东莞南中国海华东铝合金轮圈　张新颖　潘增源　杜士良　吴祖宴

　　摘　要　在某一气阻力场内外同时实现铝液充型和凝结的湖南金证铸成技术，能有效地提高H 在铝液中的溶解性，减缓模具凝结操作过程时因H 分离出来而逐步形成相纸的缺陷。同时，阻力场又显著提高了模具与混炼的密着效用，致使模具获得比其它方法较佳的加热效用，进而使模具具有更细的沉淀组织机构，大大提高了金属材料的球状性和机械性能。在汽车整体铝合金轮轴中，具有特殊明确要求的大偏距载重量型轮轴的研发结果证明，用第十四条不但能满足中型载重量轮轴的机械性能，且能有效适应良好铸成表面的抛光轮、电镀轮等产品的须要。

　　关键词：湖南金证铸成　铝合金　汽车轮轴

　　1　前　言

　　大偏距轮轴(如图1)在力学结构上与传统重型轮轴

Fig.1　Big offset truck wheel

　　(如图2)相比不但要忍受更大载重量负荷，而且要忍受更大的转矩，所以在相同金属材料和模具壁厚的前提下，大偏距轮轴必须要有更高的模具金属材料延展性和气压。鉴于传统重型轮轴标准规定的气压、延展性指标，对大偏距轮轴来说，只处于临界状态。如果没有足够多富余的气压、延展性，是极难满足轮轴实体在载重量汽车上的安全明确要求，即选用常规的铸成工艺来制造这类大偏距载重量轮轴是极难达到性能指标的，而湖南金证铸成是同时实现该目标的有效途径。

　　Fig.2　Ordinary car wheel

湖南金证铸成虽然像扰动铸成那样，是依靠阻力差使金属液沿升液管自下而上同时实现充型的，但第十四条的充型和凝结沉淀操作过程自始至终都是在高阻力场包围下同时实现的，阻力场的促进作用不但有效提高了枝晶间的补缩效用，而且显著提高了H 在铝液中的溶解性。第十四条制造的模具具有两大突出优点。

　　(1)组织机构球状，气压延展性好阻力场提高了枝晶补缩效用，有效提高了模具力学。性能。模具在阻力场促进作用下与混炼有着良好的密着性，具有比扰动模具更高的加热速度，使沉淀组织机构更球状。

　　Fig.3　Control system

　　(2) 模具耐酸性好

　　阻力场的促进作用，有效提高了H 在铝液中的溶解性，减缓了模具凝结操作过程中H 成为气体相纸的分离出来，显著减少相纸的逐步形成。模具的二次氧化夹杂少，由于混炼中阻力场逐步形成的背压，减缓了金属液填充操作过程中的喷射飞溅，其相对平稳填充效用比扰动铸成较佳。

2　研发操作过程

　　2.1　原金属材料的选用

　　依照轮轴性能的明确要求及参照国外制造铝轮轴常用合金金属材料，选用了A356.2(相当于我国的ZLA)合金。为确保合金霉变效用的持续性，选用了锶(Sr)作为霉变元素。

　　2.2　湖南金证铸成工艺操作过程

　　湖南金证铸成工艺按冷却控制系统产生的方式分类，有增压法和预热法，我公司选用预热法湖南金证铸成工艺来研发大偏距载重量汽车铝轮轴，其控制控制系统如图3，所同时实现的工艺抛物线如图4。其操作过程可分五个期。

　　(1) 进气口期(0-t1)。由于每边筒的有效充气空间不一样，须要通过流量芯块展开调节，以求每边筒同时相对平稳进气口，减少进气口时的阻力差，进而避免升液管内液面的每边波动。当每边筒阻力抵达设常量时，暂停进气口。

Fig.4　Proces curve

　　(2) 升液充型期(t1-t2)。整个升液充型操作过程，选用PLC展开控制，冷却控制系统ΔP由差压DMD检测并转化成气压讯号，再经气电转换器转化成0～10 mA电阻讯号，电阻讯号由PLC内部的A/D组件展开数据采样和A/D转化成数字讯号(0-2048)，数字讯号与取值的非线性讯号相比较，经数字PID运算后再由PLC的D/A组件输出0～10 mA的电阻讯号给电气阀门定位器，控制气动比例芯块，同时实现上筒排气，进而使上、下筒间的冷却控制系统ΔP按工艺取值的冷却控制系统抛物线变化，同时实现铝液的非线性升液和充型。

