鎂合金輪轂真空高壓鑄造技術(shù)研究 畢業(yè)論文

1、鎂合金輪轂真空高壓鑄造技術(shù)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：劉偉召指導(dǎo)教師：龍思遠(yuǎn)專業(yè)：材料加工工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二o一一年五月a study on vacuum aided highpressure die-casting for mg wheela thesis submitted to chongqing universityin partial fulfillment of the requirement for thedegree of master of engineeringbyliu weizhaosupervisor by prof. long si

2、yuanmajor: material processing engineeringcollege of material science and engineering ofchongqing university, chongqing, chinamay, 2011摘 要輪轂作為汽車、摩托車的慣性運(yùn)動(dòng)部件，其輕量化將顯著降低行駛能耗和排放，推動(dòng)鎂合金在輪轂上的應(yīng)用，是車輛通過輕量化實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最有效途徑。但是，目前汽車、摩托車鋁合金輪轂生產(chǎn)主要采用重力鑄造或低壓鑄造工藝，其生產(chǎn)效率低、缺乏鎂合金致密成形所需的高壓補(bǔ)縮能力，不能用于鎂合金輪轂的高效率、高收得率工業(yè)生產(chǎn)。因此，開發(fā)基于市場(chǎng)保

3、有量巨大的冷室高壓壓鑄機(jī)、適合鎂合金鑄造工藝特性的新型高壓鑄造方法，是推動(dòng)鎂合金在輪轂產(chǎn)品上規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。本課題以新感覺出口摩托車輪轂為對(duì)象，通過新型高壓鑄造工藝研發(fā)、輪轂材料替代設(shè)計(jì)及工藝結(jié)構(gòu)優(yōu)化，鑄造工藝及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)、樣件生產(chǎn)及工藝品質(zhì)與服役性能檢測(cè)，形成能夠用于工業(yè)生產(chǎn)的輪轂真空輔助高壓鑄造技術(shù)，為輪轂在存量臥式冷室壓鑄機(jī)上的規(guī)?；a(chǎn)提供指導(dǎo)。本文取得的主要成果如下： 根據(jù)輪轂工藝結(jié)構(gòu)特征，提出了基于臥式冷室壓鑄機(jī)、能同時(shí)對(duì)輪輻兩端熱節(jié)進(jìn)行凝固收縮補(bǔ)償?shù)妮嗇炚婵崭邏鸿T造新方法，并申請(qǐng)了發(fā)明專利； 完成了新感覺鋁合金輪轂的三維造型和服役狀態(tài)有限元應(yīng)力分析，逆向確定了原輪轂設(shè)計(jì)的疲勞準(zhǔn)

4、則； 根據(jù)鎂合金輪轂的機(jī)械性能，對(duì)輪轂產(chǎn)品的服役及工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，在滿足結(jié)構(gòu)工藝要求的前提下，使鎂合金輪轂服役應(yīng)力變化更加緩和，安全服役系數(shù)從1.83提高到2.3，實(shí)現(xiàn)減重38%; 用數(shù)值模擬軟件對(duì)鎂合金輪轂的鑄造工藝過程就行了仿真分析，優(yōu)化了澆注排溢系統(tǒng)和鑄造工藝參數(shù)組合。確定的最佳工藝參數(shù)組合為：澆注溫度680，模具預(yù)熱溫度250，壓射速度4.0m/s，保壓壓力60mpa；單只輪轂生產(chǎn)周期為4050s，工藝收得率為73%；在此基礎(chǔ)上完成了輪轂的成型模具設(shè)計(jì)，并和合作企業(yè)一起完成了模具的制造、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)； 在合作企業(yè)進(jìn)行了鎂合金輪轂的真空輔助高壓鑄造實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)，對(duì)樣件的工藝品質(zhì)進(jìn)行

5、的工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)表明，產(chǎn)品的內(nèi)部和外在質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求； 輪轂樣件通過了按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的徑向疲勞試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)等臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)。關(guān)鍵詞：鎂合金，摩托車輪轂，壓鑄，有限元分析，工藝模擬abstractthe wheels are the most massive inertia moving parts of the road vehicle. their weight saving will reduce the energy consumption and emissions of the vehicle most effectively. theref

6、ore, it is of economically, technically and environmentally importance to promote the application of magnesium alloy on the wheels. however, the main stream wheels are mainly made of al alloy and mainly produced by gravity die-casting or low-pressure die-casting characterized by their low productivi

7、ty and lack of high pressure necessary for shrinkage feeding of magnesium, which, in turn, unable to produce quality mg wheels with an acceptable productivity. therefore, the key to promote commercial application of magnesium wheels is to develop a new high pressure die-casting technique that is not

8、 only suit to the casting properties of magnesium alloy, but also to meet the requirements for quality mg wheels at a competitive productivity on cold-chamber die casting machine.in the present study, aimed to produce mg wheels for xgjao export motorcycle, the structure of the original al wheel was

9、redesigned, a new vacuum aided high pressure die-casting technique was developed, the cast mold were designed and the processing parameters were optimized, and a trial casting unit consisting of a modified cold-chamber die-casting machine and a vacuum system were prepared. then, prototype mg wheel w

10、ere produced by trial production, followed by processing quality and service property testing. the main achievements of the present study are as follows: according to the structural characteristics of the wheel, a vacuum aided high pressure die casting technique capable of feeding the solidification

11、 shrinkage on both ends of the spokes was invented, followed by patent application; accomplished 3d modeling of xgjao al wheel and its service condition finite elemental analysis. then, the fatigue design criteria was reversely determined; based on the mechanical properties of the mg alloy for wheel

12、s, the structure of the wheel was redesigned with consideration of its castability. with the optimized structural design, the service safety factor is increased from 1.8 of the original al wheel to 2.3, accompanied by a weight saving of 38%; with numerical simulation software, the casting processing

13、 of the mg wheel was simulated and optimized. with the optimized processing parameters of “680 melt pouring temperature, 250 mold preheating, 4.0m/s injection speed, 60mpa holding pressure”, a wheel can be produced in 4050s with a melt utilization rate of 73%. based on the above results, the casting

14、 equipments and mold were prepared. prototype wheels were produced on the vacuum aided high pressure die casting unit. the following processing quality inspection evidenced that the internal and external quality of the wheel products meet the requirements of the original design; the prototype wheels

15、 passed the bench tests, such as radial fatigue testing, impact testing, rotating bending fatigue testing and torsion fatigue testing, in accordance with the relative national standards.keywords: magnesium alloy, motorcycle wheel, die casting, fem analysis, processing simulation目 錄 中文摘要i英文摘要iii1 緒 論

