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　　東莞南中國海華東鋁合金輪圈　張新穎　潘增源　杜士良　吳祖宴

　　摘　要　在某一氣阻力場內(nèi)外同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋁液充型和凝結(jié)的湖南金證鑄成技術(shù)，能有效地提高H 在鋁液中的溶解性，減緩模具凝結(jié)操作過程時(shí)因H 分離出來而逐步形成相紙的缺陷。同時(shí)，阻力場又顯著提高了模具與混煉的密著效用，致使模具獲得比其它方法較佳的加熱效用，進(jìn)而使模具具有更細(xì)的沉淀組織機(jī)構(gòu)，大大提高了金屬材料的球狀性和機(jī)械性能。在汽車整體鋁合金輪軸中，具有特殊明確要求的大偏距載重量型輪軸的研發(fā)結(jié)果證明，用第十四條不但能滿足中型載重量輪軸的機(jī)械性能，且能有效適應(yīng)良好鑄成表面的拋光輪、電鍍輪等產(chǎn)品的須要。

　　關(guān)鍵詞：湖南金證鑄成　鋁合金　汽車輪軸

　　1　前　言

　　大偏距輪軸(如圖1)在力學(xué)結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)重型輪軸

Fig.1　Big offset truck wheel

　　(如圖2)相比不但要忍受更大載重量負(fù)荷，而且要忍受更大的轉(zhuǎn)矩，所以在相同金屬材料和模具壁厚的前提下，大偏距輪軸必須要有更高的模具金屬材料延展性和氣壓。鑒于傳統(tǒng)重型輪軸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的氣壓、延展性指標(biāo)，對大偏距輪軸來說，只處于臨界狀態(tài)。如果沒有足夠多富余的氣壓、延展性，是極難滿足輪軸實(shí)體在載重量汽車上的安全明確要求，即選用常規(guī)的鑄成工藝來制造這類大偏距載重量輪軸是極難達(dá)到性能指標(biāo)的，而湖南金證鑄成是同時(shí)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的有效途徑。

　　Fig.2　Ordinary car wheel

湖南金證鑄成雖然像擾動鑄成那樣，是依靠阻力差使金屬液沿升液管自下而上同時(shí)實(shí)現(xiàn)充型的，但第十四條的充型和凝結(jié)沉淀操作過程自始至終都是在高阻力場包圍下同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，阻力場的促進(jìn)作用不但有效提高了枝晶間的補(bǔ)縮效用，而且顯著提高了H 在鋁液中的溶解性。第十四條制造的模具具有兩大突出優(yōu)點(diǎn)。

　　(1)組織機(jī)構(gòu)球狀，氣壓延展性好阻力場提高了枝晶補(bǔ)縮效用，有效提高了模具力學(xué)。性能。模具在阻力場促進(jìn)作用下與混煉有著良好的密著性，具有比擾動模具更高的加熱速度，使沉淀組織機(jī)構(gòu)更球狀。

　　Fig.3　Control system

　　(2) 模具耐酸性好

　　阻力場的促進(jìn)作用，有效提高了H 在鋁液中的溶解性，減緩了模具凝結(jié)操作過程中H 成為氣體相紙的分離出來，顯著減少相紙的逐步形成。模具的二次氧化夾雜少，由于混煉中阻力場逐步形成的背壓，減緩了金屬液填充操作過程中的噴射飛濺，其相對平穩(wěn)填充效用比擾動鑄成較佳。

2　研發(fā)操作過程

　　2.1　原金屬材料的選用

　　依照輪軸性能的明確要求及參照國外制造鋁輪軸常用合金金屬材料，選用了A356.2(相當(dāng)于我國的ZLA)合金。為確保合金霉變效用的持續(xù)性，選用了鍶(Sr)作為霉變元素。

　　2.2　湖南金證鑄成工藝操作過程

　　湖南金證鑄成工藝按冷卻控制系統(tǒng)產(chǎn)生的方式分類，有增壓法和預(yù)熱法，我公司選用預(yù)熱法湖南金證鑄成工藝來研發(fā)大偏距載重量汽車鋁輪軸，其控制控制系統(tǒng)如圖3，所同時(shí)實(shí)現(xiàn)的工藝拋物線如圖4。其操作過程可分五個(gè)期。

