金屬型重力鑄造鋁合金輪轂漏氣問(wèn)題的解決方案

劉東華 段述蘭

【摘要】針對(duì)筋條呈網(wǎng)狀的鋁合金輪轂（ 簡(jiǎn)稱網(wǎng)狀輪轂） 生產(chǎn)中常見(jiàn)的漏氣缺陷，分析這種漏氣缺陷產(chǎn)生的原因，并根據(jù)日常工藝整改的經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)的解決措施。

【關(guān)鍵詞】 鋁合金； 網(wǎng)狀輪轂； 漏氣； 改善

中國(guó)大陸地區(qū)鋁合金輪轂的制造技術(shù)是多種多樣的，目前主要采用的方式有金屬型重力鑄造、金屬型低壓鑄造、鍛旋三種生產(chǎn)工藝。由于使用金屬型重力鑄造方式生產(chǎn)鋁合金輪轂，鑄造投資少、生產(chǎn)周期短而被普遍采用，在鋁合金輪轂的制造過(guò)程中， 輪轂質(zhì)量基本上決定于輪轂鑄件毛坯的質(zhì)量，由于鑄造毛坯的缺陷引起的鋁合金輪轂漏氣已成為眾多廠商面臨的一致難題，根據(jù)在南海安馳鋁合金車輪有限公司工作過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，鋁合金輪轂漏氣，在輪轂報(bào)廢率中占據(jù)了絕大部分，因此，本文重點(diǎn)是講述金屬型重力鑄造合金輪轂漏氣問(wèn)題的解決方案，提高鋁合金輪轂的合格率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

一、金屬型重力鑄造合金輪轂漏氣的原因分析及解決方案：

重力鑄造鋁合金輪轂漏氣的原因有很多，但我們認(rèn)為，主要的原因有以下幾點(diǎn)，下面我們就重力鑄造鋁合金輪轂漏氣的原因進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的解決方案：

（一）、A356鋁液精煉、除氣不夠徹底，導(dǎo)致待澆注鋁液存在氧化夾雜和含氣量超標(biāo)，密度低于2.63g/cm3，導(dǎo)致鑄件組織存在縮孔或縮松而漏氣。具體可以通過(guò)測(cè)氫儀抽真空取樣來(lái)對(duì)比。

解決辦法：

1、加料要嚴(yán)格按照爐料工藝配比進(jìn)行，所有爐料要保持清潔干燥，以減少鋁液熔煉過(guò)程中產(chǎn)生氧化夾渣和含氣量。新料與回爐料的比例≥1：1。

2、與鋁液接觸的工具必須清理干凈，經(jīng)預(yù)熱后噴上涂料，并烘干涂料至淡黃色使用。這樣既可避免腐蝕工具給鋁液增鐵，也可延長(zhǎng)工具壽命。

3、熔化時(shí)間盡可能要短，熔化過(guò)程加強(qiáng)攪拌，以加快熱交換，防止鋁液熔池局部過(guò)燒，熔化爐氣溫度要控制在800～1000℃。

4、鋁液熔化過(guò)程中，爐氣、熔爐本身及未清潔、干燥徹底的爐料都會(huì)產(chǎn)生大量的氧化夾渣和氫氣，要澆鑄產(chǎn)品，必須對(duì)熔化爐內(nèi)的鋁液進(jìn)行精煉凈化處理。主要精煉方式有爐內(nèi)單管噴吹式噴粉精煉，利用用純度位99.999%的氮?dú)饣驓鍤?，把精煉劑噴吹到鋁液里面，達(dá)到精煉的效果，具體方式和原理見(jiàn)下圖。

目前國(guó)內(nèi)外采用的精煉劑主要是碳和氧化劑為主的混合溶劑，其主要反應(yīng)為：

4NaNO3+5C 2Na2CO3+2N2 +3CO2

其原理為精煉過(guò)程，氫原子向精煉氣泡（氮?dú)狻鍤饧岸趸迹┍砻孓D(zhuǎn)移，從溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)為吸附狀態(tài)；在吸附層中氫原子生成氫分子（氫氣），氫分子從吸附表面脫離進(jìn)入精煉氣泡內(nèi)，精煉氣泡浮上鋁液表面進(jìn)入空氣中，達(dá)到精煉的效果。為了減少鋁液的氧化和吸氫，精煉時(shí)鋁液的溫度控制在760±10℃之間，精煉、扒渣后再轉(zhuǎn)入保溫爐

5、通過(guò)保溫爐，對(duì)精煉后的鋁液進(jìn)行靜止處理，調(diào)整鋁液化學(xué)成分至A356的范圍內(nèi)并把鋁液溫度控制在740±10℃之間。