16、11.1 前言11.1.1 交通工具輕量化與鎂合金在交通工具上的應(yīng)用21.1.2 輪轂輕量化的優(yōu)點(diǎn)及鎂合金在輪轂上的應(yīng)用現(xiàn)狀31.2 鎂合金輪轂的研究現(xiàn)狀41.2.1 鋁合金輪轂的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀41.2.2 鎂合金輪轂的成形技術(shù)現(xiàn)狀51.2.3 鎂合金輪轂成形工藝研究發(fā)展趨勢(shì)51.3 本課題研究意義和內(nèi)容61.3.1 研究意義61.3.2 研究內(nèi)容72 真空輔助壓鑄工藝開發(fā)92.1 鎂合金的鑄造工藝特點(diǎn)92.2 摩托車輪轂的結(jié)構(gòu)特征及其品質(zhì)對(duì)成形工藝的要求102.3 真空壓鑄技術(shù)的研究現(xiàn)狀102.3.1 真空壓鑄的特點(diǎn)102.3.2 真空壓鑄的抽真空方法112.4 帶補(bǔ)壓功能的新型真空輔助壓鑄工

17、藝122.5 本章小結(jié)153 原輪轂有限元分析及疲勞準(zhǔn)則確定173.1 論鞏固三維模型的建立及服役力學(xué)模型抽象173.2 鋁輪轂的有限元服役分析183.2.1 輪轂結(jié)構(gòu)服役應(yīng)力分析的意義和進(jìn)展183.2.2 輪轂?zāi)Ｐ偷慕?93.2.3 輪轂三維模型的簡(jiǎn)化及導(dǎo)入193.2.4 輪轂材料的選用203.2.5 輪轂外載荷處理203.2.6 輪轂網(wǎng)格劃分203.2.7 輪轂有限元求解213.2.8 輪轂有限元分析結(jié)果223.3 鋁輪轂疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的導(dǎo)出233.4 本章小結(jié)244 鎂合金輪轂結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)254.1 服役結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要求254.1.1 基本設(shè)計(jì)原則254.1.2 基本設(shè)計(jì)要求254.2

18、輪轂結(jié)構(gòu)材料替代設(shè)計(jì)的原則254.3 結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)后的鎂輪轂有限元分析274.3.1 載荷和網(wǎng)格劃分274.3.2 有限元求解及結(jié)果分析284.4 本章小結(jié)295 輪轂真空輔助壓鑄工藝的數(shù)值模擬315.1 合金充型過程的數(shù)值模擬315.1.1 充型過程數(shù)值模擬特點(diǎn)315.1.2 充型過程數(shù)值模擬方法325.2 合金凝固過程的數(shù)值模擬325.2.1 傳熱的基本方式325.2.2 傳熱方程的離散化335.2.3 差分格式的穩(wěn)定性討論345.2.4 凝固過程數(shù)值方程的求解條件345.3 真空輔助壓鑄輪轂澆注排溢系統(tǒng)的優(yōu)化365.3.1 輪轂澆注排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)365.3.2 輪轂充型過程模擬及分析375.

19、3.3 輪轂?zāi)踢^程模擬及分析415.3.4 輪轂澆注排溢系統(tǒng)優(yōu)化425.4 真空輔助壓鑄輪轂所需的工藝參數(shù)445.4.1 模具預(yù)熱溫度445.4.2 合金澆注溫度445.4.3 合金充型速度455.4.4 型腔真空度455.4.5 壓力大小455.4.6 補(bǔ)壓頭加壓時(shí)間455.4.7 保壓時(shí)間455.4.8 鑄型用涂料465.5 真空輔助壓鑄輪轂的模具設(shè)計(jì)465.6 本章小結(jié)476 鎂輪轂的實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)及品質(zhì)和性能檢測(cè)496.1 鎂輪轂的實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)496.1.1 生產(chǎn)條件準(zhǔn)備496.1.2 實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)流程496.1.3 實(shí)驗(yàn)過程中的工藝參數(shù)確定506.2 鎂輪轂產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)546.2.1 輪轂

20、產(chǎn)品外觀檢測(cè)546.2.2 輪轂產(chǎn)品機(jī)械性能檢測(cè)556.3 鎂輪轂服役性能臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)576.4 本章小結(jié)617 結(jié) 論63致 謝65參考文獻(xiàn)67附 錄71a. 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄及專利71b. 攻讀碩士學(xué)位期間主要參與的科研項(xiàng)目711 緒 論1.1 前言隨著環(huán)保及節(jié)能成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，如何降低能耗、節(jié)約能源、提高能源利用率、減少環(huán)境污染是當(dāng)今人類所面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的任務(wù)，大量的關(guān)注度集中在了使用輕質(zhì)材料來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化上1。交通工具對(duì)低排放、高效率、輕量化要求的提高，使得高性能輕質(zhì)合金材料的開發(fā)和應(yīng)用引起了交通制造業(yè)越來越多的關(guān)注2。鎂是地球上的儲(chǔ)量極為豐富的輕金屬元

21、素之一，僅次于鋁。白云石礦、菱鎂礦石、鹽湖及海洋中都含有豐富的鎂資源3,4。我國鐵礦和鋁土礦資源貧乏，而我國青海湖、遼寧大石橋、海城等地都有豐富的高品質(zhì)鎂資源，菱鎂砂礦儲(chǔ)量約27億噸，居世界首位。按使用量每年增長20%計(jì)，全球可開采和使用的鎂資源達(dá)千年以上。鎂是最輕質(zhì)的商用金屬工程結(jié)構(gòu)材料，其密度小(1.65g/cm3 1.85g/ cm3 )，是鋁的2/3，鈦的2/5，可作為工程塑料、鋁和鋼鐵的可替代材料。鎂合金的優(yōu)勢(shì)在于5-7： 密度小，質(zhì)量輕，可提高燃油效率，減少燃油消耗量，降低噪音； 比強(qiáng)度和比剛度高，可代替部分鋁合金和鋼作為承載件或覆蓋件； 吸振降噪、抗沖擊和抗壓縮能力強(qiáng)； 散熱性、

22、鑄造性能好、尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)、電磁屏蔽性能優(yōu)良： 無污染并可做到完全回收利用，是綠色工程材料。鎂合金的輕質(zhì)、節(jié)能、減震吸噪、電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，使得鎂合金在國防、航空航天、交通和其他電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，在世界范圍內(nèi)，鎂合金作為一種迅速崛起的新興結(jié)構(gòu)材料，并以每年15的速率保持連續(xù)快速增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁、銅、鋅、鎳以及鋼鐵的應(yīng)用增長速度8。我國鎂產(chǎn)品開發(fā)晚于世界其他發(fā)達(dá)國家，雖然總體原鎂產(chǎn)量已經(jīng)占全球總量的80%，堪稱鎂工業(yè)大國，但其中大部分鎂原料都是以原材料或初級(jí)鎂產(chǎn)品的形式低價(jià)出口，國內(nèi)還沒有形成完整的鎂加工應(yīng)用產(chǎn)業(yè)體系，且對(duì)鎂的開發(fā)應(yīng)用研究較少，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)很不合理，致使我國的鎂產(chǎn)業(yè)成

