大直径、宽轮辋低压铸造A356铝合金车轮轮辋缺陷及性能的改进.pdf

·920·铸 造FOUNDRYSep．2016V01．65 No．9大直径、宽轮辋低压铸造A356铝合金车轮轮辋缺陷及性能的改进代颖辉(保定市立中车轮制造有限公司，河北保定071000)摘要：为了解决大尺寸、宽轮辋A356铝合金车轮轮辋缩松、漏气及90。冲击试验不合格的问题，改进了模具轮辋型腔，增JlnT倾,J模冷却风盒。经工艺验证，对车轮轮辋进行了力学性能测试、气密性检查及90。冲击试验。验证结果表明，改进后的模具，提高了车轮轮辋的力学性能，解决了缩松、漏气及90。冲击试验不合格的问题。关键词：A356；铝合金车轮；轮辋；力学性能；90。冲击试验中图分类号：TGl46．2 文献标识码：A 文章编号：1001—4977(2016)09—0920—04Improvement of Rim Defects and Performance on Low PressureCasting A356 Aluminum Alloy Wheel with LargeDiameter and Wide RimDAI Ying—hui(Baoding Lizhong Wheel Manufacturing Co．，Ltd．，Baoding 071000，Hebei，China)Abstract：The purpose of this Paper is to solve the problems of rims on dispersed shrinkage，air leakage anddisqualification on 900 impact test of A356 aluminum alloy wheel with large diameter and wide rim．Iii．111ispaper,the mould cavity of rim iS improved and the air cooling boxes are added to the side moulds．During theprocess validation,mechanical properties test,air-tight test and 900 impact test are conducted on the wheel rim．The test results show that the improved moulds have good effects on improving the mechanical properties ofrimand solving the problems ofdispersed shrinkage．air leakage and disqualification Oil 90。impact test．Keywords：A356；aluminum alloy wheel：rim；mechanical property；90。impact test随着汽车工业的发展，铝合金车轮的需求量逐年上升。当前，车轮行业不仅要面对轻量化、可靠性和高精度的技术难题，同时还要适应车轮的外形美观、大直径和宽轮辋的发展方向跚。大直径、宽轮辋的车轮是指直径在17英寸以上的车轮，一般与扁平轮胎相匹配[21，这就使得车轮的受力环境更加恶劣，对车轮的性能提出了更高的要求。大直径、宽轮辋车轮与轮胎组合，使轮胎与地面的接触面积更大，加大了汽车与地面的摩擦力，提高了汽车的安全性及操控性。鉴于对车轮安全性、可靠性的要求，所以有必要对车轮轮辋进行90。冲击试验【2】，来测试受到冲击时是否断裂。目前，此种试验方法还没有行业或国家标准，国外部分主机厂已经应用㈣。铝合金车轮往往是因轮辋而发生质量问题，90。冲击试验标准的应用，势必会提高车轮的安全性和可靠性。本研究所讨论的是大直径、宽轮辋的铝合金车轮轮辋缩松、漏气以及90。冲击试验不合格问题的解决方法，尝试在模具的侧模增加冷却风盒进行冷却，使轮辋在冷却下实现顺序凝固，以期解决存在的问题。在模具的侧模增加冷却风盒的方法，目前还没有相关报导。反向轮辋铝合金车轮四因其轮辋结构的特殊性，铸造难度大，易产生缩松、漏气及900冲击试验等现象，不易合格，故采用反向轮辋车轮作工艺试验。1 问题的提出图1所示是低压铸造A356铝合金车轮实物照片，图2是车轮的产品简图。该产品是反向轮辋结构，所用材料是A356铝合金，重量13．4埏。最大静载荷为690 kg；900冲击试验要求如下：冲击重锤质量：1 000 kg；冲击高度：152 nllll。其铸造工艺采用的是低压铸造。制造工艺流程为：合金熔炼叶低压铸造-÷T6热处理_机加工一涂装。经工艺验证，试生产的车轮轮辋缩松、漏气以及90。冲击试验不合格。图3是90。冲击试验结果照片，图4是轮辋缩松照片。收稿Et期：2016-02--08收到初稿，2016-06—18收到修订稿。作者简介：代颖辉(1973一)，男，工程师，主要从事汽车铝合金车轮的研发制造。