【正文】 上通過(guò)升液管和澆注系統(tǒng)平穩(wěn)地上壓到鑄造機(jī)模具型腔中，保持一定壓力(一般為 20～60kPa [7])直到鑄件凝固后釋放壓力。鋁合金輪轂的成形方法有很多，主要可分為鑄造法和鍛造法。在車(chē)輛輕量化和懸掛性能要求日益提高的今天，減輕車(chē)輪重量，已成為輪式車(chē)輛研究中非常重要的課題。第 1 章 緒 論 選題的背景和意義某輪式車(chē)輛研制階段出現(xiàn)嚴(yán)重超重的現(xiàn)象，難以達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，其主要原因之一就是輕質(zhì)材料應(yīng)用不夠。但鋁合金輪轂的制造技術(shù)在不斷發(fā)展，為了提高其性能，現(xiàn)在向擠壓鑄造（液態(tài)模鍛）成形、半固態(tài)模鍛成形方向發(fā)展趨勢(shì)。鍛造輪轂具有更高的強(qiáng)度重量比。鍛造鋁輪轂的晶粒流向與受力的方向一致，其強(qiáng)度、韌性與疲勞強(qiáng)度均顯著優(yōu)于鑄造鋁輪轂。實(shí)驗(yàn)試制結(jié)果表明，制定的鋁合金輪轂成形工藝及選擇的工藝參數(shù)是合理的，設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)是可行的，成功試制出合符要求的鋁合金輪轂，為寬階梯凸緣厚壁筒形零件的成形提供了重要的指導(dǎo)。安徽工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān) 業(yè)： 材料成型與控制工程 題 目：7A04 鋁合金輪轂擠壓成形與 模具設(shè)計(jì) 7A04 鋁合金輪轂擠壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)摘 要某車(chē)輛輪轂原采用鋼鐵材料鑄造而成，難以有效減重，同時(shí)鑄造過(guò)程存在不可避免的缺陷，直接影響了整車(chē)性能。輪轂屬典型的寬階梯凸緣厚壁筒形零件，根據(jù)輪轂零件的形狀特點(diǎn)，結(jié)合 7A04鋁合金的成形特性，設(shè)計(jì)了鋁合金輪轂擠壓件圖，制定了鋁合金輪轂反擠壓——擴(kuò)口——鐓擠成形工藝。鍛造鋁輪轂具有強(qiáng)度高、抗蝕性、尺寸精確、加工量小等優(yōu)點(diǎn)，一般其重量?jī)H相當(dāng)于同尺寸鋼輪的二分之一或更低一些。通常，鑄造輪轂具有相當(dāng)強(qiáng)的承受壓縮力的能力，但承受沖擊、剪切與拉伸載荷的能力則遠(yuǎn)不如鍛造鋁輪轂。我國(guó)鋁合金輪轂制造以低壓鑄造為主，一些先進(jìn)的制造工藝還未采用。本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)輪轂典型的制造方法分類(lèi)、通過(guò)選擇典型的應(yīng)用案例，分析案例的理論信息，歸納出鋁合金輪轂反擠壓、擴(kuò)口、墩擠以及熱處理等工藝方法以及各個(gè)工藝過(guò)程所配套的模具，這是一個(gè)有意義的嘗試。同時(shí)，鑄造過(guò)程中難以避免的缺陷，直接影響了整車(chē)性能。與鋼制輪轂相比，鋁合金輪轂具有如下優(yōu)點(diǎn):重量輕，可比鋼制車(chē)輪轂重量減輕30%～40% [4]，汽車(chē)的質(zhì)量每減少 1%[4]，其耗油量將降低 %～1% [1]；減震性能好,吸收沖擊能量強(qiáng),從而可以改善車(chē)輛的行駛性能，提高安全性；導(dǎo)熱性好，熱導(dǎo)率約為鋼 3倍 [2]，可以降低輪胎的工作溫度,提高輪胎的使用壽命；外形美觀,采用不同工藝生產(chǎn)鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)可以多樣化，可以很好地滿(mǎn)足各類(lèi)使用者的審美要求。