過去，國外采用壓力鑄造(zao)生產該，差(cha)，且(qie)成(cheng)品率(lv)低，勞動(dong)強(qiang)度大。針對該鑄件的(de)結構特點(dian)和性能要求，如何(he)提高其(qi)、降低消耗、、提高勞(lao)動(dong)生(sheng)產(chan)率(lv)及降(jiang)低鑄件，是(shi)當前生產中的關鍵。從研制的情況(kuang)可(ke)知(zhi)，采用擠壓(ya)鑄造(zao)代替壓(ya)力鑄造(zao)是(shi)今后制造(zao)鋁合金(jin)車輪行(xing)之有效的工藝(yi)。
1 車輪材料(liao)、要求(qiu)及鑄件設計
圖1所(suo)示為鋁合(he)金車輪。車(che)輪不僅(jin)有較高的性能要求，而且十分復雜。
圖(tu)(tu)1 車輪零件圖(tu)(tu)
車輪材料的(質量分數)為：1.5%～3.5%的Cu,10.5%～12.0%的Si,＜0.3%的Mg，＜1.0%的Zn，＜0.5%的Mn，＜1.3%的Fe,＜0.5%的Ni,＜0.5%的Sn，其余為Al。力學性能(neng)要(yao)求(qiu)：σb＞276 MPa,σs＞115 MPa,σ＞4.4%,HB＞92。
該車輪內的較高，都應加放加工余(yu)量及余(yu)塊。按擠(ji)壓鑄造工藝的要(yao)求，把形(xing)狀復雜的車輪零件圖(tu)設計如圖(tu)2所示(shi)的。由該圖可見，為便于(yu)從鑄(zhu)件脫出及簡(jian)化加(jia)工，把(ba)原來的階梯軸孔設(she)計成圓柱形，其直徑為(wei)?φ30 mm，為3°〔1〕。
圖2 車輪鑄件圖
2 模具結構及(ji)設計參數〔1〕
2.1 擠壓鑄造模具結構
鋁合金車輪擠(ji)壓鑄造的(de)模具結構(gou)如圖3所示。它主(zhu)要有、右(you)、鑲塊和左凹模組成所要求(qiu)的(de)。左(zuo)凹(ao)模(mo)(mo)和(he)右(you)凹(ao)模(mo)(mo)分別固定在(zai)左(zuo)凹(ao)模(mo)(mo)定和右凹(ao)模動模板上，左凹(ao)模板用緊固(gu)在下模板上，右凹模動模板經過(guo)側缸在上實施(shi)開啟及閉合。
圖3 車(che)輪擠壓鑄(zhu)造模具
1.上模(mo)板 2.凸模(mo)固定板 3.凸 模(mo) 4.導(dao) 柱 5.右(you)凹模(mo) 6.右(you)凹模(mo)動模(mo)板
7.墊 板(ban) 8.下模(mo)板(ban) 9.頂桿鑲塊 10.左(zuo)凹模(mo) 11.左(zuo)凹模(mo)定(ding)模(mo)板(ban)
采用(yong)2000 kN油壓(ya)機改裝進(jin)行擠壓(ya)鑄造，其工作(zuo)過程是：將定量的熔液(ye)澆入型槽(cao)后，固定在活動上的凸(tu)模(mo)以一(yi)定(ding)速度(du)向(xiang)下(xia)擠入型腔，壓力(li)達一(yi)定(ding)數值后保(bao)壓；鋁合金凝固后卸壓，凸(tu)模(mo)通過(guo)工(gong)作缸(gang)的回程向(xiang)上移(yi)動，頂桿鑲塊通過(guo)下(xia)頂缸(gang)從鑄件內向(xiang)下(xia)退出，直到全部脫離鑄件之后，再用側缸(gang)開啟右(you)凹(ao)模(mo)，取出鑄件。
2.2 模具設計(ji)的主要參數
(1) 間(jian)隙 凸(tu)(tu)模(mo)與左(zuo)、右凹模(mo)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)隙要(yao)適當(dang)。過小則因凸(tu)(tu)模(mo)與凹模(mo)的(de)而相碰或咬(yao)住；過大則合金(jin)熔液(ye)通過間隙噴(pen)出，造成事故；或者在(zai)間隙中產生毛剌，減小(xiao)加壓效(xiao)果，阻礙卸料。合理的間隙與加壓開始時(shi)間、加壓速度(du)、壓力、尺寸(cun)及有關。根據(ju)實際(ji)生(sheng)產經驗，單(dan)邊間隙(xi)取(qu)0.1 mm。