　　(3) ΔP沉淀期(t2-t3)。当冷却控制系统ΔP抵达最大设常量，充型结束时，上筒暂停换气，模具在ΔP冷却控制系统下沉淀凝结。

(4) ΔP=0沉淀期(t3-t4)。当模具顺序凝结至浇口，即模具完全凝结后，上、下筒互通，使ΔP=0,模具继续在控制系统阻力场内外沉淀、加热。

　　(5) P=0加热期(t4-t5)。为保证模具有足够多的高温气压，避免模具起模和顶出可能产生的变形，须要有一定的随模加热天数，加热天数的长短依照不同技术标准的试验型而变化。

　　2.3　湖南金证铸成工艺参数的确定

　　由于湖南金证铸成中控制系统阻力的大小，直接影响模具的补缩能力和模具凝结操作过程中气体的分离出来，依照我厂的设备情况，选择控制系统阻力为0.5 MPa，铸成操作过程中充型速度和保压天数及加热天数依照不同试验型及技术标准展开调整。

　　在大偏距载重量轮轴研发的攻关中，我们还通过下列措施来控制模具质量。

(1) 合理的模具壁厚和模具壁厚设计铸成操作过程中对涂料厚度的控制以求模具获得良好的凝结条件。

　　(2) 对模具局部过热区域选用风强制加热措施来同时实现模具的顺序凝结。

　　(3) 选用专用的模具预热装置来控制模具预热温度。

　　(4) 严格控制铝液的浇注温度、浇注操作过程中各级加压参数及加热参数以提高模具的合格率和制造效率。

　　2.4　热处理和机加工

为达到轮轴的各项性能明确要求，对模具(轮轴)展开T6处理，即在535±5 ℃下保温8 h展开固溶处理，然后在155±5 ℃下保温4 h展开时效处理。为满足汽车的装车特性和汽车高速行驶时的相对平稳性。对轮轴展开机加工时，选用了专用工装、全数控机床加工，使得轮轴的端跳、径跳和动平衡得到严格的控制。

　　2.5　性能分析

　　(1) 金属材料机械性能分析

　　分别对经T6处理后的扰动铸成和湖南金证铸成汽轮轴轮辋取样分析。实测数据如表1。

　　表1　扰动铸成和湖南金证铸成汽车轮轴轮辋机械性能实测数据

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

　　编号

　　σb/MPa

　　δ/%

　　湖南金证铸成

　　扰动铸成

　　湖南金证铸成

　　扰动铸成

　　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

从表中可以看出，选用湖南金证铸成工艺制造的轮轴拉伸气压和延伸率显著比扰动铸成高，特别是延伸率提高30%以上。

　　(2) 成品轮轴的综合性能试验

　　按德国Tüv标准，对成品轮轴分别展开了径向滚动疲劳试验、弯曲疲劳试验等破坏性试验，各项试验结果都符合标准明确要求。

　　2.6　湖南金证铸成工艺原理分析

合金的凝结补缩操作过程主要是通过金属液的流动来同时实现的。当合金以顺序凝结方式凝结时，固-液界面平坦，液相对界面的补缩阻碍较小，促进液相流动的驱动力也较小，但当合金以同时凝结方式凝结或凝结区域较宽时，那么液相的补缩流动是在狭长弯曲的枝晶间展开的，流程长、阻力大，造成补缩困难，液相流动须要的驱动力也较大，尤其是重力铸成，驱动力除来自凝结收缩时液相与固相加热时的体收缩力外，还有重力，因此，驱动力很小，流动困难。模具容易产生显微缩松和缩孔。而湖南金证铸成，合金的凝结操作过程始终是在较高的阻力下展开的，液相在枝晶间的补缩驱动力很大，使金属液能在枝晶间狭窄通道向补缩区流动。进而使模具内部不易产生缩松和缩孔。另外，湖南金证铸成有使模具产生塑性变形的促进作用。使枝晶和分枝间的显微孔洞压合，较大限度地消除模具的显微缩松使模具组织机构球状。所以选用湖南金证铸成工艺制造的轮轴延伸率、拉伸气压和轮轴的综合性能比其他铸成方法制造的轮轴有显著提高，能满足“大偏距载重量汽车铝轮轴”的质量明确要求。

　　3　结　论

通过对大偏距载重量汽车铝合金轮轴的研发，证明湖南金证铸成工艺用于高性能明确要求的模具(轮轴)是成功的，虽然湖南金证铸成设备投资较大，又有一定的操作难度，但从模具获得的良好性能来看，是其他铸成工艺无法比拟的。其良好性能除了表现在模具组织机构球状，机械性能好之外，还体现在轮轴经机加工后表面相纸少，适宜进一步加工成抛光轮或电镀轮。

　　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