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摘要：本研究指出轮辋缩松的原因分为两类：热缩松和冷缩松，两种类型缩松的改善措施也不尽相同。通过优化产品毛坯局部厚度、修改模具局部冷铁壁厚、局部位置添加保温材料、修改模具冷却布局及选择不同种类涂料的方式可有效改善产品轮辋缩松，但需要根据实际情况进行措施选择、搭配。
Abstract： This study points out that there are two reasons for rim shrinkage：shrinkage caused by high temperature and shrinkage caused by low temperature. The improvement measures of two kinds of shrinkage are different. By optimizing the local thickness of the blank， modifying the local thickness of the mold， adding insulation material in the local position of the mold， modifying the cooling layout of the mold and using different types of coating， we can effectively improve the rim shrinkage. However， we need to choose and match measures according to the actual situation.
关键词：轮辋缩松;模具壁厚;产品壁厚;冷却布局;涂料
Key words： shrinkage of the rim;mold thickness;product thickness;cooling layout;coating
0 引言
A356系列铝合金具有铸造流动性好、收缩率小、气密性好及导热性好等优点[1-2]，经过Sr变质及热处理后，具有良好的物理性能、耐腐蚀性能、力学性能及良好的机械加工性能，是铸造铝合金中用途最广的合金之一，现主要用于低压铸造铝合金件[3-5]。与钢轮毂相比较，铝合金轮毂具有安全、质量轻、导热性好、外观美观等特点，目前国内外汽车厂家已基本使用铝合金轮毂替代钢制轮毂[6-7]。
当前，车轮行业不仅面对着产品轻量化、高精度及高可靠性的问题，同时还要适应产品外观美观、大尺寸和宽轮辋的发展趋势[8-9]。这使得铝合金车轮轮辋性能要求更高，但因轻量化及大尺寸、宽轮辋轮型的发展，使轮辋部位补缩条件变差，轮辋缩松及漏气现象频出。本研究针对此问题，进行了长期的生产改善试验，针对不同类型轮辋缩松总结出以下改善措施：①优化模具局部壁厚;②调整产品毛坯局部壁厚;③优化模具冷却布局;④模具局部位置添加保温材;⑤选择不同种类涂料。
1 轮辋缩松原因分析
铝合金轮毂在金属模具中冷却、凝固是一个非常复杂的过程。这是因为，此过程不是一个简单、稳定的传热过程，在这个过程中铸件温度随时间的变化而下降，金属模具温度随之上升;又因人为冷却的因素，模具各部位温度变化也不一致;同时铸件冷却时是一个三维传热问题，这些因素对分析铸件冷却及凝固过程提出了巨大的挑战。
经过长期对铝合金轮毂铸造方面的研究，针对其轮辋部位缩松产生的原因提出以下两种分析：
①冷缩松导致的轮辋缩松。以图1为例进行分析，当因某些因素導致b区域温度偏低，此部位铝液凝固速度快于a区域时，a区域铝液未完全凝固时，b区域铝液已完成凝固，无法对a区域再进行铝液补充。因铝合金体积随温度降低而变小，在无铝液补充的前提下，铝合金由液体凝固为固体时，必定会在固体中存有空隙，从而产生缩松。
②热缩松导致的轮辋缩松。以图1为例进行分析，当因某些因素导致c区域温度偏高，此部位铝液凝固速度慢于d区域时，c区域铝液未完全凝固时，d区域铝液已完成凝固，使c区域产生缩松。
以上针对轮辋缩松产生原因的分析，共同点均为产品或者模具设计不合理使离浇口远的位置后凝固，导致铝液补充不足，产生缩松。不同点是产生机理不同，可实施的措施不同。当缩松前部位温度低时可通过提高此部位温度，降低其凝固速度解决缩松;当缩松部位温度较高时可通过降低缩松部位温度，提高其凝固速度解决缩松。这需要工程人员首先针对现场实际情况识别轮辋缩松类型。
