1 概述

伴隨著全球金融危機的影響，石油資源給傳統汽車帶來越來越大的約束，為了擺脫這種窘境，許多國內外汽車廠商都宣布了進軍新能源汽車領域的計劃。國內外的汽車主機廠紛紛在混合動力、太陽能、電能等等新能源上研發新能源汽車。
 

在國內，比亞迪公司作為電能存放技術與汽車制造技術的領跑者，在新能源汽車方面一直保持著較快的發展勢頭。比亞迪E6電動車，是一款純電動四驅車型，動力與啟動電池均采用比亞迪自主生產的ET-POWER鐵電池，百公里加速時間在14秒以內，充電一次大致需要7個小時，續航能力超過300公里。

 

  

圖1 比亞迪E6電動車

現代汽車行業節能減排的呼聲越來越強烈，對汽車輕量化的要求也變得更加迫切。這里我們以汽車輪轂為例展開論述，鋁合金輪轂以其質量輕、強度高、可靠性可塑性強、價格適中、外觀時尚等特點已經成為汽車行業的首選。

據美國金屬市場統計，近10年來世界每輛汽車平均用鋁量增加了2倍，2001年世界每輛汽車平均用鋁量已達113.5kg，特別是北美汽車用鋁量增長最快，2002年北美生產的汽車平均每輛用鋁量達124kg左右。

預計2010年，汽車輪轂的鋁化率可達72%-78%，不過，低壓永久模鑄造的輪轂仍占主導，約占輪轂總量的75%左右。

 

2 國內鋁合金輪轂的生產現狀
 

經過幾十年的建設，我國汽車工業已初具規模，09年10月在長春一汽一輛金橙色解放J6的下線，是我國該年第1000萬輛汽車誕生，標志著我國成為繼美國、日本之后，第三個汽車年產銷量超過千萬的國家。

同時，鋁合金輪轂作為汽車輕量化產品，在我國已引起廣泛重視，國內鋁合金輪轂市場主要集中在南北大眾、廣本和幾個微型車廠、皮卡等主機廠，近幾年，國際市場對鋁合金輪轂的需求也一直看好，我國產品已高性價比出口美國、日本、韓國等地。中國有25家鑄造鋁合金輪轂廠，年生產能約2000萬件， 2002的的產量1400萬件，其中出口600萬件。

中國首條鍛造鋁合金輪轂生產線正在戴卡鋁輪轂有限公司建設，可于今年晚些時候投產，有2臺鍛壓機，年生產能力100萬件。戴卡公司是中國首家鋁輪轂企業，為中國汽車輪轂鋁化作出了重要貢獻。

 

鋁合金輪轂是一種材料密集型、勞動力密集型的低附加值產品，由于鋁合金輪轂的高投入高產出的行業特點，許多企業因為缺乏關鍵技術，只重視設備的引進，造成了生產能力難以發揮，成品率低，產品缺乏競爭力，最終被市場淘汰。
 

3 國內鋁合金輪轂的工藝狀況
 

鋁合金輪轂的生產工藝主要有鍛造和鑄造兩種，鍛造工藝比鑄造工藝強度高18%以上，重量輕15%，但生產工藝和成本較高，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點：
 

1．液體金屬充型比較平穩；

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

3．鑄件組織致密，機械性能高；

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90％。

此外，勞動條件好；設備簡單，易實現機械化和自動化，也是低壓鑄造的突出優點。

4 低壓鑄造軟件分析

低壓鑄造的工藝規范包括預壓、充型、增壓、飽壓、模具預熱溫度、澆注溫度，以及模具的涂料等。以AnyCasting為分析工具，通過對模具溫度、壓力規范和冷卻條件的模擬，預測和分析充型和凝固過程中的問題，實現鋁合金輪轂低壓鑄造工藝的優化。

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轉為STL文件導入分析工具后，設置各部件屬性（鑄件型腔、流道、渣包、模具、附件等等）。所選工藝參數：鋁液澆注溫度700±10℃，模具溫度480℃，界面換熱系數（gm/s3/K）：鑄件/鑄型為3.0×105（有保溫涂料）。

   

圖2 輪轂三維造型

 

圖3 低壓鑄造壓力曲線
 

通過模擬發現充型過程中發生了噴濺現象，預測了充型壓力曲線存在的問題。

5 結論

隨著計算機性能和信息技術的不斷進步，制造業的數字化以及仿真模擬的技術也日趨完善。在鑄造過程仿真模擬行業中，出現了ProCAST、MAGMA、Flow-3D、dieCAS、AnyCasting、華鑄等等非常成熟的商業軟件。仿真軟件的發展，給傳統的制造行業注入了強勁的動力，同時也得到越來越多的企業的認可和應用。