陶瓷過濾片在低壓鑄造鋁合金汽車輪中的應用

王 巖，邢秋林

（佛山市南海中南鋁車輪制造有限公司，廣東 佛山 528000）

在我公司連續幾年的質量統計中，低壓鑄造鋁合金汽車輪（以下簡稱低壓輪）的漏氣廢品率一直占所有缺陷廢品率的第一位，其報廢率占投產數的3%～3.5%，長期以來一直認為導致低壓輪漏氣的主要原因是輪輞縮松缺陷。為降低漏氣廢品率，經過詳細的觀察和比對漏氣位置后發現，漏氣位置與縮松級別并無明顯關聯。隨后對上百件車輪漏氣部位的斷口進行仔細觀察，并詳細分析其金相，終于找到了漏氣的真正原因——夾渣缺陷。統計數據顯示，90%左右的漏氣位置均存在夾渣缺陷，另有少數顯著縮孔導致產生漏氣。

在低壓輪的生產中，若鑄件含渣等雜質偏多，不僅會導致漏氣，產生廢品，同時還會影響材質的機械性能，如屈服強度、抗拉強度，特別是延伸率會顯著下降，還有由于氧化渣比較硬、脆，導致數控加工時間較長，易產生崩刃，等諸多問題。

因此，減少鑄件中的夾渣缺陷，不僅可以降低低壓輪的漏氣廢品率，同時還將進一步穩定產品質量，提高生產效率，創造可觀的經濟效益。

1 用陶瓷過濾片減少鑄件中的夾渣缺陷

公司曾先后采用鐵絲過濾網及纖維過濾網來解決夾渣的問題。鐵絲過濾網具有基本穩定的過濾效果，相對低廉的成本，使其在傳統的鑄造方法中占有一席之地。但由于其不可避免的增加鋁合金液中Fe的含量，會對產品的力學性能產生不良影響。另外鐵絲網在壓力鑄造連續生產的過程中，難以有效的實現在鑄件完全凝固前取出以及難以舍棄含有大量鐵元素的澆冒口回爐料；在攔截效果上，纖維過濾網和同數目的鐵絲過濾網效果相近。玻璃纖維過濾網作為一種成本較低的過濾材料，有相當良好的工藝適應性；但由于溫度升高后，纖維過濾網表面的硬化劑汽化，而氣體又無法排出，導致鑄件中出現針孔或氧化皮等缺陷。

采用泡沫陶瓷進行型內過濾及中間過程鋁合金液的過濾是一種較先進的過濾方式。目前，泡沫陶瓷過濾廣泛的應用在鑄鋁件、鑄銅件和鑄鐵件上。用于過濾的泡沫陶瓷是采用特殊的發泡工藝，經過高溫燒結再通過特殊處理來保證其通孔率。使用泡沫陶瓷過濾的基本原理是合金液在通過細密的孔道過程中，通過吸附合金液中的氣體和機械攔截雜質方式去除合金液中的夾渣，從而減少鑄件中的缺陷，達到提高鑄件外觀質量和力學性能的目的。同時通過泡沫陶瓷過濾裝置改變鋁液的流動方式，減少由于合金液翻滾形成的二次氧化夾雜，圖1和圖2分別是使用陶瓷過濾片前后的鑄件金相組織圖。

圖1 使用陶瓷過濾片前的金相組織圖片（圖中黑影部分為氧化渣）

圖2 使用陶瓷過濾片后的金相組織圖片200X

如何將陶瓷過濾片固定在澆口中是操作過程中的難點，經過仔細分析，設計和試驗，最后確定在鐵澆口中設計一個臺階來支撐陶瓷過濾片，并通過澆口尺寸的控制來對其進行限位固定（見圖3），巧妙的解決了陶瓷過濾片固定的難題。在公司首次驗證中，共生產了5144件產品。在增加陶瓷過濾片之前，該產品漏氣率大概在5%左右。

增加陶瓷過濾片后，效果十分顯著，漏氣報廢率降低到了0.6%。隨后，又在1101585，1101510等拋光產品上進行了驗證。使用陶瓷過濾片之前，這些拋光產品的合格率不超過50%，主要缺陷是表面夾渣、導致外觀不合格。而在采用陶瓷過濾片的驗證中，拋光產品的合格率達到了61.4%。數據表明，陶瓷過濾片對于減少夾渣、漏氣、外觀等缺陷具有十分顯著的效果。

2 生產過程中存在的問題

陶瓷過濾片的推廣應用過程簡述。

陶瓷過濾片在低壓輪的生產中對于減少夾渣，漏氣等缺陷具有明顯的效果，但在使用過程中也發現一些因為增加陶瓷過濾片而帶來了一些新的問題，通過我們的不斷改善和優化，逐項得到了解決，使陶瓷過濾片的應用工藝更加成熟和完善。

2.1 陶瓷過濾片尺寸規格的增加

最初，公司僅采用一種規格的陶瓷過濾片，為保證陶瓷過濾片的限位固定，澆口尺寸也只能固定不變。而從鑄造工藝的要求來看，澆口尺寸的唯一極大地限制鑄件成型和補縮。針對這種情況，我們與供應商聯系，根據現場生產需要，分別制作了4種不同規格的陶瓷過濾片，從而滿足了鑄造工藝的要求。

2.2 升液管內壁易結渣

使用過程中，發現升液管內壁結渣特別快，出現壓力不足，充型不穩定，澆口斷裂，補縮效果差等問題。經仔細觀察和認真分析，在采用陶瓷過濾片進行過濾后，大部分渣被擋在澆口以下的升液管中，并在升液管堆積，導致升液管渣愈結愈厚，減小了升液管的實際通道，從而影響了充型和補縮效果。為此，專門設計制造了升液管專用清渣勺，并規定每班定期對升液管內的渣進行清理，從而解決了因采用陶瓷過濾片工藝所帶來的新問題。

2.3 過濾片的位置

在機加工后序經常出現因夾不緊過濾片而導致產品報廢的情況，采用以下幾方面措施可保證濾片的位置：

1）嚴格控制澆口尺寸，以保證陶瓷過濾片不會被放偏；

2）通過分流錐壓住陶瓷過濾片，避免陶瓷過濾片上下晃動。

通過對以上問題的解決，陶瓷過濾片的應用技術更加合理、完善，對提高低壓輪的質量具有明顯的效果。采用鋁水過濾措施后，各種主機輪綜合合格率平均達到93%以上，很好地完成了90%的生產目標。

3 效果驗證

陶瓷過濾片通過幾年在低壓輪上的推廣使用，取得了明顯的效果。自從2007年在低壓鑄造中全面推廣陶瓷過濾片的使用以來，低壓輪的漏氣報廢率顯著下降，表1為使用陶瓷過濾片前后漏氣廢品率的變化情況。

表1 漏氣廢品率變化情況

同時，使用陶瓷過濾片后，夾渣缺陷導致報廢也顯著下降，產品的外觀質量得到了顯著改善，綜合合格率得到了大幅度的提高（見表2）。

4 總 結

陶瓷過濾片具有不污染鋁液，不減少澆口有效補縮面積，成本低廉等優點，完全適用于低壓輪的生產。在輪轂鑄件生產中使用泡沫陶瓷過濾片，其鑄造工藝方便，花費不大，是提高鑄件質量有效、可行、簡便的方法。

表2 使用陶瓷過濾片質量變化情況

采用陶瓷過濾片工藝對降低低壓輪夾渣，漏氣缺陷有明顯效果。

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