2 轮辋缩松改善措施
2.1 冷缩松改善措施
因冷缩松导致的轮辋部位缩松，可通过以下方式改善缩松：①更改产品毛坯局部厚度，如：增加缩松前位置局部厚度;②修改模具局部冷铁厚度;③在模具局部位置增加保温材料;④适当增加涂料喷涂厚度。
以我司A产品改善过程为例进行说明：
2.1.1 改善前问题
图2为A产品毛坯及模具示意图，A产品在试生产后发现，轮辋外侧e位置加工后出现点状缩松，产品不合格率达到70%，产品无法批量生产。
2.1.2 原因分析及改进方案
以初次验证时模具状态及铸造条件为基础，对铸造过程进行模拟分析，模拟分析结果如图3所示，模拟结果表明产品上部位置缩松，与产品初次试制结果一致。制定以下方案，提高f位置模具温度后再次进行模拟实验，模拟结果如图4所示，轮辋上部位置缩松明显改善，说明此缩松类型为冷缩松，即：A产品轮辋f区域温度低，快于e位置先完成凝固，在轮辋e位置凝固时无铝液进行补充，从而产生缩松。具体方案如下：
方案一：如图2所示，将模具上模及边模指定位置冷铁减薄;
方案二：如图2所示，适当增加产品指定位置厚度。 按照以上方案进行模具修改后，再次试生产。此次生产产品轮辋外侧e位置无点状缩松，此次生产产品合格，产品可以批量生产。
2.1.3 批量效果验证
经过以上修改后，A产品连续生产3个批次，轮辋外侧e位置加工后未发现点状缩松缺陷，产品符合相关要求。
2.2 热缩松改善措施
因热缩松导致的轮辋部位缩松，可通过以下方式改善缩松：①更改产品毛坯局部厚度，如：适当减薄缩松部位厚度;②修改模具冷却布局，如：在缩松部位增加冷却或更换导热性较好的材料;③选择保温性能较差的涂料喷涂模具对应缩松部位。
以我司B产品改善过程为例进行说明：
2.2.1 改善前问题
图5为B产品毛坯及模具示意图，B产品在试生产后发现，加工后轮辋外侧g位置加工后出现点状缩松，氦气试漏试验时B产品不合格率达到10%，产品无法批量生产。
2.2.2 原因分析及改进方案
以初次验证时模具状态及铸造条件为基础，对铸造过程进行模拟分析，分析结果显示轮辋中间部位温度较高，故此缩松类型为热缩松，即：B产品轮辋g位置模具温度较高，铝液凝固速度慢，导致出现缩松。设计以下改善方案：按图5方式进行模具修改，在模具边模指定位置增加冷却加速此位置铝液的凝固。
根据设计方案再次对铸造过程进行模拟分析，结果显示产品凝固后轮辋无缩松，同时轮辋中部位置温度明显下降。
根据制定的方案进行模具修改，再次试生产后，产品轮辋外侧g位置加工后无点状缩松，氦气试漏试验检测后B产品不合格率为2%，产品满足批量生产条件。
2.2.3 批量效果验证
经过以上修改后，连续生产4个批次，B产品轮辋外侧g位置加工后无点状缩松缺陷，氦气试漏试验检测后B产品不合格率为1.4%，達到预期目的。
3 结论
①轮辋缩松产生的原因主要有两种：缩松前部位温度低导致的冷缩松和缩松部位温度高导致的热缩松。②冷缩松导致的轮辋缩松改善措施：1）更改产品毛坯局部厚度;2）修改模具局部冷铁厚度;3）在模具局部位置增加保温材料;4）适当增加涂料喷涂厚度。③热缩松导致的轮辋缩松改善措施：1）更改产品毛坯局部厚度;2）修改模具冷却布局;3）选择保温性能较差的涂料喷涂模具对应缩松部位。④轮辋缩松的类型需要工程人员结合产品生产情况、产品造型及缩松部位评估分析得出，并采用一种或多种措施进行改善。
参考文献：
[1]石家平，余成远.铝合金车轮制造技术及发展趋势探讨[J].世界有色金属，2019（09）：174，176.
[2]刘志峰.铝合金车轮行业发展综述[J].商用汽车，2018（12）：100-104.
[3]周喆.铝合金车轮制造技术及发展趋势[J].世界有色金属，2017（13）：231-232.
[4]薛喜伟，王贵.A356.2低压铸造铝合金车轮表面针孔原因分析[J].铝加工，2016（04）：31-35.
[5]袁军.浅谈电动四轮车铝合金车轮轮辋缩松的改进[C].重庆铸造行业协会、重庆市机械工程学会铸造分会.绿色铸造与持续发展——2015（第25届）重庆市铸造年会论文集.重庆铸造行业协会、重庆市机械工程学会铸造分会：重庆市机械工程学会铸造分会，2015：139-141.
[6]张亮，王志峰，贾晓飞，赵维民.A356.2铝合金轮毂轮辋的缩松分析及性能研究[J].热加工工艺，2010，39（23）：84-87.
[7]安阁英.铸造形成理论[M].北京：机械工业出版社，1990：46-46.