但此方法生產(chǎn)的鋁輪轂內(nèi)部質(zhì)量較差,縮孔縮松嚴(yán)重，澆注過(guò)程中氧化膜和熔渣等夾雜物易卷入鑄件，有時(shí)也會(huì)卷入氣體而形成氣孔缺陷，同時(shí)金屬液的收得率也較低。由于低壓鑄造利用壓力充型和補(bǔ)充,大大簡(jiǎn)化了澆冒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使金屬液收得率大大提高，一般可達(dá) 90%[3],而金屬型重力鑄造僅 40%～60% [8]。采用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄件組織致密,機(jī)械性能好，強(qiáng)度表面硬度較高，鑄件的尺寸精確、表面光潔。鍛鋁輪轂的晶粒流向與受力的方向一致，其強(qiáng)度、韌性與疲勞強(qiáng)度均顯著優(yōu)于鑄造鋁輪轂?，F(xiàn)在有向液態(tài)模鍛成形、半固態(tài)模鍛和模鍛成形方向發(fā)展趨勢(shì)。鋁合金進(jìn)入汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域后發(fā)展迅猛，用量逐年增加。鋁的比重很小，僅為 (屬輕金屬)，大致為鋼的 1/3。某些鋁合金的強(qiáng)度甚至高于普通結(jié)構(gòu)鋼，現(xiàn)已有抗拉強(qiáng)度超過(guò) 600Mpa的超高強(qiáng)度高韌性鋁合金材料。早期,鋁的價(jià)格非常昂貴，同時(shí)產(chǎn)量很低。石油危機(jī)對(duì)整個(gè)汽車(chē)工業(yè)帶來(lái)了巨大的沖擊，各國(guó)紛紛開(kāi)發(fā)和應(yīng)用車(chē)用鋁合金技術(shù)以節(jié)省能源和降低汽車(chē)燃料消耗,從而出現(xiàn)了鋁合金材料應(yīng)用的第四次高峰。在二戰(zhàn)期間，每輛汽車(chē)平均用鋁僅 【13】 ，至 1971年已增加到 35kg【13】 而在最近 10年中，鋁的使用量又增加了 2倍多。一般企業(yè)最小生產(chǎn)規(guī)模不低于年產(chǎn) 120萬(wàn)只，產(chǎn)量大的企業(yè)超過(guò)1000萬(wàn)只。就目前來(lái)說(shuō)鋁合金輪轂有一定的發(fā)展?jié)摿Α?988 年我國(guó)第一家鋁合金車(chē)輪企業(yè)戴卡輪轂制造有限公司成立；進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代，廣東南海中南鋁等一批鋁合金車(chē)輪制造企業(yè)迅速建立起來(lái)，鋁合金車(chē)輪迅速在我國(guó)得到推廣。兩一方面，在鍛造鋁合金輪轂的使用上，重型車(chē)的市場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)轎車(chē)和輕型卡車(chē)的市場(chǎng)。精密塑性成形不但可以節(jié)材、節(jié)能、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，而且可以使金屬流線沿零件輪廓合理分布，獲得更好的材料組織結(jié)構(gòu)與性能。它可使成形的機(jī)械構(gòu)件具有準(zhǔn)確的外形、較高的尺寸精度和形位精度、較好的表面粗糙度。按照成形方法的不同，精密體積成形可分為模鍛、擠壓、閉塞式鍛造、多向模鍛、徑向鍛造、精壓、精密碾壓、變薄拉伸、強(qiáng)力旋壓和粉末成形等。近年來(lái)，我國(guó)在鍛壓方面已經(jīng)基本掌握了精鍛、精沖、溫?cái)D等少無(wú)切削鍛壓工藝。溫?cái)D壓變形兼有冷熱擠壓變形的優(yōu)點(diǎn)，而且避免了它們各自的缺點(diǎn)。