本文探討研究了汽車(chē)輪轂的AnyCasting鑄造工藝優(yōu)化相關(guān)內(nèi)容。

　　1 概述

　　伴隨著全球金融危機(jī)的影響，石油資源給傳統(tǒng)汽車(chē)帶來(lái)越來(lái)越大的約束，為了擺脫這種窘境，許多國(guó)內(nèi)外汽車(chē)廠商都宣布了進(jìn)軍新能源汽車(chē)領(lǐng)域的計(jì)劃。國(guó)內(nèi)外的汽車(chē)主機(jī)廠紛紛在混合動(dòng)力、太陽(yáng)能、電能等等新能源上研發(fā)新能源汽車(chē)。

　　在國(guó)內(nèi)，比亞迪公司作為電能存放技術(shù)與汽車(chē)制造技術(shù)的領(lǐng)跑者，在新能源汽車(chē)方面一直保持著較快的發(fā)展勢(shì)頭。比亞迪E6電動(dòng)車(chē)，是一款純電動(dòng)四驅(qū)車(chē)型，動(dòng)力與啟動(dòng)電池均采用比亞迪自主生產(chǎn)的ET-POWER鐵電池，百公里加速時(shí)間在14秒以?xún)?nèi)，充電一次大致需要7個(gè)小時(shí)，續(xù)航能力超過(guò)300公里。

圖1 比亞迪E6電動(dòng)車(chē)

　　現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)節(jié)能減排的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，對(duì)汽車(chē)輕量化的要求也變得更加迫切。這里我們以汽車(chē)輪轂為例展開(kāi)論述，鋁合金輪轂以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、可靠性可塑性強(qiáng)、價(jià)格適中、外觀時(shí)尚等特點(diǎn)已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的首選。據(jù)美國(guó)金屬市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，近10年來(lái)世界每輛汽車(chē)平均用鋁量增加了2倍，2001年世界每輛汽車(chē)平均用鋁量已達(dá)113.5kg，特別是北美汽車(chē)用鋁量增長(zhǎng)最快，2002年北美生產(chǎn)的汽車(chē)平均每輛用鋁量達(dá)124kg左右。預(yù)計(jì)2010年，汽車(chē)輪轂的鋁化率可達(dá)72%-78%，不過(guò)，低壓永久模鑄造的輪轂仍占主導(dǎo)，約占輪轂總量的75%左右。

　　2 國(guó)內(nèi)鋁合金輪轂的生產(chǎn)現(xiàn)狀

　　經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)已初具規(guī)模，09年10月在長(zhǎng)春一汽一輛金橙色解放J6的下線，是我國(guó)該年第1000萬(wàn)輛汽車(chē)誕生，標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后，第三個(gè)汽車(chē)年產(chǎn)銷(xiāo)量超過(guò)千萬(wàn)的國(guó)家。同時(shí)，鋁合金輪轂作為汽車(chē)輕量化產(chǎn)品，在我國(guó)已引起廣泛重視，國(guó)內(nèi)鋁合金輪轂市場(chǎng)主要集中在南北大眾、廣本和幾個(gè)微型車(chē)廠、皮卡等主機(jī)廠，近幾年，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)鋁合金輪轂的需求也一直看好，我國(guó)產(chǎn)品已高性?xún)r(jià)比出口美國(guó)、日本、韓國(guó)等地。中國(guó)有25家鑄造鋁合金輪轂廠，年生產(chǎn)能約2000萬(wàn)件， 2002的的產(chǎn)量1400萬(wàn)件，其中出口600萬(wàn)件。中國(guó)首條鍛造鋁合金輪轂生產(chǎn)線正在戴卡鋁輪轂有限公司建設(shè)，可于今年晚些時(shí)候投產(chǎn)，有2臺(tái)鍛壓機(jī)，年生產(chǎn)能力100萬(wàn)件。戴卡公司是中國(guó)首家鋁輪轂企業(yè)，為中國(guó)汽車(chē)輪轂鋁化作出了重要貢獻(xiàn)。

　　鋁合金輪轂是一種材料密集型、勞動(dòng)力密集型的低附加值產(chǎn)品，由于鋁合金輪轂的高投入高產(chǎn)出的行業(yè)特點(diǎn)，許多企業(yè)因?yàn)槿狈﹃P(guān)鍵技術(shù)，只重視設(shè)備的引進(jìn)，造成了生產(chǎn)能力難以發(fā)揮，成品率低，產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，最終被市場(chǎng)淘汰。

　　3 國(guó)內(nèi)鋁合金輪轂的工藝狀況

　　鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝主要有鍛造和鑄造兩種，鍛造工藝比鑄造工藝強(qiáng)度高18%以上，重量輕15%，但生產(chǎn)工藝和成本較高，目前鋁合金輪轂以鑄造為主，其中低壓鑄造工藝約占全部產(chǎn)量的80%以上，重力鑄造工藝約占20%，另外還有擠壓鑄造工藝等。

　　低壓鑄造工藝主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.液體金屬充型比較平穩(wěn);

　　2.鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對(duì)于大型薄壁鑄件的成形更為有利;

　　3.鑄件組織致密，機(jī)械性能高;

　　4.提高了金屬液的工藝收得率，一般情況下不需要冒口，使金屬液的收得率大大提高，收得率一般可達(dá)90%。

　　此外，勞動(dòng)條件好;設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，也是低壓鑄造的突出優(yōu)點(diǎn)。

　　4 低壓鑄造軟件分析

　　低壓鑄造的工藝規(guī)范包括預(yù)壓、充型、增壓、飽壓、模具預(yù)熱溫度、澆注溫度，以及模具的涂料等。以AnyCasting為分析工具，通過(guò)對(duì)模具溫度、壓力規(guī)范和冷卻條件的模擬，預(yù)測(cè)和分析充型和凝固過(guò)程中的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鋁合金輪轂低壓鑄造工藝的優(yōu)化。

圖2 輪轂三維造型

　　將輪轂和模具等部件的三維模型(如圖2、3)，輪轂外形尺寸為415mm×415mm×178mm，由part轉(zhuǎn)為STL文件導(dǎo)入分析工具后，設(shè)置各部件屬性(鑄件型腔、流道、渣包、模具、附件等等)。所選工藝參數(shù)：鋁液澆注溫度700±10℃，模具溫度480℃，界面換熱系數(shù)(gm/s3/K)：鑄件/鑄型為3.0×105(有保溫涂料)。

圖3 低壓鑄造壓力曲線

　　通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)充型過(guò)程中發(fā)生了噴濺現(xiàn)象，預(yù)測(cè)了充型壓力曲線存在的問(wèn)題。

　　5 結(jié)論

　　隨著計(jì)算機(jī)性能和信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，制造業(yè)的數(shù)字化以及仿真模擬的技術(shù)也日趨完善。在鑄造過(guò)程仿真模擬行業(yè)中，出現(xiàn)了ProCAST、MAGMA、Flow-3D、dieCAS、AnyCasting、華鑄等等非常成熟的商業(yè)軟件。仿真軟件的發(fā)展，給傳統(tǒng)的制造行業(yè)注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，同時(shí)也得到越來(lái)越多的企業(yè)的認(rèn)可和應(yīng)用。