探究鎂合金輪轂壓力鑄造工藝

吳志勇

摘 要：鎂及鎂合金是最輕的金屬結構材料，具有很高的比強度和比鋼度，近年來在汽車、航空航天、電子通訊等領域獲得了迅速發(fā)展。鎂輪轂在汽車行業(yè)的推廣使用是汽車輕量化、節(jié)能環(huán)保的有效途徑之一。針對此，本文研究鎂合金汽車輪轂鑄造工藝設計，以達到將鎂合金在汽車輪轂生產(chǎn)中的廣泛應用，實現(xiàn)汽車進一步輕量化的目的。

關鍵詞：鎂合金；輪轂；壓力鑄造工藝

輪轂是有關行車安全的重要結構件，其品質(zhì)和可靠性不但關系到車輛和車上人員及物資的安全性，而且還影響到車輛行駛過程中的平穩(wěn)性、操縱性、舒適性等性能，這就要求輪轂具有疲勞強度高、剛度和彈性好、尺寸和形狀精度高、質(zhì)量輕等特點。鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、鑄造和切削加工性能好、熱穩(wěn)定性高、阻尼降噪等優(yōu)點，因此，將其作為輪轂材料，可以有效提高汽車的安全性。

一、壓鑄鎂合金的特點

（一）壓鑄鎂合金的物理特性

第一，密度低、比強度和比剛度高，壓鑄鎂合金的密度僅為鋁合金的2/3、鋼鐵的1/4，比強度和比剛度均優(yōu)于鋼和鋁合金，遠高于工程塑料；第二，吸振性好，有利于減振和降噪；第三，尺寸穩(wěn)定性高，使鎂合金壓鑄件因環(huán)境溫度和時間變化所造成的尺寸不穩(wěn)定減?。坏谒?，熱導率高（60～70W·m-1·K-1），僅次于鋁合金（約100～70W·m-1·K-1），故熱擴散性良好；第五，無磁性，可用于電磁屏蔽。

（二）壓鑄鎂合金的經(jīng)濟性

第一，鎂合金的尺寸穩(wěn)定性好，在壓鑄作業(yè)中收縮率一定，易事先預定；第二，生產(chǎn)率高，與鋁合金相比，其比熱容和結晶潛熱小，在壓鑄型內(nèi)凝固速度快，單位時間作業(yè)率可比鋁合金壓鑄提高40%～50%，起模斜度也比鋁合金壓鑄件小，更易保證獲得表面粗糙度細的壓鑄件；第三，壓鑄型、坩堝和工具壽命長，鎂合金液不與Fe、Co、Cr、W等元素相溶，對鋼質(zhì)工模具侵蝕作用小，可使用鋼質(zhì)坩堝和工具，壓鑄型壽命達20萬次以上；第四，切削抵抗力小，切削性能好，可縮短機械加工時間，減少動力消耗，延長刀具壽命。

（三）壓鑄鎂合金的耐蝕性

鎂的化學活性高，以鎂為基的合金和復合材料易發(fā)生電解腐蝕和微電池腐蝕，因此，一般低純度壓鑄鎂合金的耐蝕性不盡人意，但高純度壓鑄鎂合金（如AZ91D）由于嚴格規(guī)定了雜質(zhì)含量，其鹽霧試驗的耐蝕性已超過壓鑄鋁合金A380，遠好于低碳鋼。

二、鎂合金輪轂壓力鑄造工藝

（一）鎂輪轂材料的選擇

Mg—Al合金是目前應用最廣泛的鑄造鎂合金，AM系列鎂合金具有優(yōu)良的韌性和塑性，用于經(jīng)受沖擊載荷，安全性較高的場合。根據(jù)日本汽車標準協(xié)會標準JASO C608-75（汽車用輕合金輻板式車輪）規(guī)定：車輪處理后，從輪緣上取樣，檢查車輪材料的機械性能，應符合抗拉強度≥214Mpa，屈服強度≥114Mpa，延伸率≥7%，硬度HB≥60的要求。由于鎂合金輪轂的工作環(huán)境溫度一般不超過150℃，而AM系列中的AM60B合金，由于在壓鑄工藝過程中在金屬型腔內(nèi)的激冷作用，合金表面晶粒較細，無須再進行熱處理，在鑄態(tài)情況下就基本能滿足輕合金輪轂的機械性能要求，因此一般選定AM60B合金作為鎂輪轂壓力鑄造的原材料。

（二）鎂合金輪轂鑄造模具設計

由于汽車輪轂外形表面的不規(guī)則，所以在進行鑄造時應充分考慮設計過程中輪轂主要外形尺寸確定的合理性以及一般原則。首先，要確保起模方便，在起模方向上留有結構斜度。主要鑄造斜度（拔模斜度）α=5°30?；其次，鑄件的壁厚要盡可能均勻，以減少和消除應力，防止縮孔和裂紋缺陷的產(chǎn)生，外形尺寸的確定中，鑄件的最小壁厚，其平均壁厚為6mm，汽車輪轂的受阻收縮比例0.8%—1%；再次，鑄件的轉(zhuǎn)角處要留有鑄造圓角，以防止裂紋、縮孔。鑄造內(nèi)外圓角R=2mm；最后，要有合理的鑄件壁厚，其最薄的部分應保證金屬液體充滿。

（三）鎂合金輪轂生產(chǎn)工藝流程

鑒于目前國內(nèi)輕合金輪轂制造商生產(chǎn)的幾乎全是鋁合金輪轂，從熔煉、鑄造、熱處理、機加工到表面處理等各道工序都有各自較為成熟的工藝，因此，最終確定鎂輪轂壓力鑄造工藝流程如下：原材料熔化→壓力鑄造→X射線探傷→非加工表面毛刺清理→機加工→檢驗→清洗和涂裝。

輪轂是一個寬外緣輪形構件，壁厚而均勻、輪緣直徑較大，因此，在壓力鑄造的過程中，需要注意輪轂的輪輻為重要部位，必須達到輪轂性能的使用要求；外輪緣部位需要防止產(chǎn)生縮孔、縮松和在澆注過程中卷氣；輪轂的中心厚大部位需要防止縮孔和縮松的產(chǎn)生；整個輪轂鑄件采用壓鑄工藝手段來保證消除構件的內(nèi)部疲勞缺陷。在鎂合金輪轂的生產(chǎn)工藝中，需要對模具預熱溫度、鎂液澆注溫度、增壓壓力、保壓時間等參數(shù)進行合理控制，確保整個生產(chǎn)流程符合相關規(guī)定，保障鎂合金輪轂的壓鑄質(zhì)量。

三、結語

隨著世界汽車輕量化進程的加快，節(jié)能化、輕量化成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在這種背景下，鎂合金輪轂的制造成為主要研究方向。經(jīng)過試驗證明，鎂合金輪轂壓力鑄造是一種新的可行的工藝，將鎂合金應用于輪轂制造中，可以進一步加強鎂合金輪轂生產(chǎn)制造的研究進程，發(fā)揮鎂合金的自身優(yōu)勢，對輪轂進行優(yōu)化與創(chuàng)新。

參考文獻：

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