我國(guó)進(jìn)行溫成形工藝研究涉及的材料有碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、軸承鋼、輕合金等，并陸續(xù)在汽車(chē)、拖拉機(jī)、家用電器、航天航空等領(lǐng)域應(yīng)用，取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。但是，溫?cái)D壓技術(shù)還很年輕，研究與實(shí)踐的資料還不十分完整，對(duì)溫?cái)D壓變形過(guò)程的基本參數(shù)：包括變形溫度、變形程度、變形力、摩擦潤(rùn)滑條件、合理的模具結(jié)構(gòu)、模具材料的選用、產(chǎn)品能達(dá)到的精度與性能等缺少全面系統(tǒng)的研究近年來(lái)，隨著航空航天、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，新型輕合金材料的研制和開(kāi)發(fā)日益受到各國(guó)的高度重視，鋁合金憑借其優(yōu)異的性能以及低廉的原料價(jià)格，促使包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)相繼投入大量人力物力，進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，已成為材料研究的一大熱門(mén)，其研究成果也在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)于這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一些可行的方法。美國(guó)用該方法生產(chǎn)了鑄鐵齒輪和多徑凸緣，其強(qiáng)度大大超過(guò)了普通鑄鐵件，為了消除鑄錠的原始組織的不均勻性，先對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化退火，然后直接塑性變形，既克服了鑄造工藝產(chǎn)生的強(qiáng)度不足，又降低了生產(chǎn)成本。第二章 鋁合金輪轂成形工藝制定 引 言某車(chē)輛輪轂原采用鑄鋼材料鑄造加工而成，嚴(yán)重超重影響了整車(chē)的性能。 輪轂材料的選擇輪轂的性能直接與整車(chē)的許多性能密切相關(guān)。超硬鋁：是在鋁鎂銅系基礎(chǔ)上加入鋅而形成的鋁合金，進(jìn)一步提高了合金的機(jī)械性能，特別是解決了鋅、鎂含量高時(shí)存在的嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題。原輪轂的設(shè)計(jì)服役條件是具有高強(qiáng)度，工作環(huán)境溫度不高，卻要承受較高的載荷。原輪轂的設(shè)計(jì)服役條件是具有高強(qiáng)度，工作環(huán)境溫度不高，卻要承受較高的載荷。7A04鋁合金各化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的范圍比較寬，7A04 鋁合金時(shí)效處理后的機(jī)械強(qiáng)度高，符合輪轂的工作要求的高載荷環(huán)境。 擠壓溫度的確定鋁合金的擠壓溫度范圍比較窄，一般都在 150℃ 【19】 以?xún)?nèi)，7A04 鋁合金的擠壓溫度范圍圖 21 7A04鋁合甚至不到 100℃ 【19】 。不同鍛造溫度對(duì) 7A04鋁合金的影響見(jiàn)表 23【12】表 23 不同鍛造溫度對(duì) 7A04鋁合金的影響對(duì)于 7A合金，數(shù)是過(guò)的固溶隨著溫度降低，從固溶體中要析出強(qiáng)化相，300℃時(shí)有較多的 S相、T 相及其它相，導(dǎo)致合金工藝塑性差。當(dāng)變形的溫度達(dá)到一定的值時(shí)延伸率會(huì)降低，一般情況下，隨著溫度的升高促使晶粒長(zhǎng)大，當(dāng)接近鋁合金的過(guò)燒溫度時(shí)，晶粒會(huì)嚴(yán)重長(zhǎng)大，導(dǎo)致塑性變形能力急劇下降如圖 22。