电话：0312·5997634，E—mail：daiyinghui@lzwheel．COITI万方数据铸造 代颖辉：大直径、宽轮辋低压铸造A356铝合金车轮轮辋缺陷及性能的改进 。921‘90。冲击试验标准是参照通用汽车((GMWl5321车轮内侧轮缘垂直冲击》标准制订的，图5是示意图，重锤质量是l 000 kg_+15 kg；冲击高度按照如下公式计算：h=o．22xD。其中：^为冲击高度(mm)，公差为±2 mm；D是车轮的最大静载荷，埏：按照13。冲击试图1低Jfi铸造A356目tj合金车轮照片Fig．1 The photos of low pressure die casting A356 aluminum alloy whee验选用轮胎，轮胎气压：255 kPa_+10 kPa。车轮经过冲击后，应满足下述要求：车轮没有出现裂纹；30 s内轮胎气压泄露不应大于初始值的50％。冲击方位为含气门嘴孔的窗口方位，与气门嘴孔所在窗VI间隔最大的轮辐方位。网2低慷铸造钳1fj金●i轮简罔Fig．2 The sketch of low pressure die casting aluminum alloy whee【b)轮辐^‘位图3 90。冲击试验结果照片Fig 3 The photos of90。impact test resultI冬15 90。冲．t；-试验爪意图Fig．5 90。impact tester diagram0线支座2原因分析及改进方案2．1轮辋力学性能的检测取工艺验证的3只车轮，在每只车轮固定方位各取3根拉伸试棒及硬度块并取平均值，取样部位在轮辋槽底段(图6)，做好标识：表1是轮辋力学性能检测结果。目前，铝合金车轮轮辋的受力分析仍然在摸索研究中，至今仍没有一个准确或接近实际的方法分析出车轮轮辋设计是否符合90。冲击试验的要求，只能依靠试验的方法验证。通过实践，虽然加厚轮辋的厚度900冲击试验可以合格，但轮辋的缩松、漏气无法解决，且造成重量和成本的增加。所以需解决轮辋缩松、漏憾孵!’·}醢 ‘二 ：二幽4轮辋缩松照片Fig．4 The photo ofrim dispersedshrinkage气，同时需提高力学性能以达到通过90。冲击试验的目的。2．2铸件、模具的分析及改进方案图6是车轮铸件简图。为了方便起见，将机械加工余量和工艺余量统称为加工量。如图6示，轮辋内侧的加工量均为2 mm。车轮轮辋外侧的5。线段、轮辋外侧斜线段的加工量均为2 mm；为保证铸造时轮辋铸件壁厚形成一定的温度梯度从而实现顺序凝固，故轮辋槽底段的加工量设置为2～3．2 mm。模具的收缩率是按0．6％设计的，所对应的模具轮辋型腔的尺寸如图7示。表1轮辋力学性能检测结果Table 1 The test result of mechanical properties of rim车轮组别抗托强度／MPa屈服强度／MPa断后伸长率／％硬度HB铸件在铸型中的凝固和冷却过程是非常复杂的。这是因为，它首先是一个不稳定的传热过程，铸件上各点的温度随时间而下降，而铸型温度则随时间上升；其次，铸件的形状各种各样，其中大多数为三维传热问题；此外，铸型和铸件的热物理参数还都随温度而万方数据·922· FOUNDRYSol3．2016VOI．65 No．9变化，不是固定的数值等[6】。分析认为，之所以车轮轮辋槽底段及轮辋斜线段存在缩松和漏气，是因轮辋铸件的温度梯度小，没有实现顺序凝固和补缩同。铝合金液充型时，通过浇口杯、浇口套、过滤网平稳地进入模具型腔，首先充满轮辐型腔，之后液面逐渐上升进入模具轮辋型腔?因模具轮辋型腔较小，充型时上部的铝合金液和侧模、上模、空气接触热量损失较大，导致温度降低较快。上部的铝合金液要靠下部的传递热节保持液态而卜升．育车充满模具轮辋型腔．耠删轮辋外仞5。线段轮辋外侧斜线段轮辋外侧槽线段㈦6 1i轮铸件简罔Fig 6 The sketch of wheel castingj 、 4 、 n1．底模2．上模3．侧模4．浇【]杯5．浇13套6．过滤网图7模具装配简图Fig．7 The assembly sketch ofmould铝合金液凝固时，从模具轮辋型腔的最上部逐渐凝固，在凝固的过程中需要下部的铝合金液补缩，否则会出现缩松、漏气。而当上部的铝合金液凝固过程中，下部的铝合金液因轮辋型腔较小，铝合金液不足以对上部进行补缩，不能形成顺序凝固，致使轮辋存在缩松、漏气。其缺陷主要分布在轮辋槽底段及靠近轮辋斜线段。另外，车轮90。冲击试验不合格，分析认为是因轮辋的力学性能低造成的=造成力学性能低主要有以下两方面的原因：①铸造时轮辋部位没有形成顺序凝固；②铸造时模具轮辋部位的冷却是靠模具自身的冷铁吸热和散热实现轮辋铸件的凝固，没有外界的强制冷却。因此，若能实现轮辋铸件在外界强制冷却下的顺序凝固，势必可以提高轮辋的力学性能。通过以上分析，采取以下两个措施进行改进：①加大铸件轮辋斜线段和槽底段的壁厚，以实现顺序凝固和补缩；②在4个侧模的外侧增加4个冷却风盒，对侧模进行冷却，其冷却风量的大小可根据铸件的X—Ray无损探伤结果进行调整。