为了满足汽车行业轮胎扁平化和汽车操控稳定性发展的需求，南京华舜轮毂有限公司进行了反向轮辋深轮缘车轮的研制，在产品设计、模具改进和低压铸造工艺三个方面积累了丰富的经验。

产品设计

在进行反向轮辋深轮缘车轮产品设计时，一般是从车轮的承载要求、装配条件（装胎和装车）和造型方法三个方面来考虑，以满足其安全性、易于装拆和装饰美化的要求。

1.安全性设计

在分析车轮的结构强度、使用寿命等内在质量的基础上，针对不同车型来展开设计，图1是为美国GITANO新设计的一款车轮，首先其必须在最大载荷下通过各种型式试验（弯曲疲劳、径向疲劳和30°冲击等），这表征车轮在行驶过程中能承受弯矩负荷、垂直负荷及外物的冲击，满足其承载性和安全性的结构性能要求。在整个车轮设计过程中，对车轮安全性的验证，是根据其载荷和相关标准，计算出试验要求，在顾客确认的三维造型完成以后，先通过有限元分析（FEA）的方法来进行（见图2），待生产制造出真正的样轮，再对样轮进行各种性能试验和路试（见图3），只有当试验样轮经过充分的试验，证实其在行驶过程中的表现是优秀的，这时一个新的反向轮辋深轮缘车轮的设计才可以算做完成，然后设计者将明了的试验要求列为产品图纸技术要求的一部分，并作为车轮技术认可的基本内容。

2.装配性设计

装配性能是反向轮辋深轮缘车轮设计时要考虑的最基本的使用要求，在体现结构合理的同时，更要满足其装拆方便的特点，而不同的车型其装车条件往往差异很大，因此，每一次车轮设计时都必须同时考虑以下装配条件：

（1）装胎条件：轮辋的直径、宽度和轮辋轮廓满足国内外相关标准；

（2）装车条件：偏距、刹车空间、中心孔、轴长、PCD和安装盘等；

（3）车轮附件：气门嘴位置、装饰盖（片）等。

3.装饰性设计

随着设计的发展，好的产品造型往往先声夺人地向人们宣传和展示自己的独到之处，人们在未接触和了解产品的性能之前，先被车轮的外观所吸引，这种先入为主的印象，直接影响着人们的消费心理。因此，现代车轮产品要取得社会的承认并达到预期的社会效果，不仅在结构上要满足需要，还要在设计中考虑更多的人性需求，实现技术因素与艺术因素的有机结合。

模具设计的改进

在轮毂的制造过程中，铸件毛坯质量对铝合金车轮的整体质量影响最大，铸造质量取决于合金选择、模具质量、熔炼工艺、合金变质和热处理等一系列工艺控制过程，模具是成形车轮的关键工艺装备，其结构的设计与优化是车轮生产企业的工艺关键。

反向轮辋深轮缘车轮由于轮缘较深，充型过程极易裹气，轮辋和轮辐相交处（J部）常因补缩不足，而形成大的缩孔。但此处是车轮的直接受力部位，且是应力集中区，若冷却不当，会产生缩松或热裂。而轮辋部位由于反向轮辋深轮缘车轮选用的是无内胎直接充气轮胎，在轮辋部位也不允许产生缩孔、缩松等缺陷。

因此， 低压铸造模具冷却系统的设计必须满足顺序凝固的原则：首先轮辋部位由上往下顺序凝固，随后轮辐部位由外部向中心逐渐冷却，这样铸件冷却时才能保证充分补缩，防止产生缩孔、缩松、夹渣和热裂等缺陷。

车轮铸件厚度一般为8～9.5mm，且轮辋远离中心浇口，铸件散热较快，由模具本身自然冷却即可。对模具自然散热而言，需保证由上往下的顺序凝固；对于深轮缘区域，在保证冲型后，要求其必须在轮辐部位先冷却，否则就会造成补缩不足，引起缩松。为此，设计时新增了风冷系统，根据铸造曲线，定时顺序打开各冷却通道。

低压铸造工艺

整体式铝车轮的主要生产工艺流程是：熔化→精炼→低压铸造→X射线探伤→热处理→机械加工→动平衡检验→气密性检验→表面处理→包装。反向轮辋深轮缘车轮采用的材料与通常整体式铝车轮是一致的，牌号为A356.2（ASTM B179-06），生产工艺流程也基本吻合，所以在整个样件试制流程中最关键的就是铸造成形过程。