23、為了以犧牲資源環(huán)境為代價(jià)的大而不強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)。因此，我們應(yīng)該積極研究鎂合金，并努力進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，推動(dòng)鎂合金的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，把我國的鎂產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化成資源、產(chǎn)品和技術(shù)的全優(yōu)產(chǎn)業(yè)9-10。相比于我國，世界其他發(fā)達(dá)國家對(duì)鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)重視，美、德、澳、日等國相繼出臺(tái)了大型鎂合金的研究應(yīng)用計(jì)劃，加大了鎂及其合金在資源、加工和應(yīng)用方面的研究及投入，并把鎂資源作為21世紀(jì)的重要戰(zhàn)略資源進(jìn)行規(guī)劃，以推動(dòng)鎂合金的應(yīng)用。其中，為解決鎂合金鑄造成形過程中的工藝、裝備、模具及表面處理等關(guān)鍵技術(shù)難題，建立一套完整的鎂合金生產(chǎn)技術(shù)體系及規(guī)范，德國制定了madica計(jì)劃，該計(jì)劃的制定和實(shí)施極大的推動(dòng)了鎂合金在德國的應(yīng)用

24、11-13。20世紀(jì)90年代以來，可持續(xù)發(fā)展的要求使鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域得到了的快速發(fā)展。世界各國政府普遍加強(qiáng)了以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，以技術(shù)集成為特征的鎂及鎂合金在開發(fā)、加工、應(yīng)用等方面的研發(fā)，并著力擴(kuò)大應(yīng)用數(shù)量、范圍和規(guī)模。鑒于世界各國對(duì)鎂及其合金開發(fā)應(yīng)用的重視，以及我國的鎂資源優(yōu)勢(shì)，國家應(yīng)從鎂合金在交通產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵共性技術(shù)入手，實(shí)施科技項(xiàng)目攻關(guān)，盡快形成擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鎂合金生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)，形成一批新興的高新技術(shù)鎂合金加工產(chǎn)業(yè)，加快在交通和3c領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，提高我國鎂產(chǎn)品的國際競(jìng)爭(zhēng)力。1.1.1 交通工具輕量化與鎂合金在交通工具上的應(yīng)用世界交通運(yùn)輸業(yè)面臨著能源、公害和安全等問題，其中

25、尤以能源問題最為突出。隨著我國石油能源的緊缺，以及石油價(jià)格的攀升，節(jié)能降耗便成為各汽車摩托車企業(yè)首要考慮的競(jìng)爭(zhēng)因素。因此，節(jié)能降耗、提高交通工具的經(jīng)濟(jì)性就成為緩和能源、環(huán)境、綜合費(fèi)用等的主要措施。在影響汽車、摩托車的燃油經(jīng)濟(jì)性的因素中，相比于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，車輪滾動(dòng)阻力、車身空氣阻力等因素，汽車、摩托車的自重是最重要的，因而在各種降低油耗的途徑中，最經(jīng)濟(jì)、最有效的措施就是實(shí)現(xiàn)汽車、摩托車的輕量化。實(shí)現(xiàn)輕量化的途徑和關(guān)鍵技術(shù)主要有： 輕質(zhì)材料的應(yīng)用； 結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)與優(yōu)化； 新型成型制造工藝技術(shù)的應(yīng)用。鎂合金不僅在輕量化、節(jié)能降耗方面具有優(yōu)勢(shì)，而且還可以提高汽車的使用性能：鎂合金的減震

26、性能好，利于降低振動(dòng)、提高駕乘舒適性；抗沖擊性好，可以降低沖擊其對(duì)駕駛者的危害程度、提高安全性。因此鎂在汽車摩托車工業(yè)領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景，汽車用鎂合金壓鑄件和鑄件的數(shù)量呈上升趨勢(shì)。此外，鎂合金零部件用于磁懸浮列車、高速列車等軌道交通工具，同樣具有良好的減重、節(jié)能和降噪的效果，應(yīng)用前景良好。從上世紀(jì)20年代，德國率先把鎂合金應(yīng)用于汽車開始，到目前為止，汽車中已超過60個(gè)零部件采用了鎂合金，且主要用于儀表盤、座椅架等車內(nèi)構(gòu)件，門框、尾板等車體構(gòu)件，變速器殼體、離合器殼等發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)件，輪轂、引擎托架等底盤構(gòu)件 l4,l5。半個(gè)多世紀(jì)以來，隨著鎂合金設(shè)備與成形技術(shù)的不斷改進(jìn)與完善，鎂合金在

27、摩托車上的應(yīng)用在廣度和深度上也得到不斷擴(kuò)展，其需求量也得到穩(wěn)步增長。加入wto以來，我國汽摩制造型企業(yè)急需提高自主研發(fā)創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，尤其需要加強(qiáng)和擴(kuò)大對(duì)鎂合金、復(fù)合材料等新型材料的研究和應(yīng)用，通過提高產(chǎn)品的科技含量來增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。而這些便為鎂合金的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化提供了堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、巨大的發(fā)展空間和廣大的國內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)。近年來，隨著國外鎂合金應(yīng)用技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展，在我國政府的重視和支持下，關(guān)于鎂合金應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究也越來越多，使得我國汽車摩托車用鎂量以年均15%的速度增長。并且在政府的支持下，眾多高校和研究院所在“九五”期間開展了一系列鎂合金材料研發(fā)改進(jìn)及生產(chǎn)應(yīng)用技

28、術(shù)等研究，并取得了一系列卓有成效的研究成果，為鎂合金的持續(xù)研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)16。1.1.2 輪轂輕量化的優(yōu)點(diǎn)及鎂合金在輪轂上的應(yīng)用現(xiàn)狀輪轂結(jié)構(gòu)從最初的鋼質(zhì)到鋁質(zhì)，再到正在研究的鎂合金，輕量化已然成為輪轂的發(fā)展趨勢(shì)11,17。以摩托車為例，輕質(zhì)輪轂將極大的改善摩托車經(jīng)濟(jì)性、易用性和舒適性，具體體現(xiàn)在： 輕質(zhì)輪轂?zāi)苁鼓ν熊噯?dòng)更快，更節(jié)油摩托車的燃油主要消耗于車重，而作為摩托車重要的、質(zhì)量最大的單體組成部件的輪轂，其重量將直接影響整車重量。摩托車自重每減輕10，其燃油經(jīng)濟(jì)性就可提高5.5，由此可見，輕質(zhì)的摩托車輪轂具有相當(dāng)明顯的節(jié)油降耗效果，并相應(yīng)地提升了摩托車的續(xù)航能力。同時(shí)，輕質(zhì)輪轂還將明

