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摘 要：分析了汽车铝合金轮毂的生产工艺，并从模具分型面、型腔尺寸的确定、浇注系统、排气系统、冷却系统的设计等几个方面介绍了低压轮毂模具的结构设计重点。
关键词：轮毂；工艺；模具
1 引言
汽车轮毂是汽车的重要零部件，有实用性和装饰性两种作用。相对于钢轮毂，铝合金轮毂降低了非载荷重量并符合节能化、轻量化的汽车工业发展趋势。此外，减小了轮子的热惯性，散热性好，改善了加速性和制动性；硬度高，减小了轮毂的倾斜度，增强了刚性。为了适应工业产品的多样化和高性能发展要求，模具制造业需要在短时间内为新产品的开发和制造提供高精度的模具。
2 汽车铝合金轮毂的工艺分析
2.1汽车铝合金轮毂的结构分析
汽车轮毂的结构可分为轮辋和轮毂两个部分。
图1 汽车轮毂结构示意图
轮辋——与车胎连接部分，主要包括胎圈座、轮缘、气门孔和槽底。轮毂——与车体连接部分，主要包括偏距和轮辐。
2.2汽车铝合金轮毂的成型方法
目前铝合金轮毂的生产方法主要有铸造法、锻造法、冲压法和旋压法等。我国的铝合金轮毂制造仍以低压铸造为主。
铸造法生产铝合金轮毂具有适应性强、花色品种多样、生产成本较低等优点，所以铸造法仍是普遍的方法。目前全世界生产的铝合金轮毂中，铸造的占80%以上。其工艺方法有重力铸造、低压铸造和挤压铸造等[1]。
锻造铝合金轮毂具有优良的机械性能，尺寸精确，加工量小等优点，一般情况下重量相当于普通钢轮的一半或者更低。锻造铝合金轮毂的晶粒流向与受力方向一致，其强度、韧性和抗疲劳强度均优于铸造轮毂。锻造轮毂表面几乎无气孔，所以具有较好的表面处理性能，能保证涂层均匀，色彩鲜明。但是，锻造轮毂的成本要远高于铸造轮毂，售价也要更高些。
3 汽车轮毂模具的结构及特点
轮毂模具主要由三个主要部件组成，包括顶模、底模和边模。要求精度高，在实际加工、装配和调整过程中难度很大。所以，在设计汽车轮毂模具时要重点把握工装的结构特点以及对计算机辅助设计的应用，同时保证工厂的加工进度和模具制造的质量。目前戴卡主要利用CATIA、UG、CAD等软件对二维图纸和三维造型进行数据合成与分析，得到相应的处理结果后提供给车间加工、装配。
4 汽车轮毂模具系统的设计
模具是成型轮毂的关键工艺装备，其结构的设计和优化是轮毂生产企业的工艺关键。轮毂模具又是典型的金属型型腔模具，主要由成型系统、排气系统、浇注系统、冷却系统组成。
4.1模具分型面的确定
模具采用水平分型面，分顶模、底模和边模三部分。边模与底模分型面在车轮下端面上偏尺寸R处，以确保机加工时定位准确，有利于减少飞边。顶底模均采用热作模具钢，如：H13，边模一般采用35CrMo和42CrMo模具钢。
4.2模具型腔尺寸的确定
确定轮毂机加工余量时，在对机加工部位留正常的余量后，还应考虑铸造过程中轮辋的冷却顺序，所以要求铸件壁厚有一定的尺寸梯度，一般从上到下增厚不超过1.2mm。根据轮辋的冷却顺序对轮辋余量相应作出调整，从而保证铸件的冷却顺序。
4.3模具浇注系统的设计
低压铸造在工作状态下会产生金属液的氧化，容易产生氧化物夹渣和针孔等缺陷。因此，在浇注系统设计过程中需要保证金属液升液和充型时金属流平稳，呈层流状态，避免产生紊流。另外，底模浇口尺寸要严格控制以有利于铸件的顺序凝固和冷却过程的在压力下的补缩。在浇口和分流锥之间设有过滤网，一般分流锥顶部为圆形，方便顶住过滤网。过滤网一般为铁丝网，采用一模一件。
4.4模具排气系统的设计
低压铸造模具的型腔是封闭形式的，因此排气系统直接影响金属液的充型过程和冷却过程以及最后的铸件质量。同时排气系统也能保证模具内部的压力梯度和温度梯度。戴卡模具的排气系统主要包括顶模的排气塞、顶模和边模的排气槽以及顶杆等处的间隙设计。为防止排气塞被涂料堵死，排气塞设计为可拆卸式，以便对排气塞通道进行清理。
4.5模具冷却系统的设计
冷却系统是模具在铸造生产过程中保证模具在工作中达到热平衡的必要条件，对于铸件的顺序凝固以及最后铸件的质量有重要影响。
冷却系统的设计原则是[2]：首先轮辋部位自上向下顺序凝固，而后在轮辐部位由外部向中心铸件冷却，这样才能保证铸件得到充分补缩，防止产生缩松、缩孔、夹渣和热裂等缺陷。
模具在冷却过程中的部位主要在热节处，模具外围要添加保温棉，防止冷热失衡。模具的冷却方式有风冷和水冷，因此轮毂模具又分为风冷模具和水冷模具。
5 结束语
随着世界汽车轻量化、节能化的快速推进，以及“中国制造2025”的全面展开，国内和国际汽车市场竞争更加激烈。因此，加强对汽车铝合金轮毂生产方法以及模具的研究是非常重要的。■
参考文献
[1] 张总，张怀亮. 汽车铝合金轮毂生产工艺研究[J].新技术新工艺，2008（10）.