因此過(guò)大的擠壓速度會(huì)造成在輪轂擠壓過(guò)程中表面開(kāi)裂，影響產(chǎn)品外觀。因此要求潤(rùn)滑劑在高壓下仍能具有良好的吸附性，保證擠壓成型過(guò)程中能夠起到潤(rùn)滑作用。過(guò)飽和固溶體在常溫放置或者高于常溫的溫度下保溫，將發(fā)生脫溶沉淀過(guò)程，形成包括 各種過(guò)渡相或平衡的次生相。影響保溫的因素有以下幾點(diǎn)：⑴工件的厚度：截面大的半成品以及形變量小的工件，強(qiáng)化相較粗大，保溫時(shí)間應(yīng)適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，使強(qiáng)化相充分溶解。⑶原始組織：完全退火的合金強(qiáng)化相粗大、保溫時(shí)間需增長(zhǎng)。7A04 鋁合金的自然時(shí)效需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定階段，且抗應(yīng)力腐蝕的能力不如人工時(shí)效。鋁合金自然時(shí)效或者在低于100℃ 【18】 的溫度下人工時(shí)效后，抗晶間腐蝕能力較強(qiáng)。成形力大，加之鋁合金成形易產(chǎn)生粘?，F(xiàn)象，給輪轂成形帶來(lái)較大困難。擠壓件的最終尺寸 d和 D不能太大或者相差太大，應(yīng)在允許的變形程度范圍內(nèi)。擠壓件的底厚為 10mm，拔模斜度為 [21]。變形溫度對(duì)于鋁合金之所以有如此重要的作用，是因?yàn)榧訜峄蝈懺鞙囟冗^(guò)高鍛件將形成粗晶組織；若鍛造溫度過(guò)低，鍛件產(chǎn)生加工硬化，在隨后的熱處理過(guò)程中，局部加工硬化區(qū)域的啟動(dòng)能大，首先產(chǎn)生再結(jié)晶，隨后晶粒急劇長(zhǎng)大形成粗晶，從而降低鍛件性能。7A04 鋁輪轂擠壓成形后的輪轂水平方向可以只留下 3～5mm 的機(jī)械加工余量，比傳統(tǒng)的低壓鑄造的方式減少機(jī)械加工材料約 50%左右，大大減小了材料的浪費(fèi) [16]。輪轂采用的 7A04鋁合金材料強(qiáng)度大，所以變形抗力也會(huì)大。毛坯表面軟化及潤(rùn)滑處理將嚴(yán)重影響到單位擠壓力的大小,因此在輪轂成形過(guò)程前保證良好的潤(rùn)滑措施。反擠壓制品零件的精度高，制品表面的質(zhì)量也較好。工藝路線為：下料——反擠壓——擴(kuò)口——鐓擠精整——熱處理——機(jī)加。7A04 材料的坯料不一定要在變形過(guò)程前就具有大量細(xì)化的晶粒，據(jù)資料顯示在7A04 鋁合金變形超過(guò) 20%～50%時(shí)晶粒就會(huì)出現(xiàn)細(xì)化現(xiàn)象， 7A04 在塑性成形過(guò)程中也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、等軸化、組織均勻化等現(xiàn)象。反擠壓變形程度的計(jì)算： （32020dDR???反3）D0毛胚外徑d0擠壓件內(nèi)徑R 反 擠壓比從上式可以計(jì)算出 = （32020dDR???反 ???4）經(jīng)換算斷面收縮率: （3??%.41???反A?5）斷面收縮率在許用范圍內(nèi)。這就要求溫?cái)D模具不但象冷擠那樣能夠經(jīng)得住高壓作用，而且具有抗中溫破壞的足夠硬度、強(qiáng)度和韌性；還要在反復(fù)變形應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下，具有高的耐磨性，耐疲勞性能。這樣，在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，擴(kuò)口和鐓擠等容易磨損部分的鑲塊便于更換修補(bǔ)。