图4是常用的车轮低压铸造曲线，压力计算公式为：P=hρm/10200，其中，P为充型压力（MPa）；10200为单位换算系数（g/N），如不用换算，单位就是（Mbar，1bar＝1×105Pa）；h为合金上升到某一段的高度（cm）；ρ为合金液的密度（g/cm3），A356合金选用2.6；m为充型阻力系数，取1～1.5。式中（h×ρ）为补偿压力，它与不同轮型和各种机型的炉膛面积有关。

1.升液高度、压力和速度

升液高度包括：浇口深度、陶瓷浇口套深度、升液管部分的液面到升液管端口的高度，再加上每浇一个铸件液面下降的高度。

升液阶段（A-B）需要的压力（P1）为升液总高度（h1+h2）乘铝液比重（ρ）和阻力系数（m）。升液速度（υ1）一般不宜太快，控制在13～40Mbar/s。在确保完成充填成形的基础上，升液速度慢些有利于型腔中气体的充分排出。

2.充型段压力速度的控制

反向轮辋深轮缘车轮是圆形的，有较大面积的薄壁轮辋、较厚的轮辐，浇注时轮辋垂直，轮辐水平，浇口在中间。车轮的正面朝下，一般多为正偏距（或零偏距），所以毛坯的重量在下半部分的据多。铝液从浇口出来开始充型时，有很长一段时间，液面上升很小，与炉膛的压差越来越大，流速越来越快。为了充型的平稳，必须有恒定的流量。B-C段加压速度υ2为20～40Mbar/s，时间t2为2～3s，然后的充型速度υ3就按照C-D线，时间t3根据铸件的特点来定，还应该包括铝液充满铸型后的结壳时间。D点的压力（P2）是（h4+h1）×ρm，其中阻力系数应设为1.2左右，还要考虑5～10Mbar的安全系数。

充型段的速度要根据不同车轮的特点来设定，充型速度要适中，速度过快过慢都影响着铸件质量，工艺上要求压力准确，有再现性，操作时要相对稳定那些不断变化的参数、阻力系数和补偿压力等都不可忽略。

充型结束时D点的压力（P2）需掌握好，压力过小，车轮浇不满；压力过大，铸件易出现飞边或跑火，甚至影响出型或导致毛坯变形。

3.增压压力

增压线D-E，其压力为700～1?000Mbar，t4为3～6s，铸件能在压力下结晶，其组织致密，机械性能好，减少缩松。E点的压力（P3）比金属型冒口的压力高4～5倍，这是低压铸造的特点。如果增压的起点（D点）压力（P2）偏高时，时间（t3）将被延长，加上增压速度（v4）太慢，会延误铸件在压力下结晶的机会。反向轮辋深轮缘车轮的轮缘比较薄，充型时，车轮的下部轮缘先浇满，也先凝固（特别是偏距小或负偏距的产品），如果整个充型时间达60s左右，轮缘的下半部分就失去了在压力下结晶的机会，极易出现显微缩松、针孔、气孔和夹渣等缺陷。

4.保压时间

保压时间（t5）决定于铸件结构、铸型和铸型的冷却条件。反向轮辋深轮缘车轮浇注时，在铝液温度和铸型温度相对稳定的基础上，决定于车轮热节的凝固时间，而且要考虑浇口到热节的顺序凝固条件，浇口一定要保证比热节后凝固，如果浇口先凝固，或作为通道的轮辐先凝固，车轮的热节处就会出现缩松；如果保压时间太长，容易冻浇口，浇口的保温则是延长保压时间的关键。

5.释压延时冷却

一般释压以后，要延时1～2min，待铸件完全凝固后再开型以免铸件变形或拉伤。

6.铸件的冷却

铸件的冷却时间，从增压结束（E点）就应该开始，根据铸件的特点和顺序凝固的要求，首先应从车轮的轮缘处开始吹风，然后是轮辋和轮辐交接处的热节，轮辐是影响热节处是否缩松的关键地方，一般是先保温后冷却；轮盘中心部位的浇口是最后冷却。整个车轮的凝固过程能否形成顺序凝固的温度场，常常决定于模具在顺序凝固方面设计的合理性和浇口的保温时间。

结语

反向轮辋深轮缘车轮的研制成功能满足轮胎扁平化和汽车操控稳定性发展的需求；汽车要选配更宽的轮胎，必须从车轮设计着手，主要考虑车轮的安全性、装配性和装饰性等要求；在反向轮辋深轮缘车轮的样件试制时，为保障顺序凝固的实现，低压铸造模具的改进和铸造工艺参数的确定是全过程的关键。