(2) 脫模(mo)斜(xie)度(du) 合金熔液在(zai)凸(tu)模(mo)壓力下凝固成鑄(zhu)件，冷卻(que)后(hou)緊包在(zai)凸(tu)模(mo)及(ji)頂桿(gan)鑲(xiang)塊(kuai)上。為(wei)了便于凸(tu)模(mo)及(ji)頂桿(gan)鑲(xiang)塊(kuai)脫出，故在(zai)凸(tu)模(mo)及(ji)頂桿(gan)鑲(xiang)塊(kuai)上設(she)有(you)3°的脫模(mo)斜(xie)度(du)。由于鑄(zhu)件外形呈圓(yuan)狀，且分在(zai)左、右(you)兩片凹模(mo)，只要右(you)凹模(mo)移動一(yi)定距離，鑄(zhu)件就(jiu)易從左(zuo)凹模(mo)取出，故不必設置脫(tuo)模(mo)斜度。
(3) 排氣 在左、右(you)兩(liang)片凹(ao)模完全(quan)閉合后，合金(jin)熔液(ye)因緩慢(man)地澆入型腔，型腔中可(ke)基本排(pai)出。擠壓鑄造時，留在凸(tu)模導向部分的(de)少量氣體，通(tong)過凸(tu)模與凹模之間(jian)的(de)間(jian)隙排(pai)出。
(4) 模具材料 擠壓(ya)鑄造是在一定的壓(ya)力和(he)一定的溫(wen)度下(xia)進行的，不存(cun)在像那樣受到(dao)金(jin)屬(shu)液的沖(chong)刷(shua)。工作壓(ya)力(li)比壓(ya)鑄時高，只要求(qiu)模具在下有一(yi)定的抗壓強(qiang)度即可。另外，為了防(fang)止(zhi)與合金熔液接觸的模具(ju)產生熱疲勞裂紋(wen)，左(zuo)右(you)凹模、凸模及頂桿鑲(xiang)塊均采(cai)用(yong)3Cr2W8V制造，熱處理后硬度(du)為HRC48～52，型腔表(biao)面進行軟氮化處理。
3 擠壓鑄造的工(gong)藝參數
擠壓鑄造是鑄鍛結(jie)合的(de)工(gong)藝(yi)，其生產工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)是：合金的(de)熔化、模具(ju)的(de)準(zhun)備(清理、預熱、噴涂)、金(jin)屬的(de)澆注、的加壓(ya)、壓(ya)力的保持、壓(ya)力的去除及鑄件的取出等。
為保證鑄(zhu)件質量，須合理選擇工藝參(can)數〔1～2〕。
(1) 比(bi)壓 壓力大小(xiao)對鑄件的性能、、組織(zhi)、、及相平衡(heng)等都有直接影響。所以確(que)定必(bi)須的是很重(zhong)要(yao)的。如果比壓(ya)過(guo)小，鑄件表(biao)面(mian)與內在(zai)質量都不能達到技術指標；比壓(ya)過(guo)大(da)，對性能的提(ti)高不十(shi)分明顯，還容易使模具(ju)損壞，且要(yao)求較大(da)的設備。擠(ji)壓鑄(zhu)造試驗是在(zai)2 000 kN油(you)壓機上進行的。試驗證明，適(shi)合于本鋁合金車輪(lun)擠(ji)壓鑄(zhu)造的比壓應在(zai)50～60 MPa范圍(wei)內選(xuan)取。
(2) 加(jia)壓開(kai)始時間 從(cong)車輪(lun)擠壓鑄(zhu)造試驗的結果來看，其加(jia)壓開(kai)始時的間隔時間過長，鑄(zhu)件的及降低。現用的開(kai)始加壓時(shi)間是(shi)3～5 s，較為合適(shi)。
(3) 加(jia)(jia)壓(ya)速(su)度(du) 擠壓(ya)鑄造(zao)要(yao)求一(yi)(yi)定的加(jia)(jia)壓(ya)速(su)度(du)，在(zai)可能(neng)(neng)情況下，以加(jia)(jia)壓(ya)速(su)度(du)快一(yi)(yi)點(dian)為(wei)好。加(jia)(jia)壓(ya)速(su)度(du)快，則凸(tu)模能(neng)(neng)很快地將壓(ya)力(li)施加(jia)(jia)于金(jin)屬(shu)上，便于成(cheng)形、和。但也不宜(yi)過快，否則(ze)會使部分(fen)合金熔液的表面(mian)產生(sheng)飛濺及，使鑄(zhu)件產生缺陷，以及在(zai)凸、凹模之間的(de)間隙中流出過多的(de)合金(jin)熔液，形成難(nan)以去除的(de)縱(zong)向。因此(ci)，必須使凸(tu)模緩慢地壓入液(ye)態金屬中。由于使用的油(you)壓機工作較慢(man)，故利用(yong)的速度進行壓制。
