汽车轮毂的AnyCasting铸造工艺优化研究

　　本文探讨研究了汽车轮毂的AnyCasting铸造工艺优化相关内容。

　　1 概述

　　伴随着全球金融危机的影响，石油资源给传统汽车带来越来越大的约束，为了摆脱这种窘境，许多国内外汽车厂商都宣布了进军新能源汽车领域的计划。国内外的汽车主机厂纷纷在混合动力、太阳能、电能等等新能源上研发新能源汽车。

　　在国内，比亚迪公司作为电能存放技术与汽车制造技术的领跑者，在新能源汽车方面一直保持着较快的发展势头。比亚迪E6电动车，是一款纯电动四驱车型，动力与启动电池均采用比亚迪自主生产的ET-POWER铁电池，百公里加速时间在14秒以内，充电一次大致需要7个小时，续航能力超过300公里。

图1 比亚迪E6电动车

　　现代汽车行业节能减排的呼声越来越强烈，对汽车轻量化的要求也变得更加迫切。这里我们以汽车轮毂为例展开论述，铝合金轮毂以其质量轻、强度高、可靠性可塑性强、价格适中、外观时尚等特点已经成为汽车行业的首选。据美国金属市场统计，近10年来世界每辆汽车平均用铝量增加了2倍，2001年世界每辆汽车平均用铝量已达113.5kg，特别是北美汽车用铝量增长最快，2002年北美生产的汽车平均每辆用铝量达124kg左右。预计2010年，汽车轮毂的铝化率可达72%-78%，不过，低压永久模铸造的轮毂仍占主导，约占轮毂总量的75%左右。

　　2 国内铝合金轮毂的生产现状

　　经过几十年的建设，我国汽车工业已初具规模，09年10月在长春一汽一辆金橙色解放J6的下线，是我国该年第1000万辆汽车诞生，标志着我国成为继美国、日本之后，第三个汽车年产销量超过千万的国家。同时，铝合金轮毂作为汽车轻量化产品，在我国已引起广泛重视，国内铝合金轮毂市场主要集中在南北大众、广本和几个微型车厂、皮卡等主机厂，近几年，国际市场对铝合金轮毂的需求也一直看好，我国产品已高性价比出口美国、日本、韩国等地。中国有25家铸造铝合金轮毂厂，年生产能约2000万件， 2002的的产量1400万件，其中出口600万件。中国首条锻造铝合金轮毂生产线正在戴卡铝轮毂有限公司建设，可于今年晚些时候投产，有2台锻压机，年生产能力100万件。戴卡公司是中国首家铝轮毂企业，为中国汽车轮毂铝化作出了重要贡献。

　　铝合金轮毂是一种材料密集型、劳动力密集型的低附加值产品，由于铝合金轮毂的高投入高产出的行业特点，许多企业因为缺乏关键技术，只重视设备的引进，造成了生产能力难以发挥，成品率低，产品缺乏竞争力，最终被市场淘汰。

　　3 国内铝合金轮毂的工艺状况

　　铝合金轮毂的生产工艺主要有锻造和铸造两种，锻造工艺比铸造工艺强度高18%以上，重量轻15%，但生产工艺和成本较高，目前铝合金轮毂以铸造为主，其中低压铸造工艺约占全部产量的80%以上，重力铸造工艺约占20%，另外还有挤压铸造工艺等。

　　低压铸造工艺主要有以下优点：

　　1.液体金属充型比较平稳;

　　2.铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利;

　　3.铸件组织致密，机械性能高;

　　4.提高了金属液的工艺收得率，一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，收得率一般可达90%。

　　此外，劳动条件好;设备简单，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。

　　4 低压铸造软件分析

　　低压铸造的工艺规范包括预压、充型、增压、饱压、模具预热温度、浇注温度，以及模具的涂料等。以AnyCasting为分析工具，通过对模具温度、压力规范和冷却条件的模拟，预测和分析充型和凝固过程中的问题，实现铝合金轮毂低压铸造工艺的优化。

图2 轮毂三维造型

　　将轮毂和模具等部件的三维模型(如图2、3)，轮毂外形尺寸为415mm×415mm×178mm，由part转为STL文件导入分析工具后，设置各部件属性(铸件型腔、流道、渣包、模具、附件等等)。所选工艺参数：铝液浇注温度700±10℃，模具温度480℃，界面换热系数(gm/s3/K)：铸件/铸型为3.0×105(有保温涂料)。

图3 低压铸造压力曲线

　　通过模拟发现充型过程中发生了喷溅现象，预测了充型压力曲线存在的问题。

　　5 结论

　　随着计算机性能和信息技术的不断进步，制造业的数字化以及仿真模拟的技术也日趋完善。在铸造过程仿真模拟行业中，出现了ProCAST、MAGMA、Flow-3D、dieCAS、AnyCasting、华铸等等非常成熟的商业软件。仿真软件的发展，给传统的制造行业注入了强劲的动力，同时也得到越来越多的企业的认可和应用。