[2] 潘晓涛，贺伯平，阳林，邓超权. 汽车铝合金轮毂低压铸造模具设计[J].机电工程技术，2005（9）.
关键词：轮毂；工艺；模具
1 引言
汽车轮毂是汽车的重要零部件，有实用性和装饰性两种作用。相对于钢轮毂，铝合金轮毂降低了非载荷重量并符合节能化、轻量化的汽车工业发展趋势。此外，减小了轮子的热惯性，散热性好，改善了加速性和制动性；硬度高，减小了轮毂的倾斜度，增强了刚性。为了适应工业产品的多样化和高性能发展要求，模具制造业需要在短时间内为新产品的开发和制造提供高精度的模具。
2 汽车铝合金轮毂的工艺分析
2.1汽车铝合金轮毂的结构分析
汽车轮毂的结构可分为轮辋和轮毂两个部分。
图1 汽车轮毂结构示意图
轮辋——与车胎连接部分，主要包括胎圈座、轮缘、气门孔和槽底。轮毂——与车体连接部分，主要包括偏距和轮辐。
2.2汽车铝合金轮毂的成型方法
目前铝合金轮毂的生产方法主要有铸造法、锻造法、冲压法和旋压法等。我国的铝合金轮毂制造仍以低压铸造为主。
铸造法生产铝合金轮毂具有适应性强、花色品种多样、生产成本较低等优点，所以铸造法仍是普遍的方法。目前全世界生产的铝合金轮毂中，铸造的占80%以上。其工艺方法有重力铸造、低压铸造和挤压铸造等[1]。
锻造铝合金轮毂具有优良的机械性能，尺寸精确，加工量小等优点，一般情况下重量相当于普通钢轮的一半或者更低。锻造铝合金轮毂的晶粒流向与受力方向一致，其强度、韧性和抗疲劳强度均优于铸造轮毂。锻造轮毂表面几乎无气孔，所以具有较好的表面处理性能，能保证涂层均匀，色彩鲜明。但是，锻造轮毂的成本要远高于铸造轮毂，售价也要更高些。
3 汽车轮毂模具的结构及特点
轮毂模具主要由三个主要部件组成，包括顶模、底模和边模。要求精度高，在实际加工、装配和调整过程中难度很大。所以，在设计汽车轮毂模具时要重点把握工装的结构特点以及对计算机辅助设计的应用，同时保证工厂的加工进度和模具制造的质量。目前戴卡主要利用CATIA、UG、CAD等软件对二维图纸和三维造型进行数据合成与分析，得到相应的处理结果后提供给车间加工、装配。
4 汽车轮毂模具系统的设计
模具是成型轮毂的关键工艺装备，其结构的设计和优化是轮毂生产企业的工艺关键。轮毂模具又是典型的金属型型腔模具，主要由成型系统、排气系统、浇注系统、冷却系统组成。
4.1模具分型面的确定
模具采用水平分型面，分顶模、底模和边模三部分。边模与底模分型面在车轮下端面上偏尺寸R处，以确保机加工时定位准确，有利于减少飞边。顶底模均采用热作模具钢，如：H13，边模一般采用35CrMo和42CrMo模具钢。
4.2模具型腔尺寸的确定
确定轮毂机加工余量时，在对机加工部位留正常的余量后，还应考虑铸造过程中轮辋的冷却顺序，所以要求铸件壁厚有一定的尺寸梯度，一般从上到下增厚不超过1.2mm。根据轮辋的冷却顺序对轮辋余量相应作出调整，从而保证铸件的冷却顺序。
4.3模具浇注系统的设计
低压铸造在工作状态下会产生金属液的氧化，容易产生氧化物夹渣和针孔等缺陷。因此，在浇注系统设计过程中需要保证金属液升液和充型时金属流平稳，呈层流状态，避免产生紊流。另外，底模浇口尺寸要严格控制以有利于铸件的顺序凝固和冷却过程的在压力下的补缩。在浇口和分流锥之间设有过滤网，一般分流锥顶部为圆形，方便顶住过滤网。过滤网一般为铁丝网，采用一模一件。
4.4模具排气系统的设计
低压铸造模具的型腔是封闭形式的，因此排气系统直接影响金属液的充型过程和冷却过程以及最后的铸件质量。同时排气系统也能保证模具内部的压力梯度和温度梯度。戴卡模具的排气系统主要包括顶模的排气塞、顶模和边模的排气槽以及顶杆等处的间隙设计。为防止排气塞被涂料堵死，排气塞设计为可拆卸式，以便对排气塞通道进行清理。
4.5模具冷却系统的设计
冷却系统是模具在铸造生产过程中保证模具在工作中达到热平衡的必要条件，对于铸件的顺序凝固以及最后铸件的质量有重要影响。
冷却系统的设计原则是[2]：首先轮辋部位自上向下顺序凝固，而后在轮辐部位由外部向中心铸件冷却，这样才能保证铸件得到充分补缩，防止产生缩松、缩孔、夹渣和热裂等缺陷。
模具在冷却过程中的部位主要在热节处，模具外围要添加保温棉，防止冷热失衡。模具的冷却方式有风冷和水冷，因此轮毂模具又分为风冷模具和水冷模具。
5 结束语
随着世界汽车轻量化、节能化的快速推进，以及“中国制造2025”的全面展开，国内和国际汽车市场竞争更加激烈。因此，加强对汽车铝合金轮毂生产方法以及模具的研究是非常重要的。■
参考文献
[1] 张总，张怀亮. 汽车铝合金轮毂生产工艺研究[J].新技术新工艺，2008（10）.
[2] 潘晓涛，贺伯平，阳林，邓超权. 汽车铝合金轮毂低压铸造模具设计[J].机电工程技术，2005（9）.