29、顯改善摩托車的啟動(dòng)性能和加速性能。 輕質(zhì)輪轂使摩托車更易操作當(dāng)摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車體從直線行駛狀態(tài)變化到具有一定程度的傾角，由于輪轂上有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而摩托車車體將抵制這種變化。而減小輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法便是人們希望的減小輪轂質(zhì)量而非輪轂的速度，因此，使用輕質(zhì)的輪轂之后，輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，顯著提高了摩托車的駕駛性能。 輕質(zhì)輪轂使摩托車更舒適摩托車懸掛系統(tǒng)的彈簧是為了在輪轂發(fā)生上下顛簸時(shí)，將輪轂推向地面，保持輪胎與地面之間的緊密接觸的。在彈簧規(guī)格一定的情況下，輕質(zhì)輪轂更容易被推向地面，從而大大降低車輪的顛簸幅度和頻度，提高摩托車駕乘的舒適性。因此，將鎂合金材料應(yīng)用于輪轂，來實(shí)現(xiàn)輪轂的輕量化，將極大

30、地降低摩托車能耗，提高摩托車經(jīng)濟(jì)性、易用性及駕乘舒適性。鎂合金輪轂最早于1967年應(yīng)用于英國的austin汽車上，之后到1973年，鎂合金輪轂被應(yīng)用于保時(shí)捷豪華車，在1974年應(yīng)用于“mag 250”型摩托車。但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)鎂合金輪轂的制造技術(shù)不成熟、價(jià)格高昂、容易腐蝕等問題，一直未得到規(guī)?；瘧?yīng)用。近年來，隨著能源、環(huán)保的要求和汽車業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，以及原鎂價(jià)格的下降、加工成型技術(shù)的革新以及防腐工藝的提高，使得鎂合金輪轂開始越來越廣泛地用于汽車、摩托車等交通工具上。在歐美國家，汽車廠商正以汽車鎂合金用量作為車輛技術(shù)水平是否先進(jìn)的標(biāo)志，而最初用am60b等鎂合金制造的汽車輪轂的商業(yè)應(yīng)用保持著快

31、速增長，如在1998年福特汽車公司生產(chǎn)出了重量為3.1kg的壓鑄鎂合金輪轂；日本輕金屬株式會(huì)社用充氧壓鑄法批量生產(chǎn)的am60鎂合金汽車輪轂和摩托車輪轂，實(shí)現(xiàn)減重15%；美國通用汽車公司研制的am60b壓鑄車輪，在輪胎被扎穿后仍然能以小于48km/h的速度行駛，汽車不受損害。瑞典推出的運(yùn)用高科技設(shè)計(jì)及應(yīng)用新材料的產(chǎn)品volvo lcp2000轎車是，僅重700kg，共用輪轂等零部件50kg鎂合金鑄件（占毛重的7%）。其它將鎂合金輪轂用于轎車的公司還有意大利的grimecam公司、bbs公司、英國的dymag公司等。在國外的鎂合金應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，我國的鎂合金應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化研發(fā)也日益增多。20

32、01年四月成功組裝了世界第一臺(tái)鎂合金鑄件用量達(dá)12余公斤的lx150鎂合金綠色概念摩托車18-19。1.2 鎂合金輪轂的研究現(xiàn)狀1.2.1 鋁合金輪轂的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀20-22隨著上世紀(jì)90年代我國汽車摩托車行業(yè)的迅猛發(fā)展，為鋁輪轂的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。但在這一時(shí)期國內(nèi)鋁輪轂生產(chǎn)技術(shù)工藝不成熟、研發(fā)能力不足、產(chǎn)量低、成本高，導(dǎo)致鋁輪轂的裝車率較低。加入世貿(mào)組織后，中國汽車、摩拖車產(chǎn)業(yè)借助國外同行業(yè)的資本和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自身的跨越式發(fā)展，并極大地帶動(dòng)了輪轂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前幾乎所有的乘用車車型及摩托車都采用了鋁合金輪轂。國外首先用砂型鑄造工藝來生產(chǎn)鋁合金輪轂，在1958年后開發(fā)了普通轎車用的整體

33、鋁輪轂，從20世紀(jì)70年代到2001年，北美輕型車的鋁合金輪轂裝車率達(dá)60%以上，歐洲超過了50%，日本約45%左右。國內(nèi)的鋁合金輪轂起步較晚，但其快速的發(fā)展，使我國鋁合金輪轂的裝車率在2002年已經(jīng)接近45%。目前，全世界95%的鋁輪轂采用鑄造工藝生產(chǎn)，鑄造又細(xì)分為低壓鑄造、重力鑄造、擠壓鑄造和半固態(tài)鑄造。國外鋁合金輪轂的制造方法以低壓鑄造為主，占全部產(chǎn)量的80%以上。另外還有少數(shù)企業(yè)采用鍛造法、旋壓法、焊接組裝法生產(chǎn)。最近，出現(xiàn)的無氣孔壓鑄新工藝（充氧壓鑄法），已經(jīng)在日本輕金屬株式會(huì)社和美國鑄鍛公司得到生產(chǎn)應(yīng)用。進(jìn)來在德國又研制成功了一種全新概念的新型輕量化鋁合金輪轂內(nèi)置空氣鋁合金輪轂（a

34、ir inside wheel），通過空腔技術(shù)進(jìn)一步減輕輪轂20%的質(zhì)量。國內(nèi)鋁合金輪轂制造主要采用較低成本的低壓鑄造工藝，約占全部產(chǎn)量的80%以上；其次是采用最簡(jiǎn)便的重力鑄造工藝，約占其全部產(chǎn)量的20%不到。部分企業(yè)也采用擠壓鑄造和鍛造工藝，其產(chǎn)品質(zhì)量較好。鋁合金輪轂有廣闊的市場(chǎng)前景，同時(shí)也要面對(duì)多種挑戰(zhàn)，如大幅提高生產(chǎn)規(guī)模、采用新工藝、持續(xù)降低成本、適應(yīng)市場(chǎng)變化、適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、迅速提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、滿足oem和維修市場(chǎng)需求等。1.2.2 鎂合金輪轂的成形技術(shù)現(xiàn)狀摩托車輪轂作為摩托車的重要部件，直接承載了摩托車和負(fù)載的重量；輪轂不僅作為高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)部件，在摩托車行駛的過程中受到地面的沖擊

