薄壁鎂合金輪轂生產(chǎn)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā).pdf

1、鎂合金作為最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料,具有比重輕、比強(qiáng)度高、比剛度高,以及良好減振降噪性、電磁屏蔽性和鑄造性能佳等一系列優(yōu)點。將鎂合金用于輪轂?zāi)茱@著降低車輛運動部件的慣性質(zhì)量及燃油消耗,提高車輛加減速動力學(xué)特性及駕乘舒適度。盡管鎂合金在輪轂上的開發(fā)應(yīng)用具有重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會價值,但目前還沒有適合鎂合金工藝特性的高品質(zhì)鑄造輪轂量產(chǎn)技術(shù)。
　　 本研究針對鎂合金工藝特性和鎂輪轂對工藝品質(zhì)的苛刻要求,以突破鎂合金輪轂鑄造生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)、

2、形成量產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)為目標(biāo),以材料顯微分析、結(jié)構(gòu)三維建模、服役狀態(tài)有限元分析、鑄造過程虛擬現(xiàn)實、傳輸過程理論分析為手段,通過技術(shù)、材料、產(chǎn)品、裝備的創(chuàng)新,開發(fā)了輪轂用高強(qiáng)韌鎂合金、適合薄壁輪轂結(jié)構(gòu)特點的高壓鑄造方法、高壓鑄造配套高動態(tài)響應(yīng)抽真空方法、輪轂材料替代設(shè)計、抗劃傷高硬耐蝕表面涂裝等關(guān)鍵技術(shù),并以新感覺出口摩托車輪轂為對象,完成了鑄造工藝、設(shè)備及模具的開發(fā),籌建了鎂合金輪轂專用真空高壓鑄造單元,在工業(yè)條件下進(jìn)行了實驗生產(chǎn)驗證。

3、>　　 獲得的主要研究結(jié)果如下:
　　 1.研究了高壓鑄造環(huán)境下,熱參數(shù)、熔體-型腔熱交換、流動參數(shù)對鎂合金熔體兩相置換充型流態(tài)及型腔氣體排溢的影響規(guī)律;掌握了高壓狀態(tài)下鎂合金復(fù)相充型流動、傳熱和凝固行為及凝固組織形成規(guī)律,為高致密、可熱處理鎂合金構(gòu)件的高壓鑄造生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 2.針對薄壁鎂輪轂熱節(jié)分散、傳統(tǒng)單一部位加壓補(bǔ)縮易出現(xiàn)裂紋和組織疏松的現(xiàn)狀,在研究鎂合金輪轂鑄件幾何結(jié)構(gòu)、凝固壓力、工藝設(shè)

4、計思想對鑄件內(nèi)凝固壓力傳遞和鑄件內(nèi)部組織的影響的基礎(chǔ)上,提出了以周邊充型及周邊和中心同時補(bǔ)壓為特征的新型高壓鑄造方法,為致密輪轂鑄件的生產(chǎn)奠定了工藝基礎(chǔ)。
　　 3.在抽真空動力學(xué)理論基礎(chǔ)上,研究了型腔氣體流動理論規(guī)律,分析了真空排氣道截面積、排氣速度及型腔容積對抽真空時間的影響,開發(fā)了符合真空動力學(xué)要求的高動態(tài)響應(yīng)特性的新型抽真空技術(shù)原型。采用該抽真空方法,型腔在0.3s達(dá)到95％的真空度,在0.8s達(dá)到97％真空度,在2.1

5、s達(dá)到99％真空度,為輪轂鑄件的熱處理奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　 4.在對Mg-Al-Zn系合金進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,確定了AZ81為該系列合金的最佳輪轂材料,并確定該合金的最佳固溶處理工藝參數(shù)為:400℃/10h固溶+200℃/12h時效。服役態(tài)合金鑄態(tài)的抗拉強(qiáng)度σb為236.14MPa,合金的延伸率為8.62％,合金的洛氏硬度72,沖擊韌性為22.6J,二階損耗因子為0.0345。
　　 5.針對輪轂服役對表面防腐、耐磨

6、性的要求,通過對各種表面預(yù)處理及有機(jī)涂層工藝的對比研究,開發(fā)出了滿足低檔和高檔輪轂服役要求的兩種表面涂裝工藝:低端鎂輪轂的表面處理工藝為無鉻轉(zhuǎn)化+陰極電泳+有機(jī)硅復(fù)合陶瓷涂料;高端輪轂的表面處理工藝為微弧氧化+陰極電泳+丙烯酸涂料+有機(jī)硅復(fù)合陶瓷涂料。高端涂層硬度達(dá)到7H,耐磨率為0.45,能耐1000小時以上的中性鹽霧腐蝕。
　　 6.根據(jù)鎂合金的低疲勞失效特點,通過調(diào)節(jié)幅條傾角、增大輻條與輪輞連接部位的過渡圓弧半徑等方法,對

7、輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化再設(shè)計,使其服役應(yīng)力由原鋁輪轂的49.45MPa降低到27MPa,在確保輪轂服役的安全可靠性的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)減重約39％。
　　 7.以新感覺出口摩托車輪轂為對象,以計算機(jī)技術(shù)與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的模式,完成了輪轂高壓真空鑄造單元的建設(shè)、工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計與制造,并采用正交試驗法確定優(yōu)化工藝參數(shù)組合為:680℃澆注溫度、120Bar補(bǔ)壓壓力、50％慢壓射流量、8快壓射圈數(shù)、4.0m/s的沖頭的快壓射速度。優(yōu)化工藝下生