图8是更改后的铸件简图。图9是根据铸件图更改后的模具装配简图。图8 更改后的乍轮铸件简HFig．8 The sketch ofwheel casting changed图9 更改后的模!}装眦简同Fig 9 The assembly sketch of mould changed3工艺验证为了验证更改后的模具是否满足要求，进行工艺验证50只。铸造时模具的充型时间是10 S，充型完毕后进行冷却，冷却风压为0．6 MPa。通过冷却风量的调试和X—Ray无损探伤检查铸件的结果，确定冷却风流量为60 m3／h、时间为150 s。对验证的50只车轮进行检验，发现轮辋缩松2只、漏气1只，成品率为94％。图10是改善后的车轮轮辋缩松照片。表2是模具更改后的轮辋力学性能检测结果。从表2和表1对比可以看出，较模具更改前轮辋的力学性能平均值有所提高，抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度分别提高了17．1％、14．8％、105．4％、4．6％。90。冲击试验分别按车轮气门嘴孔方位、轮辐方位各冲击3只，结果合格。试验结果见图1 1。经试生产工艺验证，产品合格率达93％。罔10改蒋后的1i轮轮辋缩松f!}i片Fig．1 0 The photo of improved wheel rim dispersed shrinkage锯缮髫万方数据铸造 代颖辉：大直径、宽轮辋低压铸造A356铝合金车轮轮辋缺陷及性能的改进 ·923·表2模具更改后的轮辋力学性能检测结果Table 2 The test result of mechanical properties of rimafter mould changed轮鼾Ifhf≯㈥l I模j}更改』5-f(,j90。7I}I。fi试验_|{f{片Fig．1 1 The photos of90。impact test after mould changed4结论(1)加大模具轮辋斜线段和槽底段的型腔，可实现轮辋铸件的顺序凝围和补缩，可解决大尺寸、宽轮辋A356铝合金车轮轮辋的缩松、漏气问题：(2)增加侧模冷却风盒．可提高轮辋的力学性能，其抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度分别提高了1 7．1％、14．8％、105．4％、4．6％；可解决大尺寸、宽轮辋A356铝合金车轮90。冲击不合格的问题。参考文献：(1】 ·F孝东．汽{i刷铝台金乍轮发展趋势睫够[J]．汽’i零部件．2013(7)：25—26．[2]赵乇涛．铝合金车轮制造技术[M】jE京：机械1：业出版社，2004：1 78—181．【3]彭理志．铝合金车轮的90。冲击试验[J]．现代零部件，2009(8)：82—84．[4】刘振华．汽车铸造铝合金车轮90。冲山．试验对比分析[J]．汽车零部件，2012(5)：70—72[5】陆斌．反向轮辋深轮缘车轮的研制[J]金属加1二：热加工，2010(2I)：39—44．[6】安阁英．铸件形成理论[M]．北京：机械T业出版社，1990：46—46．[7] 中闻机械丁程学会铸造分会组编．特种铸造[M]北京：机械Ij业H{版衬：，2010：245—245．248—248．(编辑：曲学良，qxl@foundryworld．corn)超：iL我J．足巾I忆铸造川芯撑(铸顶)、涂料笔、造J锂1 2／t．的p、Ik制造J‘，搿1年来PI-：J^：的“阳果”地，质删?i芋敏f，服务到化，觇格伞，“1Il邮寄。町供罔tr做，产^^实行-N．，欢迎lq内外新老客门洽谈。一、芯撑(工字型铸卡)：各种高度、形状(圆、方、长方形)单柱、双柱，各种垫片。二、涂料笔：羊毛掸笔2～1 2 cm(1 o个品种)，水笔1．2～2 cm(3个品种)，猪鬃掸笔等。三、修造型工具(材质：不锈钢、弹簧钢)。四、铸铁、铸钢、铸铝用过滤网、过滤片，通气管绳。 ，／ram争7]一二一j里“!皇 P*_．． ： 280、24 ：60＼52b J：L，一一———— -——-————3 ：45x z5 1 2zO＼20 压’、J 2 2／0×，5j：火!f J ： ：-钿×z 3 五“批 3 260＼一-}-i = 200 x 32提钧 二一3坠6_ 瓠：f 2‘80＼32＼：： 珐兰钩 2 260＼：33 320、：! 声头压勺 3 2no、32 琵兰，i 二 220x 16×『j13钩批 ： 3an＼二n＼一 双齐头巨勺 2 220＼3n 点焦尤f 2 75、36 x 20●．■电话：0318-8438663 联系人：王丙迁王恒果 手机：13803182813 13932828519传真：0318-8438663 网址：www．Xczzgj．com 银行汇款：枣强县西果铸造工具厂开户行：枣强县建设南路信用社 账号：181302011075956 农行金穗卡号：6228482138821691975(王丙迁)万方数据