35、力、振動(dòng)、拐彎時(shí)的彎矩、加減速時(shí)的扭矩等作用了因素，同時(shí)還受到日曬雨淋等環(huán)境因素的作用，服役條件相當(dāng)惡劣。處于安全及操作性能的考慮，要求摩托車輪轂具有以下的特性：較強(qiáng)的抗沖擊性能、較強(qiáng)的抗疲勞性能、較好的減震性能、較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及盡可能小的質(zhì)量等。目前摩托車輪轂的成型方法主要有以下幾種方式：鑄造、鍛造、組裝等。鍛造生產(chǎn)出的輪轂的強(qiáng)度、韌性與疲勞強(qiáng)度均顯著優(yōu)于鑄造輪轂。但由于鍛造生產(chǎn)工序多，其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于鑄造輪轂，因此鍛造輪轂常用于賽車。鑄造法是目前鎂合金輪轂成型最常用的方法，目前鎂合金輪轂成型的鑄造方法有重力鑄造、真空壓鑄、充氧壓鑄、低壓鑄造、電磁泵低壓鑄造等23-27。澳大利亞march

36、esini輪轂公司已利用砂型重力鑄造工藝生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鎂合金輪轂，并在應(yīng)用于賽車。國外已研制出在臥式壓鑄機(jī)上生產(chǎn)am60b鎂合金汽車輪轂的真空壓鑄法和批量生產(chǎn)鎂合金輪轂的充氧壓鑄法，相比于鋁輪轂，重量減輕15%。上世紀(jì)80年代，日本的豐田汽車公司就率先研制出了低壓鑄造鎂合金汽車輪轂。國內(nèi)寧波的耐特鎂業(yè)科技發(fā)展有限公司成功生產(chǎn)了低壓鑄造鋁合金摩托車輪轂，并正在研究生產(chǎn)鎂合金輪轂。jsw與日本汽車輪轂廠合作開發(fā)出了鎂鋁合金復(fù)合材料的汽車輪轂28-33。近來年，出現(xiàn)了一些鎂合金輪轂鑄造成型新技術(shù)，如精密沖鍛成型技術(shù)、擠壓鑄造技術(shù)、擠壓鑄造-低壓鑄造結(jié)合技術(shù)、半固態(tài)觸變成型技術(shù)、旋壓成型技術(shù)、擠壓鑄造-

37、流變鑄造結(jié)合技術(shù)、真空傾轉(zhuǎn)法差壓鑄造等。目前，世界上僅有德國和日本進(jìn)行了該類技術(shù)的研究，并已經(jīng)投產(chǎn)。而國內(nèi)對(duì)該技術(shù)的研究僅有二汽從德國引進(jìn)了一套輪轂旋壓生產(chǎn)線。東北大學(xué)已經(jīng)成功研發(fā)鎂合金輪轂溫?cái)D成形技術(shù)，重慶大學(xué)課題組就新型擠壓鑄造技術(shù)進(jìn)行研究，并申請(qǐng)了專利34。1.2.3 鎂合金輪轂成形工藝研究發(fā)展趨勢(shì)鎂合金輪轂的研究技術(shù)成果，使得國內(nèi)在輕合金輪轂的技術(shù)研究方面跟上了國際先進(jìn)水平，但在產(chǎn)業(yè)化方面尚存在一定距離。高品質(zhì)鎂合金輪轂的商業(yè)化生產(chǎn)是個(gè)很復(fù)雜的工程。首先要保障用于輪轂生產(chǎn)的鎂合金材料具有較高的強(qiáng)度、剛度、韌性和極高的內(nèi)部缺陷控制，這是獲得高品質(zhì)鎂合金輪轂的先決條件；其次，根據(jù)鎂合金的特

38、性，對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，使得輪轂在滿足服役性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輪轂減重的最大化，這就需要形成一種科學(xué)的材料替代技術(shù)；最后，如何改變目前鎂合金輪轂僅應(yīng)用在高檔車輛上的狀況，使得生產(chǎn)出來的鎂合金輪轂價(jià)位能滿足絕大多數(shù)普通民用車輛的要求，因此，就需要開發(fā)一種適合于市場(chǎng)占有量巨大的臥式壓鑄機(jī)生產(chǎn)的新的工藝方法。該工藝方法應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：首先，應(yīng)該與鎂合金的物化特性相適應(yīng)；其次，能夠與鎂合金輪轂的結(jié)構(gòu)特征相適應(yīng)；再次，應(yīng)能夠高效率、低成本、穩(wěn)定地生產(chǎn)高品質(zhì)鎂合金輪轂；最后，與新工藝相適應(yīng)的裝備系統(tǒng)易于開發(fā)。上述是高性價(jià)比地商業(yè)化生產(chǎn)高品質(zhì)鎂合金輪轂所需攻克的關(guān)鍵技術(shù)問題。1.3 本課題研究意義和內(nèi)容1

39、.3.1 研究意義車輛輕量化發(fā)展已成為緩解能源供需緊張、降低環(huán)境污染的一個(gè)必然趨勢(shì)。為此，在車輛上采用現(xiàn)代的高比性能材料，如鎂合金、復(fù)合材料等，來減輕車輛零部件的重量，特別是高速運(yùn)動(dòng)部件的重量，已成為車輛輕量化的重要材料措施。鎂合金的高比性能、高阻尼減震降噪性能和抗疲勞性能，尤其適用于輕型車輛的輪轂材料。在保證車輛綜合性能的基礎(chǔ)上，增加鎂合金產(chǎn)品在整車中的比重則成為車輛輕量化的重要手段之一。我國是摩托車生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國，也正在成為汽車生產(chǎn)制造和消費(fèi)的大國。我國已經(jīng)憑借鎂資源的優(yōu)勢(shì)，成為原鎂和初級(jí)鎂產(chǎn)品生產(chǎn)大國，但因鎂合金生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)的落后，使得原鎂的80%用作原材料出口。輪轂是車輛上單個(gè)部

40、件中重量最大、用量最多的鑄件，且還是車輛的重要運(yùn)動(dòng)部件，它的輕量化生產(chǎn)有著非常重要的意義和巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。而鎂合金生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟和完善，尤其是鑄造成型技術(shù)中存在耐蝕性差、高溫強(qiáng)度低、抗蠕變性能低等問題，嚴(yán)重阻礙了鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用。因此本文基于鎂合金材料特性，通過產(chǎn)品材料替代和結(jié)構(gòu)優(yōu)化再設(shè)計(jì)，研發(fā)能夠適用于商業(yè)化生產(chǎn)高品質(zhì)鎂合金輪轂的新型成型工藝技術(shù)。因此，項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)用新技術(shù)、新材料改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高輪轂鑄件的性能、科技含量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)鎂合金輪轂產(chǎn)品的規(guī)?；慨a(chǎn)的目的，還能推動(dòng)我國從鎂資源大國轉(zhuǎn)變?yōu)殒V產(chǎn)品制造、鎂技術(shù)應(yīng)用的強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)西部大開發(fā)、經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的戰(zhàn)

