薄壁鎂合金輪轂生產應用關鍵技術研發(fā).pdf

1、鎂合金作為最輕的商用金屬結構材料,具有比重輕、比強度高、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。將鎂合金用于輪轂能顯著降低車輛運動部件的慣性質量及燃油消耗,提高車輛加減速動力學特性及駕乘舒適度。盡管鎂合金在輪轂上的開發(fā)應用具有重大的技術、經濟和社會價值,但目前還沒有適合鎂合金工藝特性的高品質鑄造輪轂量產技術。
　　 本研究針對鎂合金工藝特性和鎂輪轂對工藝品質的苛刻要求,以突破鎂合金輪轂鑄造生產關鍵技術、

2、形成量產技術系統(tǒng)為目標,以材料顯微分析、結構三維建模、服役狀態(tài)有限元分析、鑄造過程虛擬現實、傳輸過程理論分析為手段,通過技術、材料、產品、裝備的創(chuàng)新,開發(fā)了輪轂用高強韌鎂合金、適合薄壁輪轂結構特點的高壓鑄造方法、高壓鑄造配套高動態(tài)響應抽真空方法、輪轂材料替代設計、抗劃傷高硬耐蝕表面涂裝等關鍵技術,并以新感覺出口摩托車輪轂為對象,完成了鑄造工藝、設備及模具的開發(fā),籌建了鎂合金輪轂專用真空高壓鑄造單元,在工業(yè)條件下進行了實驗生產驗證。

3、>　　 獲得的主要研究結果如下:
　　 1.研究了高壓鑄造環(huán)境下,熱參數、熔體-型腔熱交換、流動參數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、可熱處理鎂合金構件的高壓鑄造生產技術的開發(fā)奠定了理論基礎。
　　 2.針對薄壁鎂輪轂熱節(jié)分散、傳統(tǒng)單一部位加壓補縮易出現裂紋和組織疏松的現狀,在研究鎂合金輪轂鑄件幾何結構、凝固壓力、工藝設

4、計思想對鑄件內凝固壓力傳遞和鑄件內部組織的影響的基礎上,提出了以周邊充型及周邊和中心同時補壓為特征的新型高壓鑄造方法,為致密輪轂鑄件的生產奠定了工藝基礎。
　　 3.在抽真空動力學理論基礎上,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)了符合真空動力學要求的高動態(tài)響應特性的新型抽真空技術原型。采用該抽真空方法,型腔在0.3s達到95％的真空度,在0.8s達到97％真空度,在2.1

5、s達到99％真空度,為輪轂鑄件的熱處理奠定了技術基礎。
　　 4.在對Mg-Al-Zn系合金進行系統(tǒng)研究的基礎上,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為:400℃/10h固溶+200℃/12h時效。服役態(tài)合金鑄態(tài)的抗拉強度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,通過對各種表面預處理及有機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化+陰極電泳+有機硅復合陶瓷涂料;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+有機硅復合陶瓷涂料。高端涂層硬度達到7H,耐磨率為0.45,能耐1000小時以上的中性鹽霧腐蝕。
　　 6.根據鎂合金的低疲勞失效特點,通過調節(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、輪轂結構進行優(yōu)化再設計,使其服役應力由原鋁輪轂的49.45MPa降低到27MPa,在確保輪轂服役的安全可靠性的基礎上,實現減重約39％。
　　 7.以新感覺出口摩托車輪轂為對象,以計算機技術與生產實踐相結合的模式,完成了輪轂高壓真空鑄造單元的建設、工藝及模具的優(yōu)化設計與制造,并采用正交試驗法確定優(yōu)化工藝參數組合為:680℃澆注溫度、120Bar補壓壓力、50％慢壓射流量、8快壓射圈數、4.0m/s的沖頭的快壓射速度。優(yōu)化工藝下生