金属型重力铸造铝合金轮毂漏气问题的解决方案

刘东华 段述兰

【摘要】针对筋条呈网状的铝合金轮毂（ 简称网状轮毂） 生产中常见的漏气缺陷，分析这种漏气缺陷产生的原因，并根据日常工艺整改的经验，提出相应的解决措施。

【关键词】 铝合金； 网状轮毂； 漏气； 改善

中国大陆地区铝合金轮毂的制造技术是多种多样的，目前主要采用的方式有金属型重力铸造、金属型低压铸造、锻旋三种生产工艺。由于使用金属型重力铸造方式生产铝合金轮毂，铸造投资少、生产周期短而被普遍采用，在铝合金轮毂的制造过程中， 轮毂质量基本上决定于轮毂铸件毛坯的质量，由于铸造毛坯的缺陷引起的铝合金轮毂漏气已成为众多厂商面临的一致难题，根据在南海安驰铝合金车轮有限公司工作过程中的经验，铝合金轮毂漏气，在轮毂报废率中占据了绝大部分，因此，本文重点是讲述金属型重力铸造合金轮毂漏气问题的解决方案，提高铝合金轮毂的合格率，降低生产成本，提高企业的市场竞争力。

一、金属型重力铸造合金轮毂漏气的原因分析及解决方案：

重力铸造铝合金轮毂漏气的原因有很多，但我们认为，主要的原因有以下几点，下面我们就重力铸造铝合金轮毂漏气的原因进行分析，并制定相应的解决方案：

（一）、A356铝液精炼、除气不够彻底，导致待浇注铝液存在氧化夹杂和含气量超标，密度低于2.63g/cm3，导致铸件组织存在缩孔或缩松而漏气。具体可以通过测氢仪抽真空取样来对比。

解决办法：

1、加料要严格按照炉料工艺配比进行，所有炉料要保持清洁干燥，以减少铝液熔炼过程中产生氧化夹渣和含气量。新料与回炉料的比例≥1：1。

2、与铝液接触的工具必须清理干净，经预热后喷上涂料，并烘干涂料至淡黄色使用。这样既可避免腐蚀工具给铝液增铁，也可延长工具寿命。

3、熔化时间尽可能要短，熔化过程加强搅拌，以加快热交换，防止铝液熔池局部过烧，熔化炉气温度要控制在800～1000℃。

4、铝液熔化过程中，炉气、熔炉本身及未清洁、干燥彻底的炉料都会产生大量的氧化夹渣和氢气，要浇铸产品，必须对熔化炉内的铝液进行精炼净化处理。主要精炼方式有炉内单管喷吹式喷粉精炼，利用用纯度位99.999%的氮气或氩气，把精炼剂喷吹到铝液里面，达到精炼的效果，具体方式和原理见下图。

目前国内外采用的精炼剂主要是碳和氧化剂为主的混合溶剂，其主要反应为：

4NaNO3+5C 2Na2CO3+2N2 +3CO2

其原理为精炼过程，氢原子向精炼气泡（氮气、氩气及二氧化碳）表面转移，从溶解状态转为吸附状态；在吸附层中氢原子生成氢分子（氢气），氢分子从吸附表面脱离进入精炼气泡内，精炼气泡浮上铝液表面进入空气中，达到精炼的效果。为了减少铝液的氧化和吸氢，精炼时铝液的温度控制在760±10℃之间，精炼、扒渣后再转入保温炉

5、通过保温炉，对精炼后的铝液进行静止处理，调整铝液化学成分至A356的范围内并把铝液温度控制在740±10℃之间。

6、在保温炉的前炉分为两个区，分别是除气区和取水区，在除气区定期投入铝锶合金进行变质处理，并使用旋转除气法进行除气，利用高速旋转的转子将通入的氮气和氩气打散成小气泡，均匀分布在铝液中，使受到搅动不断聚集长大的浮渣被上浮气泡捕捉，上浮到液面上；铝液中的氢原子也被吸附于氮气或氩气气泡表面形成氢分子，随气泡一起上浮被带离铝液散发到空气中或在液面上烧掉，从而达到提升铝液密度至2.63g/cm3以上，除气温度控制在730±10℃之间，铝液浇注温度控制在705±10℃之间。

旋转除气法

综上所述，为了使浇注铝液达到合格状态，必须严格按照工艺要求执行，对炉料、铝液温度、精炼、除气、变质处理都要严格控制，才能使铝液达到工艺要求，才能减少铸件中产生缩孔或缩松而漏气的风险。

（二）、浇注过程不平稳或模具浇注系统设计不合理，充型浇注过程发生卷气，导致铸件内部产生气孔、氧化夹杂等缺陷。

解决办法：

1、使用过滤网，平稳浇注。在侧模浇口和缓冲包位置放置纖维过滤

网，对铝液进行过滤，浇注过程根据轮型的大小来控制舀水量，浇包

口距浇杯口的高度必须小于80mm。并先快速充满浇注系统，充型时

必须平稳浇注，不能断流，浇口杯始终处于充满状态。当冒口处有

2/3高度的铝水时停止浇注，然后取出过滤网并计时再补缩浇口，浇

注过程要遵守慢、快、慢的节拍进行，。

2、修改侧模的浇注系统结构：

把单浇口改为双浇口，好处有两点，第一，加大了入水口的截面积，是铝液充型过程更平稳，第二，使轮辋充型过程温度分布更加均匀，利于后期凝固过程的补缩。

（三）、模具铸造工艺设计结构不合理，导致铸件凝固过程补缩不顺畅，产生缩孔、缩松等缺陷。

解决办法：

1、调整模具下模冷却系统的冷却顺序和冷却时间，铸造周期设定为250S，分流锥从180S开始，通70S结束；小环风从60S开始，通190S结束；中环风从100S开始，通30S结束；浇口风从10S开始，通240S结束；上模风盒从10S开始，通240S结束.大环风不用。

2、上模增加补缩通道，加大中央冒口通过轮辐到热节缺陷部位的补缩。

二、 生产验证

以南海安驰铝合金车轮有限公司型号1116-15X6.0轮毂为例， 把实际生产中的一套模具按照新的工艺方案进行改进， 改进前后早、中、夜三班生产， 每班生产量为80件， 统计出7天内产品的漏气率对比， 如表1所示。可见， 模具改进后， 轮毂的漏气率大大降低。

三、 小结

模具改进前， 网状轮毂因铸造缺陷引起的漏气率高达30%～50%， 生产中还需要采用其他工艺措施弥补。通过对铝合金熔炼工艺、浇注工艺及模具结构的分析， 找出了漏气的原因， 对网状轮毂重力铸造模具进行了改进， 并经过规模生产验证， 使因铸造缺陷引起的漏气率减少到了8%左右， 降低了轮毂后序生产的工艺成本， 有效地改善了铝合金网状轮毂的质量。