41、略目標(biāo)。1.3.2 研究內(nèi)容 基于臥式壓鑄機(jī)，開發(fā)出能夠適應(yīng)鎂合金的物化特性、輪轂的工藝結(jié)構(gòu)特征的、能同時(shí)對(duì)輪輻兩端熱節(jié)進(jìn)行凝固補(bǔ)縮的新型鑄造成型工藝技術(shù)方法； 以新感覺摩托車鋁合金輪轂為研究對(duì)象，確定新感覺摩托車輪轂設(shè)計(jì)的疲勞準(zhǔn)則，并對(duì)其進(jìn)行鎂合金材料替代，結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)及優(yōu)化，使鎂合金輪轂在具有更大的安全服役系數(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿足輪轂減重、美觀等要求； 根據(jù)新型鑄造成型工藝方法，設(shè)計(jì)鎂合金摩托車輪轂的澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，并對(duì)輪轂鑄件的充型和凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，優(yōu)化澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，確定最佳的鑄造工藝參數(shù)組合； 設(shè)計(jì)出合理的輪轂鑄造成型模具，并同合作企業(yè)一起完成壓鑄模具的加工制

42、造； 用新型鑄造成型工藝技術(shù)進(jìn)行鎂合金輪轂的實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)，并確定出用于實(shí)際生產(chǎn)的工藝參數(shù)組合； 對(duì)鎂合金輪轂樣件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和符合國家相關(guān)規(guī)定的臺(tái)架檢測(cè)試驗(yàn)。2 真空輔助壓鑄工藝開發(fā)2.1 鎂合金的鑄造工藝特點(diǎn)鎂合金的物理特性及其對(duì)鑄造工藝的影響35-37 鎂熔體密度低（1.74g/cm31.85g/cm3），使之能夠獲得較高的澆注壓射力； 鎂熔體粘度低，流動(dòng)性好，易于充滿復(fù)雜型腔，型腔復(fù)制性好； 與鋼鐵的親和力小，減少鑄造時(shí)的粘模，因此鎂合金鑄造模具可以使用更小的拔模斜度和抽拔力度； 鎂合金鑄件熱強(qiáng)度小，頂出力較??； 鎂合金的熱容小、凝固潛熱低，金屬熔體冷卻速度快，因而要求充型時(shí)間短，澆注速

43、度快，從而降低循環(huán)時(shí)間和對(duì)鑄造模具的損耗，不當(dāng)?shù)墓に嚪桨笗?huì)使鑄件中出現(xiàn)氣孔、流痕、冷隔等充型缺陷； 鎂合金凝固體收縮較大，鑄造時(shí)，鑄件內(nèi)壁厚較厚的位置易出現(xiàn)縮孔疏松等凝固類缺陷，因而需采取措施來減小甚至消除這些凝固類缺陷，如高壓補(bǔ)縮或大體積冒口。鎂合金的化學(xué)性能及其對(duì)鑄造工藝的影響 鎂合金極易氧化，尤其是在高溫熔融狀態(tài)下，一般采用六氟化硫和氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為保護(hù)氣體來減少其在熔爐內(nèi)的氧化； 鎂合金鑄件中的氣孔：一是壓鑄過程中，排氣不良，形成卷氣，在鑄件凝固冷卻后形成，二是在冷卻過程中從鎂熔體中析出氫氣而形成。根據(jù)鎂合金的物理化學(xué)特性，在進(jìn)行鎂合金鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下原則： 鎂熔體凝固體收縮

44、較大，鑄件內(nèi)部易出現(xiàn)縮孔疏松等凝固類缺陷，因此，在鎂熔體完成鑄造充型后應(yīng)能得到高壓補(bǔ)縮，在有效控制氣孔缺陷的同時(shí)，最大限度地消除縮孔疏松等凝固類缺陷； 鎂合金的熱容小、凝固潛熱低，鎂熔體冷卻速度快，因此，在鑄造時(shí)，需要高的澆注充型速度，但不能因充型速度的提高而使鑄件的缺陷增加，可以通過抽真空或充氧的方法消除氣孔缺陷； 鑒于鎂合金極易氧化的特點(diǎn)，需要做好鎂合金熔煉及鑄造過程中的防氧化工作，熔煉時(shí)用六氟化硫和氮?dú)獾幕旌媳Ｗo(hù)氣體，而在鑄造過程中，則采用型腔抽真空的方法來減少鎂熔體的氣孔缺陷。因此鎂合金產(chǎn)品更適合于用真空高壓壓鑄工藝生產(chǎn)。2.2 摩托車輪轂的結(jié)構(gòu)特征及其品質(zhì)對(duì)成形工藝的要求摩托車輪轂作

45、為摩托車的重要安全部件，在承載的同時(shí)，還作為高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件。因此摩托車輪轂的結(jié)構(gòu)及品質(zhì)應(yīng)滿足如下特征： 作為高速旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有很好的動(dòng)平衡性能，輪轂的徑向圓跳動(dòng)和軸向端面跳動(dòng)要小于1.0mm（整體式輪轂）或小于1.2mm（組合式輪轂）； 輪轂應(yīng)采用中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)； 輪輞長期承受胎壓作用，是輪轂的高應(yīng)力區(qū)，要求工藝品質(zhì)最高，力學(xué)性能最好。上述摩托車輪轂的結(jié)構(gòu)特征及品質(zhì)，使得輪轂的成形工藝應(yīng)遵循如下要求： 鑄造輪轂外觀結(jié)構(gòu)能夠很好地復(fù)制鑄型形貌，保證機(jī)加后的產(chǎn)品滿足外觀及尺寸要求； 輪轂采用中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，輪輻的形狀及外觀質(zhì)量直接取決于鑄型，很少對(duì)其進(jìn)行機(jī)加，輪輞除裝胎面外也不進(jìn)行機(jī)加