⑷導(dǎo)向裝置 為了使凸、凹模工作時(shí)的中心一致，保證擠壓件的尺寸精度，減少模具所受的偏心負(fù)荷，本文采用了芯軸來(lái)起到擠壓過(guò)程定位和防止失穩(wěn)的作用。此外，預(yù)熱模具將使擠壓金屬表層冷卻減緩，這無(wú)疑將有利于金屬流動(dòng)和充填。 7A04 鋁合金輪轂成形模具設(shè)計(jì) 反擠壓模具設(shè)計(jì)⑴反擠壓凸模的設(shè)計(jì)凸模的工作帶外徑 d 應(yīng)取與擠壓件孔徑相同的尺寸。一般的溫?cái)D反擠壓凸模的尺寸可以參考下列數(shù)據(jù)如圖 41 示意： [20]d1=(～)d ； h=(～)mm ；d2=d(～)mm ； h2=1/2d 32 ；d3=(～)d ； α=1176。圖 41 凸模設(shè)計(jì)原則示意圖凸模工作部分的長(zhǎng)度 h1應(yīng)進(jìn)行縱向彎曲穩(wěn)定性校核。R組合凹模的設(shè)計(jì)：等溫?cái)D壓時(shí)，單位壓力較大，整體擠壓凹模在擠壓時(shí)容易產(chǎn)生縱向裂紋，因而通常采用加預(yù)應(yīng)力圈的組合凹模，以改善凹模工作時(shí)的應(yīng)力分布情況，防止凹模發(fā)生脹裂。因此直徑比： （310）6~4131???a??13設(shè)計(jì)反擠壓凹模如圖 44；圖 44 反擠壓組合凹模組合凹模的壓合,一般在液壓機(jī)上進(jìn)行。各圈在使用過(guò)程中容易松脫。壓合后內(nèi)圈孔徑會(huì)有一點(diǎn)縮小，需要修型。、各圓角尺寸如圖圖 48 鐓擠成形凸模鐓擠成形過(guò)程中的熱量損失容易導(dǎo)致如圖所示的凸臺(tái)高度不到標(biāo)準(zhǔn)，所以在實(shí)際操作中成形結(jié)束后注意測(cè)量，鐓擠成形模具裝配圖如圖 49所示:49 鐓擠模裝配圖1銷(xiāo)釘 2頂桿 3下模板 4螺釘 5下墊板 6頂板 7凹模 8預(yù)應(yīng)力圈 9凸模芯軸10凸模 11凸模墊板 12上模板 13螺釘 14銷(xiāo)釘 模具材料的選擇擠壓模具的材料應(yīng)該具備的條件是：①在工作條件下具備有良好的綜合機(jī)械性能。⑤具有良好的冶金質(zhì)量。根據(jù)溫?cái)D模具的要求，模具工作零件采用了 40Cr、其余零件采用 45鋼，加以一定熱處理可滿(mǎn)足成形模具使用要求。制定了鋁合金輪轂反擠壓——擴(kuò)口——鐓擠以及機(jī)械加工成形工藝。對(duì)于類(lèi)似的輪轂，確定好棒料外徑后，就可以采用本文設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)。致 謝歷時(shí)將近三個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫(xiě)完，在論文的寫(xiě)作過(guò)程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。13:349370[36] Zhang Tingjie,Zhang XiaoMing Structure and properties of Multidirectionally Fed 7075 Aluminum Alloy Northwest Institution For Nonferrous Metal research,Xi’an 71006,china 2022。22[47] 艷然，吳樂(lè)堯．金屬體積成形過(guò)程中溫度場(chǎng)的分析．塑性工程學(xué)報(bào)，2022，(4)：13—16附錄 A多向鍛造7075鋁合金的結(jié)構(gòu)和性能摘要：在440℃經(jīng)多向鍛造加工成7075鋁合金鍛件。T73回火使鍛件屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別提高280%和210% 而延性同退火樣相比并無(wú)明顯下降，斷裂韌性達(dá)到51Mpa