鋁合金車輪新型低壓鑄造機保溫爐開發

劉雲峰

摘要：以AlSi7Mg鋁合金鑄造車輪為研究對象，通過對比低壓鑄造用傳統單室保溫爐與新型雙室保溫爐產品鑄造生產及報廢情況，研究了新型鑄造機雙室爐在鋁合金車輪鑄造生產工藝中的重要作用。研究結果表明：與傳統低壓鑄造用單室保溫爐相比較，新型雙室保溫爐鑄造生產的亮面制程產品綜合報廢率平均低約1.82%，其中輪輻亮面部位夾渣報廢率平均低約1.77%;雙室保溫爐中鋁液溫度隨時間波動小。

Abstract： Taking AlSi7Mg aluminum alloy casting wheels as research object， by comparing the production and scrap of traditional single-chamber and advanced double-chamber holding furnaces for low pressure casting， the important role of the new double-chamber furnace for the casting of aluminum alloy wheels was studied. The results indicate that compared with the traditional single-chamber holding furnace for low-pressure casting， the scrap rate of bright-faced products produced by the casting of the new double-chamber holding furnace is about 1.82% lower， among them， the scrap rate of slag inclusion on the bright face of spokes is about 1.77% lower; The temperature of the aluminum liquid in the double-chamber holding furnace fluctuates little with time.

關鍵詞：雙室保溫爐;報廢率;亮面夾渣

Key words： double-chamber holding furnace;scrap rate;slag inclusion on bright surface

0 ?引言

隨著現代汽車行業的快速發展，以及世界各國對環境保護方面的愈加重視，人們對于汽車用零部件有了更高層次的要求，其中輪轂作為汽車主要部件之一，其輕量化已通過鋁合金制造實現[1-2]。推動這一變化的一個主要因素就是鋁合金車輪低壓鑄造技術的開發，使得鋁合金這種材料的美觀大方、輕便省油、伸縮性良好、彈性好以及良好的熱傳導性等優勢開始充分體現出來，目前鋁合金輪轂已基本取代了鋼制輪轂[3-4]。

在所有鋁合金輪轂鑄造生產工藝中，低壓鑄造已成為其鑄造生產的主要方法，其以經濟優惠、能源耗費低，生產效率高等優勢受到了廣泛的應用與推廣[5-7]。但事實上低壓鑄造并非表面理解的那樣簡單，它是一個橫跨化學、力學、物理等多學科的一門綜合應用型學科，在實際生產過程中，有諸多的問題需要識別、解決。

現今汽車款式多樣，外觀要求越來越高，其輪轂外觀要求也隨之提高。越來越多的輪轂外觀造型設計更加復雜、且亮面產品逐漸增多，這對低壓鑄造鋁合金輪轂工藝提出了更高的要求。新型鑄造機雙室保溫爐采用加液室和加壓室分開設計，二者之間通過堵塞棒實現鋁液少量多次定量加入，從而實現鋁液靜置功能、鋁液溫度控制精度更高和生產效率更高等諸多優點，產品鑄造生產過程更加穩定，切合當代鋁合金汽車輪轂低壓鑄造行業的發展。

1 ?雙室保溫爐與單室保溫爐對比

圖1為雙室保溫爐結構，其分為加液室和加壓室，加液室進行鋁液補充，加壓室負責將鋁液通過升液管輸送到模具型腔。兩個保溫室之間有通道連接，由堵塞棒進行控制。

單室保溫爐：鋁液補充及鋁液輸送均在一個保溫室內進行。

表1為新型雙室保溫爐與單室保溫爐設計理念對照表，從表中可以看出，與傳統單室保溫爐相比較，新型雙室保溫爐具有鋁液補充方便、鋁液溫度控制均一及鋁液靜置功能的優勢，利于低壓鑄造生產。

2 ?試驗條件及方法

本研究使用A356鋁合金作為原材料，使用低壓鑄造工藝進行生產。本次試驗內容：選取5款亮面制程鋁合金車輪產品作為研究對象，其生產工藝為：鋁液熔煉—鑄造—熱處理—機加工—涂裝。各選取一臺新型雙室保溫爐鑄造機臺與一臺傳統單室保溫爐鑄造機臺進行同款產品鑄造生產，其使用的鋁液處理工藝、后序加工工藝及檢測方法及使用設備均一致。對比內容包括：①兩種結構保溫爐加壓室鋁液溫度隨時間變化情況對比;②同款產品不同類型機臺鑄造生產效率對比;③同款產品不同類型機臺鑄造生產產品報廢情況對比;④同款產品不同類型機臺鑄造生產產品材料機械性能對比。

3 ?結果與分析

3.1 不同結構保溫爐對鋁液溫度的對比

表2為兩種結構保溫爐正常生產時其加壓室鋁液溫度變化情況，鋁液溫度設定均為700℃。從表中可以看出，雙室保溫爐中鋁液溫度隨時間變化波動幅度小，其內鋁液溫度穩定，更利于低壓鑄造生產。

雙室保溫爐有加液室進行溫度預控制，每2-3個鑄造周期結束后，加液室向加壓室自動補充鋁液，避免了一次性大量鋁液補充導致的溫度大幅波動問題。

3.2 產品報廢對比

表3為兩種結構保溫爐同款輪型生產報廢對比情況，從表中可以看出，雙室保溫爐鑄造機臺生產的亮面制程產品綜合報廢率明顯低于單室保溫爐鑄造機臺，平均低約1.82%。產生此結果的原因主要有以下幾點：

①鋁液補充：單室保溫爐需要等待爐膛泄壓完成后方可加液，有時會影響鑄造節拍，造成工件報廢，而雙室保溫爐隨時可以進行鋁液補充;

②溫度控制：雙室保溫爐加壓室溫度波動小，利于鑄造連續生產的穩定性;

③亮面夾渣：表4為驗證輪型后序輪輻亮面區域夾渣報廢情況，從表中可以得出，雙室保溫爐機臺生產產品輪輻夾渣報廢率明顯低于單室爐機臺，平均低約1.77%，說明雙室保溫爐對鋁液靜置功能及少量多次定量補充鋁液的方式減少了雜質進入模具型腔的幾率。

3.3 產品材料性能對比

表5為B產品材料性能情況，從表中可以看出，兩種結構保溫爐鑄造機臺生產的產品輪輻部位、內、外輪緣部位的材料性能無明顯差異，說明保溫爐結構對產品的使用性能無明顯的影響。

4 ?結論

①正常生產過程中，新型雙室保溫爐加壓室中鋁液溫度波動小，波動幅度一般在設定值±2℃之間，利于低壓鑄造生產的穩定性;②新型雙室保溫爐的應用對降低亮面制程產品報廢率有明顯效果，其主要是通過鋁液靜置及少量多次定量補充鋁液的方式減少鋁液中雜質進入模具型腔的幾率，從而降低輪輻亮面區域夾渣報廢率實現的;③新型雙室保溫爐的應用對產品的使用性能無明顯的影響。④新型雙室保溫爐除成本外，其各方面使用性能要高于單室保溫爐，可用于中、高端客戶產品的試制開發及生產。

參考文獻：

[1]石家平，余成遠.鋁合金車輪制造技術及發展趨勢探討[J].世界有色金屬，2019（09）：174，176.

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