低壓鑄造鋁合金車輪主要缺陷分析與控制

張穎

摘 要：在鋁合金車輪生產(chǎn)過程中占有最重要的位置為低壓鑄造，目前我國大部分的車輪均采取低壓鑄造的方式，該方式與傳統(tǒng)鑄造方式相比具有較多的優(yōu)越性，但其中的缺陷對產(chǎn)品質(zhì)量會造成很大影響。根據(jù)相關(guān)資料表明，在每年報廢總數(shù)中因鑄造缺陷而報廢的車輪在90%以上，因而對低壓鑄造缺陷進(jìn)行分析具有現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，本文對鋁合金車輪的發(fā)展進(jìn)行簡要闡述，并在此基礎(chǔ)上分析低壓鑄造方式與主要缺陷，探討控制措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金車輪；低壓鑄造；主要缺陷；控制措施

中圖分類號：TG249 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0049-02

在整車性能中起到至關(guān)重要的為車輪，缺失車輪汽車便無法正常行駛，因而車輪作為安全零件需要得到汽車企業(yè)的強(qiáng)制認(rèn)證。嚴(yán)格要求車輪對自重載荷及不同方向沖擊載荷，能夠確保車輛行駛的安全性，同時車輪還需要確保具有平穩(wěn)、偏擺、抓地以及制動等多個性能。鋁合金車輪并非一個簡單的鑄造部件，需要滿足嚴(yán)格的構(gòu)造以及視覺效果，因此其對于缺陷及公差具有非常嚴(yán)格的要求。通常情況下，在評價車輪的過程中主要對車輪力學(xué)性能、外觀以及氣密性進(jìn)行評估，其中任何一項(xiàng)未符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則會導(dǎo)致車輪需要重新熔化或報廢。因此，對于整車而言，車輪質(zhì)量能夠在很大程度上決定其舒適性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性。

1 鋁合金車輪發(fā)展

鋁合金車輪是摩托車與汽車發(fā)展的產(chǎn)物，從上個世紀(jì)80年代開始我國研制鋁合金車輪，并在未來的十年中得到了跨越式發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)后我國出口汽車鋁合金車輪約占總生產(chǎn)數(shù)的60%，這說明，在短時間內(nèi)我國的鋁合金產(chǎn)業(yè)得到了非常快速的發(fā)展，盡管與國外相比仍然存在一定的差距，但是就當(dāng)時的中國來說，鋁合金車輪是唯一能夠替代進(jìn)口的汽車重要零部件。由于我國生產(chǎn)設(shè)備與發(fā)達(dá)國家相比還較為落后，且工藝不精，這就導(dǎo)致不合格產(chǎn)品和報廢產(chǎn)品較多，在鋁合金車輪得到迅速發(fā)展的過程中，也加大了對其鑄造缺陷的研究分析。

2 鋁合金車輪低壓鑄造技術(shù)

隨著綠色環(huán)保理念的提出，人們對于汽車的選擇更偏向于污染小且能源利用高，汽車制造商在對材料進(jìn)行選擇的過程中也需要考慮到綠色環(huán)保因素。對于汽車而言，減重操作具有非常重要的作用，但是為了能夠符合消費(fèi)者對汽車使用性能的各種要求，必然會在一定程度上提高車身自重的提升。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就需要在汽車零部件中采取更加輕質(zhì)材料，利用減重的方式來提高燃油經(jīng)濟(jì)性，在輕質(zhì)材料中鋁合金因其具有輕便、強(qiáng)度高以及較強(qiáng)的耐腐蝕性而成為首選。

在金屬型鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的鋁合金車輪低壓鑄造技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用的過程中主要是在密閉的容器中熔化金屬后，依靠液面上的空氣或者壓縮性惰性氣體的壓力降金屬液通過升液管壓入型腔，從而使其在壓力下慢慢地凝固。然后在此基礎(chǔ)上減小液面上壓力，使升液管內(nèi)未凝固的液相金屬液再回落到熔爐中。在鋁合金車輪鑄造的過程中，利用低壓鑄造技術(shù)具有鑄件質(zhì)量高以及結(jié)構(gòu)緊密的特點(diǎn)，因而能夠在很大程度上降低制造成本。現(xiàn)階段，在國內(nèi)外的汽車制造商中已經(jīng)廣泛地應(yīng)用低壓鑄造技術(shù)，不完全統(tǒng)計有90%以上的汽車車輪均采取低壓鑄造的方式，因此在鋁合金車輪鑄造中利用低壓鑄造技術(shù)能夠在很大程度上提高產(chǎn)品性價比，確保高質(zhì)量。

3 缺陷分析與控制措施

在利用低壓鑄造技術(shù)杜宇鋁合金車輪鑄造的過程中，其中的鑄造缺陷會在很大程度上制約產(chǎn)品發(fā)展的主要原因，在實(shí)際鑄造過程中縮孔、氣孔以及裂紋等均是常見的鑄造缺陷。具體的鑄造缺陷及其控制措施分析如下：