[8]代颖辉.大直径、宽轮辋低压铸造A356铝合金车轮轮辋缺陷及性能的改进[J].铸造，2016，65（09）：920-923.
Abstract： This study points out that there are two reasons for rim shrinkage：shrinkage caused by high temperature and shrinkage caused by low temperature. The improvement measures of two kinds of shrinkage are different. By optimizing the local thickness of the blank， modifying the local thickness of the mold， adding insulation material in the local position of the mold， modifying the cooling layout of the mold and using different types of coating， we can effectively improve the rim shrinkage. However， we need to choose and match measures according to the actual situation.
关键词：轮辋缩松;模具壁厚;产品壁厚;冷却布局;涂料
Key words： shrinkage of the rim;mold thickness;product thickness;cooling layout;coating
0 引言
A356系列铝合金具有铸造流动性好、收缩率小、气密性好及导热性好等优点[1-2]，经过Sr变质及热处理后，具有良好的物理性能、耐腐蚀性能、力学性能及良好的机械加工性能，是铸造铝合金中用途最广的合金之一，现主要用于低压铸造铝合金件[3-5]。与钢轮毂相比较，铝合金轮毂具有安全、质量轻、导热性好、外观美观等特点，目前国内外汽车厂家已基本使用铝合金轮毂替代钢制轮毂[6-7]。
当前，车轮行业不仅面对着产品轻量化、高精度及高可靠性的问题，同时还要适应产品外观美观、大尺寸和宽轮辋的发展趋势[8-9]。这使得铝合金车轮轮辋性能要求更高，但因轻量化及大尺寸、宽轮辋轮型的发展，使轮辋部位补缩条件变差，轮辋缩松及漏气现象频出。本研究针对此问题，进行了长期的生产改善试验，针对不同类型轮辋缩松总结出以下改善措施：①优化模具局部壁厚;②调整产品毛坯局部壁厚;③优化模具冷却布局;④模具局部位置添加保温材;⑤选择不同种类涂料。
1 轮辋缩松原因分析
铝合金轮毂在金属模具中冷却、凝固是一个非常复杂的过程。这是因为，此过程不是一个简单、稳定的传热过程，在这个过程中铸件温度随时间的变化而下降，金属模具温度随之上升;又因人为冷却的因素，模具各部位温度变化也不一致;同时铸件冷却时是一个三维传热问题，这些因素对分析铸件冷却及凝固过程提出了巨大的挑战。
经过长期对铝合金轮毂铸造方面的研究，针对其轮辋部位缩松产生的原因提出以下两种分析：
①冷缩松导致的轮辋缩松。以图1为例进行分析，当因某些因素導致b区域温度偏低，此部位铝液凝固速度快于a区域时，a区域铝液未完全凝固时，b区域铝液已完成凝固，无法对a区域再进行铝液补充。因铝合金体积随温度降低而变小，在无铝液补充的前提下，铝合金由液体凝固为固体时，必定会在固体中存有空隙，从而产生缩松。
②热缩松导致的轮辋缩松。以图1为例进行分析，当因某些因素导致c区域温度偏高，此部位铝液凝固速度慢于d区域时，c区域铝液未完全凝固时，d区域铝液已完成凝固，使c区域产生缩松。
以上针对轮辋缩松产生原因的分析，共同点均为产品或者模具设计不合理使离浇口远的位置后凝固，导致铝液补充不足，产生缩松。不同点是产生机理不同，可实施的措施不同。当缩松前部位温度低时可通过提高此部位温度，降低其凝固速度解决缩松;当缩松部位温度较高时可通过降低缩松部位温度，提高其凝固速度解决缩松。这需要工程人员首先针对现场实际情况识别轮辋缩松类型。
2 轮辋缩松改善措施
2.1 冷缩松改善措施
因冷缩松导致的轮辋部位缩松，可通过以下方式改善缩松：①更改产品毛坯局部厚度，如：增加缩松前位置局部厚度;②修改模具局部冷铁厚度;③在模具局部位置增加保温材料;④适当增加涂料喷涂厚度。