6、在保溫爐的前爐分為兩個(gè)區(qū)，分別是除氣區(qū)和取水區(qū)，在除氣區(qū)定期投入鋁鍶合金進(jìn)行變質(zhì)處理，并使用旋轉(zhuǎn)除氣法進(jìn)行除氣，利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將通入的氮?dú)夂蜌鍤獯蛏⒊尚馀?，均勻分布在鋁液中，使受到攪動(dòng)不斷聚集長(zhǎng)大的浮渣被上浮氣泡捕捉，上浮到液面上；鋁液中的氫原子也被吸附于氮?dú)饣驓鍤鈿馀荼砻嫘纬蓺浞肿?，隨氣泡一起上浮被帶離鋁液散發(fā)到空氣中或在液面上燒掉，從而達(dá)到提升鋁液密度至2.63g/cm3以上，除氣溫度控制在730±10℃之間，鋁液澆注溫度控制在705±10℃之間。

旋轉(zhuǎn)除氣法

綜上所述，為了使?jié)沧X液達(dá)到合格狀態(tài)，必須嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行，對(duì)爐料、鋁液溫度、精煉、除氣、變質(zhì)處理都要嚴(yán)格控制，才能使鋁液達(dá)到工藝要求，才能減少鑄件中產(chǎn)生縮孔或縮松而漏氣的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）、澆注過(guò)程不平穩(wěn)或模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，充型澆注過(guò)程發(fā)生卷氣，導(dǎo)致鑄件內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、氧化夾雜等缺陷。

解決辦法：

1、使用過(guò)濾網(wǎng)，平穩(wěn)澆注。在側(cè)模澆口和緩沖包位置放置纖維過(guò)濾

網(wǎng)，對(duì)鋁液進(jìn)行過(guò)濾，澆注過(guò)程根據(jù)輪型的大小來(lái)控制舀水量，澆包

口距澆杯口的高度必須小于80mm。并先快速充滿澆注系統(tǒng)，充型時(shí)

必須平穩(wěn)澆注，不能斷流，澆口杯始終處于充滿狀態(tài)。當(dāng)冒口處有

2/3高度的鋁水時(shí)停止?jié)沧?，然后取出過(guò)濾網(wǎng)并計(jì)時(shí)再補(bǔ)縮澆口，澆

注過(guò)程要遵守慢、快、慢的節(jié)拍進(jìn)行，。

2、修改側(cè)模的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

把單澆口改為雙澆口，好處有兩點(diǎn)，第一，加大了入水口的截面積，是鋁液充型過(guò)程更平穩(wěn)，第二，使輪輞充型過(guò)程溫度分布更加均勻，利于后期凝固過(guò)程的補(bǔ)縮。

（三）、模具鑄造工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致鑄件凝固過(guò)程補(bǔ)縮不順暢，產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。

解決辦法：

1、調(diào)整模具下模冷卻系統(tǒng)的冷卻順序和冷卻時(shí)間，鑄造周期設(shè)定為250S，分流錐從180S開(kāi)始，通70S結(jié)束；小環(huán)風(fēng)從60S開(kāi)始，通190S結(jié)束；中環(huán)風(fēng)從100S開(kāi)始，通30S結(jié)束；澆口風(fēng)從10S開(kāi)始，通240S結(jié)束；上模風(fēng)盒從10S開(kāi)始，通240S結(jié)束.大環(huán)風(fēng)不用。

2、上模增加補(bǔ)縮通道，加大中央冒口通過(guò)輪輻到熱節(jié)缺陷部位的補(bǔ)縮。

二、 生產(chǎn)驗(yàn)證

以南海安馳鋁合金車輪有限公司型號(hào)1116-15X6.0輪轂為例， 把實(shí)際生產(chǎn)中的一套模具按照新的工藝方案進(jìn)行改進(jìn)， 改進(jìn)前后早、中、夜三班生產(chǎn)， 每班生產(chǎn)量為80件， 統(tǒng)計(jì)出7天內(nèi)產(chǎn)品的漏氣率對(duì)比， 如表1所示。可見(jiàn)， 模具改進(jìn)后， 輪轂的漏氣率大大降低。

三、 小結(jié)

模具改進(jìn)前， 網(wǎng)狀輪轂因鑄造缺陷引起的漏氣率高達(dá)30%～50%， 生產(chǎn)中還需要采用其他工藝措施彌補(bǔ)。通過(guò)對(duì)鋁合金熔煉工藝、澆注工藝及模具結(jié)構(gòu)的分析， 找出了漏氣的原因， 對(duì)網(wǎng)狀輪轂重力鑄造模具進(jìn)行了改進(jìn)， 并經(jīng)過(guò)規(guī)模生產(chǎn)驗(yàn)證， 使因鑄造缺陷引起的漏氣率減少到了8%左右， 降低了輪轂后序生產(chǎn)的工藝成本， 有效地改善了鋁合金網(wǎng)狀輪轂的質(zhì)量。