（1）裂紋。裂紋是低壓鑄造鋁合金車輪最為常見的缺陷，裂紋的出現(xiàn)會在一定程度上影響制造企業(yè)的生產(chǎn)效率及成本，也會對汽車行駛的安全性造成影響。裂紋分為冷裂紋與熱裂紋，其是因?yàn)閼?yīng)力集中而導(dǎo)致，其中冷裂紋產(chǎn)生原因在于鑄件在冷卻的過程中，其內(nèi)部應(yīng)力超過了鑄件的自身強(qiáng)度極限，因而裂紋多出現(xiàn)于鑄件的表面；而熱裂紋主要產(chǎn)生于合金凝固中，若固態(tài)收縮受到阻礙則會因?yàn)閼?yīng)力而導(dǎo)致枝晶間液體金屬薄膜未凝固而出現(xiàn)裂紋。

為了能夠避免縮孔縮松的發(fā)生，所采取的控制如下：①對升液系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計，其中包括升液管、保溫套以及鑄件澆注系統(tǒng)等。因此在對升液系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中需要在結(jié)合模具以及設(shè)備等多方面的因素后，盡可能地將坩堝中金屬液面與澆口之間的距離予以縮短，然后可以利用增加保溫套直徑的方式來擴(kuò)大保溫層厚度。最后為了避免升液管出現(xiàn)過早的凝固狀況，還需要適當(dāng)?shù)脑黾由汗苤睆健＂趯囕喗Y(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計，為了避免尖角結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中應(yīng)設(shè)置一個合理的圓角，同時需要確保截面均勻，適當(dāng)?shù)靥岣吣＞邷囟取＂蹖部谔自O(shè)計進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，傳統(tǒng)鐵澆口套具有較多缺陷因而不宜采用，所以可以采取具有整體結(jié)晶好、綜合能耗小、不沾鋁以及保溫性能好的陶瓷澆口套。

（2）微孔。微孔形成機(jī)理較為復(fù)雜，其主要表現(xiàn)為尺寸很小的氣孔。氣孔產(chǎn)生的原因在于河津液受到氫溶解度影響在其不斷地吸入氫后，便會不斷地溶解氫，達(dá)到溶解度后便會釋放出一部分被溶解的氫氣，若此時氫濃度大于凝固區(qū)域壓力便會出現(xiàn)氣孔。氣孔的出現(xiàn)會在一定程度上受到凝固條件影響，在凝固金屬液過程中，后期階段會大幅度地降低局部壓力，如此便會因?yàn)榉謮捍笥诰植繅毫χ刀鴮?dǎo)致氣孔的形成。

氣孔的出現(xiàn)除了會對車輪外觀造成影響，也會對其壽命造成不良影響因而控制措施如下：①利用爐料清除干凈氫，然后對排氣裝置中的排氣功能進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；②鋁液充型的過程中確保合金液能夠按照相關(guān)順序充型；③盡可能地選擇發(fā)氣量少的涂料。

（3）縮孔縮松。在對鋁合金車輪實(shí)施低壓鑄造的過程中，最為常見的缺陷為縮孔縮松。縮孔主要表現(xiàn)為顯微組織中存在的不光滑、形狀不規(guī)則以及大而集中的空洞，縮松則與縮孔相反，其孔洞主要表現(xiàn)為小而分散。而造成縮孔縮松的原因在于材料在凝固的過程中對于區(qū)域未進(jìn)行很好的補(bǔ)充，縮孔縮松的出現(xiàn)會在一定程度上降低材料性能，最終減少產(chǎn)品使用壽命。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在鑄造過程中縮孔縮松發(fā)生部位主要集中在輪芯、輪輻及輪輞，導(dǎo)致縮孔縮松原因與合金液溫度、凝固順序、充型速度等具有一定的相關(guān)性。

為了能夠避免縮孔縮松的發(fā)生，所采取的控制如下：①對車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計；②提高保壓時間及壓力；③將合金液充型溫度予以冷卻；④確保凝固順序的正確性。

4 結(jié)語

綜上所述，由于在鋁合金車輪生產(chǎn)的過程中，低壓鑄造技術(shù)占有非常重要的作用，與傳統(tǒng)鑄造方式相比具有較多的優(yōu)勢，因而需要對鑄造過程中存在的缺陷與車輪質(zhì)量的影響進(jìn)行分析。為了能夠進(jìn)一步提高我國汽車制造企業(yè)中鋁合金車輪的鑄造質(zhì)量，就需要高度地重視低壓鑄造技術(shù)中存在的主要缺陷，并探討有效的控制措施，如此才能提高車輛駕駛安全系數(shù)。

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