以我司A产品改善过程为例进行说明：
2.1.1 改善前问题
图2为A产品毛坯及模具示意图，A产品在试生产后发现，轮辋外侧e位置加工后出现点状缩松，产品不合格率达到70%，产品无法批量生产。
2.1.2 原因分析及改进方案
以初次验证时模具状态及铸造条件为基础，对铸造过程进行模拟分析，模拟分析结果如图3所示，模拟结果表明产品上部位置缩松，与产品初次试制结果一致。制定以下方案，提高f位置模具温度后再次进行模拟实验，模拟结果如图4所示，轮辋上部位置缩松明显改善，说明此缩松类型为冷缩松，即：A产品轮辋f区域温度低，快于e位置先完成凝固，在轮辋e位置凝固时无铝液进行补充，从而产生缩松。具体方案如下：
方案一：如图2所示，将模具上模及边模指定位置冷铁减薄;
方案二：如图2所示，适当增加产品指定位置厚度。 按照以上方案进行模具修改后，再次试生产。此次生产产品轮辋外侧e位置无点状缩松，此次生产产品合格，产品可以批量生产。
2.1.3 批量效果验证
经过以上修改后，A产品连续生产3个批次，轮辋外侧e位置加工后未发现点状缩松缺陷，产品符合相关要求。
2.2 热缩松改善措施
因热缩松导致的轮辋部位缩松，可通过以下方式改善缩松：①更改产品毛坯局部厚度，如：适当减薄缩松部位厚度;②修改模具冷却布局，如：在缩松部位增加冷却或更换导热性较好的材料;③选择保温性能较差的涂料喷涂模具对应缩松部位。
以我司B产品改善过程为例进行说明：
2.2.1 改善前问题
图5为B产品毛坯及模具示意图，B产品在试生产后发现，加工后轮辋外侧g位置加工后出现点状缩松，氦气试漏试验时B产品不合格率达到10%，产品无法批量生产。
2.2.2 原因分析及改进方案
以初次验证时模具状态及铸造条件为基础，对铸造过程进行模拟分析，分析结果显示轮辋中间部位温度较高，故此缩松类型为热缩松，即：B产品轮辋g位置模具温度较高，铝液凝固速度慢，导致出现缩松。设计以下改善方案：按图5方式进行模具修改，在模具边模指定位置增加冷却加速此位置铝液的凝固。
根据设计方案再次对铸造过程进行模拟分析，结果显示产品凝固后轮辋无缩松，同时轮辋中部位置温度明显下降。
根据制定的方案进行模具修改，再次试生产后，产品轮辋外侧g位置加工后无点状缩松，氦气试漏试验检测后B产品不合格率为2%，产品满足批量生产条件。
2.2.3 批量效果验证
经过以上修改后，连续生产4个批次，B产品轮辋外侧g位置加工后无点状缩松缺陷，氦气试漏试验检测后B产品不合格率为1.4%，達到预期目的。
3 结论
①轮辋缩松产生的原因主要有两种：缩松前部位温度低导致的冷缩松和缩松部位温度高导致的热缩松。②冷缩松导致的轮辋缩松改善措施：1）更改产品毛坯局部厚度;2）修改模具局部冷铁厚度;3）在模具局部位置增加保温材料;4）适当增加涂料喷涂厚度。③热缩松导致的轮辋缩松改善措施：1）更改产品毛坯局部厚度;2）修改模具冷却布局;3）选择保温性能较差的涂料喷涂模具对应缩松部位。④轮辋缩松的类型需要工程人员结合产品生产情况、产品造型及缩松部位评估分析得出，并采用一种或多种措施进行改善。
参考文献：
[1]石家平，余成远.铝合金车轮制造技术及发展趋势探讨[J].世界有色金属，2019（09）：174，176.
[2]刘志峰.铝合金车轮行业发展综述[J].商用汽车，2018（12）：100-104.
[3]周喆.铝合金车轮制造技术及发展趋势[J].世界有色金属，2017（13）：231-232.
[4]薛喜伟，王贵.A356.2低压铸造铝合金车轮表面针孔原因分析[J].铝加工，2016（04）：31-35.
[5]袁军.浅谈电动四轮车铝合金车轮轮辋缩松的改进[C].重庆铸造行业协会、重庆市机械工程学会铸造分会.绿色铸造与持续发展——2015（第25届）重庆市铸造年会论文集.重庆铸造行业协会、重庆市机械工程学会铸造分会：重庆市机械工程学会铸造分会，2015：139-141.
[6]张亮，王志峰，贾晓飞，赵维民.A356.2铝合金轮毂轮辋的缩松分析及性能研究[J].热加工工艺，2010，39（23）：84-87.
[7]安阁英.铸造形成理论[M].北京：机械工业出版社，1990：46-46.
[8]代颖辉.大直径、宽轮辋低压铸造A356铝合金车轮轮辋缺陷及性能的改进[J].铸造，2016，65（09）：920-923.