(4) 保壓(ya)時間(jian) 壓(ya)力保持時間(jian)主要取決于鑄件，在保證(zheng)成形和結晶凝固(gu)條(tiao)件下，保壓時間以(yi)短(duan)(duan)為好(hao)。但是保壓時間過短(duan)(duan)，則鑄件內(nei)部(bu)容易產生，如(ru)果保壓時間過長，則會延(yan)長，增加，降低模具使(shi)用(yong)壽命。考慮本車(che)輪的(de)壁(bi)厚情況，擠壓鑄造的(de)保壓時間選用(yong)12 s左右(you)。
(5) 模(mo)具預熱(re)溫度(du) 模(mo)具若不預熱(re)，合金熔液注(zhu)入(ru)型腔后會很快(kuai)凝固，導致來不及加壓；但預熱(re)溫度(du)也不能過高(gao)，否則會延長保壓時間，降低(di)生產(chan)率，同時也不利于噴(pen)涂潤滑(hua)劑(ji)。對本(ben)車(che)輪擠(ji)壓鑄造模(mo)具的(de)預熱(re)溫度(du)為200～300℃，通常是用進行加熱。
(6) 合(he)金(jin)(jin)澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫度 澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫度過(guo)高(gao)或過(guo)低都對合(he)金(jin)(jin)成形(xing)有明(ming)顯(xian)影(ying)響。過(guo)低，合(he)金(jin)(jin)極(ji)易凝固，所(suo)需單位壓力(li)大(da)；過(guo)高(gao)，易產生縮孔。必須指出，擠(ji)壓鑄造合(he)金(jin)(jin)的澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫度要比澆注溫(wen)度高。一般希望(wang)把澆注在比較(jiao)低的數值，因為(wei)擠(ji)壓鑄造(zao)時(shi)希望(wang)消除氣(qi)孔、縮孔和疏松(song)。在澆注(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)低時(shi)，氣(qi)體易(yi)于(yu)從合金(jin)熔液內部逸出，極少留在金(jin)屬中，易(yi)于(yu)消除氣(qi)孔。此外(wai)，也(ye)可減(jian)少縮孔形成機會，同時(shi)由于(yu)澆注(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)較(jiao)低，金(jin)屬溢(yi)出較(jiao)少，可減(jian)少毛(mao)刺。對本車輪擠(ji)壓鑄造(zao)的澆注(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)選用720～740℃為(wei)最合適(shi)。
(7) 潤滑劑(ji) 潤滑劑(ji)的作(zuo)用是(shi)保(bao)護模具，提高鑄件表(biao)面和便(bian)于從模具內取出鑄件。采用(yong)潤滑(hua)劑(ji)，即5%的200～300目的石墨粉加入到(dao)95%機油中，攪拌均勻(yun)即可(ke)。用噴涂在(zai)表面(mian)上，其厚(hou)(hou)度為(wei)0.05～0.1 mm，過厚(hou)(hou)會(hui)影響鑄件表面(mian)質量。
(8) 冷(leng)卻 擠壓鑄造卸壓后，一般(ban)應立即脫模，故鑄件的出模溫度較高(gao)(gao)。為了防止高(gao)(gao)溫的鑄件空冷(leng)時在與的交(jiao)界處(chu)，應將出模后的鑄件立即放入(ru)砂堆中，待冷卻到150℃以下時再取出空(kong)冷。
4 結(jie) 論
在、及(ji)自行(xing)車等交通工(gong)具零(ling)件生產中，世界各國逐(zhu)漸(jian)用鋁合金(jin)代替鋼(gang)質材料的系統工(gong)程(cheng)研(yan)究是(shi)今后長時間(jian)需要解決的問題(ti)。和技術(shu)有機結合(he)，形成先進的擠(ji)壓(ya)鑄造成形工藝，在技術(shu)上(shang)和(he)經濟上(shang)明顯優于壓(ya)力。它特別適(shi)合于形狀(zhuang)復雜、帶有多孔或臺階(jie)形狀(zhuang)類零(ling)件的成形，是一種具有較寬的、較大(da)推廣價值及很有發(fa)展(zhan)前途的工藝