46、，因此，在鑄造成型過程中，輪輻及輪輞非機(jī)加處的鑄造表面應(yīng)無夾渣、氣孔、冷隔、欠鑄等缺陷； 輪輞工藝品質(zhì)要求最高，機(jī)械性能最好，要求其充型時(shí)輪輞處應(yīng)無裹氣、夾渣、冷隔、流痕、縮孔疏松等缺陷，且輪輞的致密度應(yīng)一致。根據(jù)鎂合金的物理化學(xué)性能以及摩托車輪轂的結(jié)構(gòu)和品質(zhì)特征對(duì)成形工藝的要求，為消除鎂合金充型過程中的夾渣、氣孔、冷隔、欠鑄等缺陷，獲得可以通過熱處理來提升本體材料機(jī)械性能，以改善服役性能的輪轂鑄件，這時(shí)，就要求鑄件在真空環(huán)境下充型，以獲得可熱處理的工藝性能；輪轂鑄件的熱節(jié)分散在輪輞和輪心上，為獲得高致密度、高機(jī)械性能的輪轂鑄件，需要在輪轂鑄件的凝固過程中應(yīng)對(duì)輪輞和輪心處的熱節(jié)進(jìn)行高壓凝固補(bǔ)縮

47、，即除了壓射壓頭的高壓壓力外，還需要采用另外的高壓補(bǔ)壓裝置來實(shí)現(xiàn)。因此摩托車輪轂的鑄造生產(chǎn)應(yīng)采用真空高速充型和高壓補(bǔ)壓保壓凝固的鑄造成型工藝，也即帶有補(bǔ)壓功能的真空輔助高壓鑄造工藝。2.3 真空壓鑄技術(shù)的研究現(xiàn)狀2.3.1 真空壓鑄的特點(diǎn)真空壓鑄是在傳統(tǒng)壓力鑄造的基礎(chǔ)上輔以抽真空技術(shù)，先將型腔（包括壓室）內(nèi)的氣體抽出或部分抽出，使金屬液在相對(duì)真空的條件下充填型腔，并在壓頭壓力下保壓凝固的鑄造工藝技術(shù)。 真空壓鑄工藝大大降低了金屬液在高速充型時(shí)卷入氣體而造成的氣孔缺陷，使金屬液在壓頭壓力作用下凝固冷卻得到的鑄件致密度顯著提高13。 真空壓鑄技術(shù)保持與繼承了傳統(tǒng)壓鑄工藝高速高壓的優(yōu)點(diǎn)，而且由于真空

48、壓鑄件內(nèi)氣孔很少，使得鑄件可以進(jìn)行后續(xù)熱處理來改善組織狀態(tài)，提高機(jī)械性能，甚至可以用于焊接14。真空壓鑄主要用于生產(chǎn)要求耐壓、強(qiáng)度高或要求進(jìn)行熱處理的高質(zhì)量鑄件，如本課題正在研究的鎂合金輪轂等。真空壓鑄對(duì)充型質(zhì)量有著重要影響：一是充型前的型腔真空易于建立較大充型壓差，減小充型時(shí)金屬液的流動(dòng)阻力，提高金屬液的充型速度，利于充填形狀復(fù)雜的部件，可得較好的鑄件表面亮度與光澤度；二是型腔內(nèi)氣體被抽出，使得金屬液不易被氧化，減小了金屬液表面張力，利于成形復(fù)雜薄壁鑄件39。與普通壓鑄相比，真空壓鑄有以下特點(diǎn)40-41： 減少或消除了壓鑄件內(nèi)部的氣孔，提高了鑄件組織致密度及強(qiáng)度。壓鑄件可以通過進(jìn)行熱處理來提

49、高其力學(xué)性能； 消除了氣孔造成的鑄造缺陷； 可采用較小的澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸； 從壓鑄型腔抽出空氣，顯著地降低了充填反壓力； 鑄型中反壓力的減小使鑄件結(jié)晶速度加快，縮短了鑄件在鑄型中停留的時(shí)間，使真空壓鑄生產(chǎn)率提高10%20%； 密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝較困難，成本較高。2.3.2 真空壓鑄的抽真空方法真空壓鑄技術(shù)是解決復(fù)雜部件主要壓鑄缺陷，提高鑄件產(chǎn)品致密度、力學(xué)性能與合格率的重要措施。真空壓鑄時(shí)要求型腔在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)定的真空度，因此要設(shè)計(jì)好真空系統(tǒng)，并對(duì)壓鑄成型模具密封。真空壓鑄密封并抽真空的方法很多，常用的方法有兩種42： 利用真空罩密封壓鑄模壓鑄模具用真空罩密封，在金屬熔體澆注到

50、壓室，壓射沖頭越過加料口后抽出真空罩內(nèi)的空氣，使型腔達(dá)到預(yù)定的真空度，然后進(jìn)行壓鑄。用真空罩密封的方法抽氣量大，不宜用于帶液壓抽芯的壓鑄模，因此目前已經(jīng)很少用了。 借助分型面抽真空壓鑄模的排氣槽經(jīng)分型面上的總排氣槽與真空系統(tǒng)連通，待壓射沖頭越過加料口將壓室與型腔密封后，由行程開關(guān)打開真空閥開始對(duì)型腔抽真空，金屬熔體充滿型腔后，可以通過“充型熔體流入齒狀截面漸變排氣道、被激冷凝固堵塞真空排氣道”，防止金屬液進(jìn)入真空系統(tǒng)。這種方法抽氣量少而且壓鑄模具制造維修簡(jiǎn)單方便，但難以在極短的壓鑄充型時(shí)間內(nèi)使型腔達(dá)到理想的真空度。另一種則是在型腔最后充填部位安裝單芯真空閥，為防止熔體堵塞單芯真空閥，需要提前關(guān)

51、閉真空閥，導(dǎo)致抽氣不充分，型腔內(nèi)殘留氣體較多；或采用專用的真空截流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)型腔的全過程抽真空，但設(shè)備成本過高，且不便于維修。因此需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速密封全程抽真空且制造成本低、維修方便的新型抽真空方法。為了解決鑄件存在大量卷氣的問題，獲得沒有氣孔缺陷的高品質(zhì)鑄件，本課題組針對(duì)現(xiàn)行抽真空方法存在的問題，發(fā)明了一種排氣能力強(qiáng)，能及時(shí)阻斷真空通道，避免熔體進(jìn)入真空通道的抽真空方法，并申請(qǐng)了專利一種新型抽真空方法（專利公開號(hào)：201010272792.x）。其實(shí)現(xiàn)方法是：在模具型腔的最后充填部位設(shè)置一個(gè)大截面積的直通真空通道，真空通道的打開與關(guān)閉由外驅(qū)動(dòng)力控制的柱塞來實(shí)現(xiàn)，真空通道后連接帶過濾器的