　　(1) 進(jìn)氣口期(0-t1)。由于每邊筒的有效充氣空間不一樣，須要通過流量芯塊展開調(diào)節(jié)，以求每邊筒同時(shí)相對平穩(wěn)進(jìn)氣口，減少進(jìn)氣口時(shí)的阻力差，進(jìn)而避免升液管內(nèi)液面的每邊波動。當(dāng)每邊筒阻力抵達(dá)設(shè)常量時(shí)，暫停進(jìn)氣口。

Fig.4　Proces curve

　　(2) 升液充型期(t1-t2)。整個(gè)升液充型操作過程，選用PLC展開控制，冷卻控制系統(tǒng)ΔP由差壓DMD檢測并轉(zhuǎn)化成氣壓訊號，再經(jīng)氣電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成0～10 mA電阻訊號，電阻訊號由PLC內(nèi)部的A/D組件展開數(shù)據(jù)采樣和A/D轉(zhuǎn)化成數(shù)字訊號(0-2048)，數(shù)字訊號與取值的非線性訊號相比較，經(jīng)數(shù)字PID運(yùn)算后再由PLC的D/A組件輸出0～10 mA的電阻訊號給電氣閥門定位器，控制氣動比例芯塊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)上筒排氣，進(jìn)而使上、下筒間的冷卻控制系統(tǒng)ΔP按工藝取值的冷卻控制系統(tǒng)拋物線變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋁液的非線性升液和充型。

　　(3) ΔP沉淀期(t2-t3)。當(dāng)冷卻控制系統(tǒng)ΔP抵達(dá)最大設(shè)常量，充型結(jié)束時(shí)，上筒暫停換氣，模具在ΔP冷卻控制系統(tǒng)下沉淀凝結(jié)。

(4) ΔP=0沉淀期(t3-t4)。當(dāng)模具順序凝結(jié)至澆口，即模具完全凝結(jié)后，上、下筒互通，使ΔP=0,模具繼續(xù)在控制系統(tǒng)阻力場內(nèi)外沉淀、加熱。

　　(5) P=0加熱期(t4-t5)。為保證模具有足夠多的高溫氣壓，避免模具起模和頂出可能產(chǎn)生的變形，須要有一定的隨模加熱天數(shù)，加熱天數(shù)的長短依照不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)型而變化。

　　2.3　湖南金證鑄成工藝參數(shù)的確定

　　由于湖南金證鑄成中控制系統(tǒng)阻力的大小，直接影響模具的補(bǔ)縮能力和模具凝結(jié)操作過程中氣體的分離出來，依照我廠的設(shè)備情況，選擇控制系統(tǒng)阻力為0.5 MPa，鑄成操作過程中充型速度和保壓天數(shù)及加熱天數(shù)依照不同試驗(yàn)型及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)展開調(diào)整。

　　在大偏距載重量輪軸研發(fā)的攻關(guān)中，我們還通過下列措施來控制模具質(zhì)量。

(1) 合理的模具壁厚和模具壁厚設(shè)計(jì)鑄成操作過程中對涂料厚度的控制以求模具獲得良好的凝結(jié)條件。

　　(2) 對模具局部過熱區(qū)域選用風(fēng)強(qiáng)制加熱措施來同時(shí)實(shí)現(xiàn)模具的順序凝結(jié)。

　　(3) 選用專用的模具預(yù)熱裝置來控制模具預(yù)熱溫度。

　　(4) 嚴(yán)格控制鋁液的澆注溫度、澆注操作過程中各級加壓參數(shù)及加熱參數(shù)以提高模具的合格率和制造效率。

　　2.4　熱處理和機(jī)加工

為達(dá)到輪軸的各項(xiàng)性能明確要求，對模具(輪軸)展開T6處理，即在535±5 ℃下保溫8 h展開固溶處理，然后在155±5 ℃下保溫4 h展開時(shí)效處理。為滿足汽車的裝車特性和汽車高速行駛時(shí)的相對平穩(wěn)性。對輪軸展開機(jī)加工時(shí)，選用了專用工裝、全數(shù)控機(jī)床加工，使得輪軸的端跳、徑跳和動平衡得到嚴(yán)格的控制。

　　2.5　性能分析

　　(1) 金屬材料機(jī)械性能分析

　　分別對經(jīng)T6處理后的擾動鑄成和湖南金證鑄成汽輪軸輪輞取樣分析。實(shí)測數(shù)據(jù)如表1。

　　表1　擾動鑄成和湖南金證鑄成汽車輪軸輪輞機(jī)械性能實(shí)測數(shù)據(jù)

