低壓鑄造作為鋁合金輪轂生產的主要方法,是在較低壓力(一般在20——60kPa)下充型,充型完成后,進行一段時間的保壓,然后泄壓,開模取件,具體過程如圖所示。這種生產方法可大批量生產較高質量輪轂,鋁液凝固過程是在壓力下進行,因而產品合格率、鋁液利用率均較高,低壓鑄造機自動化程度較高,工人勞動強度相對較低,生產效率高,成本比重力鑄造稍高。
(1)模具梯度的確定 在這里梯度是指模具輪輞型腔部分自上而下的由薄增厚的趨勢,這種趨勢符合順序凝固要求。如圖2所示,基本所有的低壓模具的澆冒口均開在輪轂的中部,由輪輻向四周補縮,由最遠端、最薄處向冒口處順序凝固,越向冒口方向厚度越大,可以保證凝固時有較好的鋁液補縮通道。輪輞型腔尺寸由8.78mm、9.14mm、9.9mm到10.32mm逐步增大,即符合梯度要求。
輪輞型腔的尺寸,在可以穩定成形的基礎上,尺寸越小越好,這樣可以減少加工量,保留更多結晶組織致密的部分,防止因縮松、縮孔等缺陷而產生的漏氣現象,同時增加鋁液利用率,減輕毛坯重量。在確定輪輞厚度及梯度時,輪輞寬度是另一個需要考慮的因素,輪輞寬度大,則與冒口距離越遠,越要考慮適當增加輪輞壁厚與梯度。
(2)模具壁厚 如果圖2所示,模具型腔由底模、頂模及邊模封閉而成,模具壁厚即指此三部分的厚度。
在充型過程的初始階段,鑄件的散熱主要是熱傳導,即由模具本身吸收熱量,而吸熱量的多少,取決于模具的質量(在模具溫升固定的前提下吸熱量與物質質量成正比),模具升溫吸熱,鋁液降溫散熱,兩者達到熱平衡時,以傳導散熱為主的散熱方式基本停止。在這個階段,由于熱傳導散熱很快,而模具與鋁液間有較大溫差,鋁液在凝固時有激冷效果,此時在鑄件外表層凝固的組織致密,機械性能好。按此種狀況推斷,增大模具壁厚可以獲得相對較長時間的激冷效應,因而獲得較大厚度的優質組織層。
頂模及邊模成形車輪的輪輞,由于輪輞本身厚度較小,模具壁厚太厚可能會導致輪輞各處的冷熱不均,產生鑄造缺陷。因此頂、邊模厚度以保證模具強度為主,同時兼顧輪輞的成形因素,且按一般經驗,上模取壁厚25——30mm為宜,邊模取30mm左右為宜。