52、抽真空系統(tǒng)。用該方法進(jìn)行高壓鑄造時(shí)，在澆注完成，壓射壓頭過澆料口封閉壓室，使壓室及型腔成為封閉空間，且在壓射壓頭驅(qū)動(dòng)熔體高速充填型腔前，柱塞后退打開真空通道，利用真空系統(tǒng)通過大截面積的真空通道對(duì)壓室型腔進(jìn)行快速抽氣，使型腔瞬間達(dá)到很高的真空度；然后進(jìn)行快速充型，在熔體充型流動(dòng)前沿抵達(dá)真空通道前，柱塞頂出，封閉真空通道，阻止熔體進(jìn)入真空通道。與現(xiàn)行抽真空方法相比，新型抽真空方法具有如下效果：1）由于采用大截面積的直通排氣管，增強(qiáng)了排氣能力，減少了排氣時(shí)間，使型腔更快地達(dá)到預(yù)定真空度；2）采用高速反應(yīng)的柱塞來實(shí)現(xiàn)真空通道的開啟與關(guān)閉，克服了常規(guī)閥門閥芯關(guān)閉不及時(shí)導(dǎo)致熔體堵塞真空通道，甚至進(jìn)入真空系

53、統(tǒng)的問題，且直通的排氣道，更容易維護(hù)，提高了真空系統(tǒng)耐用性。2.4 帶補(bǔ)壓功能的新型真空輔助壓鑄工藝摩托車輪轂是典型的中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此不論是采用重力金屬型鑄造還是低壓鑄造工藝，最常見的充型方式就是采用中心進(jìn)澆方式，而這種充型方式?jīng)Q定了輪轂鑄造模具最好采用垂直分型，這樣不僅能使金屬液均衡充型，方便排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而且能夠?qū)喰暮翊蟛课贿M(jìn)行壓力凝固補(bǔ)縮，或輪輞部位的冒口補(bǔ)縮，有利于提高輪轂鑄件致密度，減少縮孔疏松缺陷。然而，如若在冷室壓鑄機(jī)上采用中心充型方式，如圖2.1所示，不僅會(huì)導(dǎo)致輪輞的下部氣體因無法通過分型面的排氣通道排出而形成裹氣，最終以氣孔的形式存在于輪轂鑄件內(nèi)部或表面，且壓頭只能為

54、輪心熱節(jié)提供有效補(bǔ)縮，而分布在輪緣上的熱節(jié)因薄壁輻條或輻板較早凝固堵塞補(bǔ)縮通道而出現(xiàn)縮孔疏松等凝固收縮缺陷，顯著降低了這些部位的工藝品質(zhì)和機(jī)械性能。即使采用真空壓鑄工藝也無法顯著降低輪緣上因熱節(jié)而產(chǎn)生的縮松疏松等凝固收縮缺陷。有時(shí)為了保證輪輞在壓力下凝固，減少輪輞部位的縮松疏松，需要使輪轂按照輪輞-輪輻-輪心的順序鑄件增加壁厚，這樣就會(huì)使得輪輻處及輪心部分的材料會(huì)有一定的浪費(fèi)，需要后續(xù)機(jī)加工去除（如輪心）或保留在輪轂產(chǎn)品上（如輪輻），這不僅增加了成本，而且也增加了輪轂重量。另外，輪輞是輪轂產(chǎn)品的高應(yīng)力區(qū)，要求的充型質(zhì)量最高，但中心澆注方式最后充填輪輞，致使氧化渣、冷隔、流痕等成型缺陷集中出現(xiàn)在

55、輪輞上，降低了輪轂鑄件的工藝品質(zhì)和機(jī)械性能。若通過大的集渣包來獲得合格的輪轂鑄件，則會(huì)顯著降低輪轂產(chǎn)品的工藝收得率，提高生產(chǎn)成本。而且在臥室冷室壓鑄機(jī)上采用中心進(jìn)澆方式的話，模具需設(shè)計(jì)成三片兩開式結(jié)構(gòu)，不僅增加了模具成本，而且會(huì)降低生產(chǎn)效率，不能發(fā)揮出壓鑄生產(chǎn)高效率的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)有摩托車輪轂鑄造生產(chǎn)工藝多采用立式重力鑄造設(shè)備，生產(chǎn)率低、成品率低、工藝收得率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)械化自動(dòng)化程度低等問題，為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率、成品率、收得率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)過程的機(jī)械化自動(dòng)化程度，因此，需要開發(fā)出新的鑄造工藝以滿足在臥式壓鑄機(jī)上大批量自動(dòng)化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)摩托車輪轂鑄件的需求。圖2.1

56、中心進(jìn)澆方式壓鑄fig.2.1 die cast with the center filling system為解決傳統(tǒng)鑄造工藝生產(chǎn)的摩托車輪轂輪輞充型質(zhì)量較低，壓射壓頭無法對(duì)輪輞及輪心熱節(jié)進(jìn)行有效補(bǔ)縮而容易形成縮孔疏松等缺陷，導(dǎo)致輪轂服役性能低的問題，獲得具有高品質(zhì)的輪輞、少無疏松缺陷、服役性能優(yōu)良的摩托車輪轂鑄件，本課題組發(fā)明了一種能同時(shí)對(duì)輪輞和輪心熱節(jié)進(jìn)行有效的壓力補(bǔ)縮、可在廣泛使用的臥式壓鑄機(jī)上實(shí)施的可熱處理的輪轂鑄件的壓鑄工藝方法，并申請(qǐng)了發(fā)明專利一種真空高壓鑄造方法（專利公開號(hào)：201010272781.1），如圖2.2所示。其實(shí)現(xiàn)方法是：合金熔體通過澆注口定量注入壓室后，壓頭前行

57、封閉澆注口使壓室及型腔構(gòu)成封閉空間后抽真空；充型過程中，壓頭繼續(xù)前行依次完成輪緣、輪輻或輻板、輪心的真空充型，并在充型完成前結(jié)束抽真空；充型完成后，壓頭與補(bǔ)壓頭一起加壓并保壓，使型腔內(nèi)熔體在壓力下按照先輪輻或輻板、后輪輞和輪心的順序凝固，使分布在輪輻或輻板兩端的熱節(jié)均得到良好的補(bǔ)縮，消除這些熱節(jié)部位的縮孔疏松等凝固收縮缺陷。圖2.2 新型真空高壓鑄造方法fig.2.2 the new vacuum die-casting method與傳統(tǒng)輪轂鑄造工藝相比，新型真空輔助高壓鑄造工藝具有如下效果：1）采用真空輔助，避免了合金熔體流動(dòng)充型時(shí)的氧化及鑄件中氣孔的形成，提高了輪轂鑄件的工藝質(zhì)量，并可通過熱處理提升輪轂本體材料的機(jī)械性能；2）采用環(huán)形流動(dòng)充型，使熔體先輪輞、再輪輻或輻板、再輪心、最后集渣包的順序充型，在性能要求高的輪輞上得到工藝品質(zhì)高且一致的充型質(zhì)量；3）采用壓頭和補(bǔ)壓頭分別對(duì)輪輞