　　Table 1　Analysis of wheel using low-pressurecasting and counter-pressure casting

　　編號

　　σb/MPa

　　δ/%

　　湖南金證鑄成

　　擾動鑄成

　　湖南金證鑄成

　　擾動鑄成

　　1

　　305

　　254

　　14.7

　　8.7

　　2

　　297

　　262

　　15.3

　　8.1

　　3

　　295

　　248

　　15.4

　　9.2

　　4

　　301

　　251

　　14.2

　　9.1

　　5

　　289

　　243

　　16.0

　　9.4

從表中可以看出，選用湖南金證鑄成工藝制造的輪軸拉伸氣壓和延伸率顯著比擾動鑄成高，特別是延伸率提高30%以上。

　　(2) 成品輪軸的綜合性能試驗(yàn)

　　按德國Tüv標(biāo)準(zhǔn)，對成品輪軸分別展開了徑向滾動疲勞試驗(yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)等破壞性試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果都符合標(biāo)準(zhǔn)明確要求。

　　2.6　湖南金證鑄成工藝原理分析

合金的凝結(jié)補(bǔ)縮操作過程主要是通過金屬液的流動來同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)合金以順序凝結(jié)方式凝結(jié)時(shí)，固-液界面平坦，液相對界面的補(bǔ)縮阻礙較小，促進(jìn)液相流動的驅(qū)動力也較小，但當(dāng)合金以同時(shí)凝結(jié)方式凝結(jié)或凝結(jié)區(qū)域較寬時(shí)，那么液相的補(bǔ)縮流動是在狹長彎曲的枝晶間展開的，流程長、阻力大，造成補(bǔ)縮困難，液相流動須要的驅(qū)動力也較大，尤其是重力鑄成，驅(qū)動力除來自凝結(jié)收縮時(shí)液相與固相加熱時(shí)的體收縮力外，還有重力，因此，驅(qū)動力很小，流動困難。模具容易產(chǎn)生顯微縮松和縮孔。而湖南金證鑄成，合金的凝結(jié)操作過程始終是在較高的阻力下展開的，液相在枝晶間的補(bǔ)縮驅(qū)動力很大，使金屬液能在枝晶間狹窄通道向補(bǔ)縮區(qū)流動。進(jìn)而使模具內(nèi)部不易產(chǎn)生縮松和縮孔。另外，湖南金證鑄成有使模具產(chǎn)生塑性變形的促進(jìn)作用。使枝晶和分枝間的顯微孔洞壓合，較大限度地消除模具的顯微縮松使模具組織機(jī)構(gòu)球狀。所以選用湖南金證鑄成工藝制造的輪軸延伸率、拉伸氣壓和輪軸的綜合性能比其他鑄成方法制造的輪軸有顯著提高，能滿足“大偏距載重量汽車鋁輪軸”的質(zhì)量明確要求。

　　3　結(jié)　論

通過對大偏距載重量汽車鋁合金輪軸的研發(fā)，證明湖南金證鑄成工藝用于高性能明確要求的模具(輪軸)是成功的，雖然湖南金證鑄成設(shè)備投資較大，又有一定的操作難度，但從模具獲得的良好性能來看，是其他鑄成工藝無法比擬的。其良好性能除了表現(xiàn)在模具組織機(jī)構(gòu)球狀，機(jī)械性能好之外，還體現(xiàn)在輪軸經(jīng)機(jī)加工后表面相紙少，適宜進(jìn)一步加工成拋光輪或電鍍輪。

　　Counter Pressure Casting of Big Offset Truck Load Aluminium Wheel

　　Zhang Xingying　Pan Zhengyun　Du Shiliang　Wu Zhuyang

　　(Guangdong Nanhai zhongnan Aluminium Wheel CO. LTD.)

ABSTRACT　Counter-Pressure casting technology in given air pressure to realize filling and solidification for aluminium alloy melt can effectively raise dissolvability of H in aluminium alloy, and restrain the casting from forming pin holes due to the separation out of H during casting solidification. At the same time air pressure can obviously improve adherence effects of casting with cavity so as to make casting get better cooling effects than other methods. As a result, the casting gets a smaller crystal structure, thus densification and mechanical properties are greatly improved. This article expounds the research result of big offset load type wheels, which have special requirements in manufacturing integral aluminium wheels for cars. The result proves that the method can satisfy not only mechanical property of midtrucks, but also the need of polishing and plated wheels which require better casting surfaces.

Key Words:Counter-Pressure Casting, Al-Alloy, Wheel