低压铸造铝合金车轮主要缺陷分析与控制

张颖

摘 要：在铝合金车轮生产过程中占有最重要的位置为低压铸造，目前我国大部分的车轮均采取低压铸造的方式，该方式与传统铸造方式相比具有较多的优越性，但其中的缺陷对产品质量会造成很大影响。根据相关资料表明，在每年报废总数中因铸造缺陷而报废的车轮在90%以上，因而对低压铸造缺陷进行分析具有现实意义。鉴于此，本文对铝合金车轮的发展进行简要阐述，并在此基础上分析低压铸造方式与主要缺陷，探讨控制措施。

关键词：铝合金车轮；低压铸造；主要缺陷；控制措施

中图分类号：TG249 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0049-02

在整车性能中起到至关重要的为车轮，缺失车轮汽车便无法正常行驶，因而车轮作为安全零件需要得到汽车企业的强制认证。严格要求车轮对自重载荷及不同方向冲击载荷，能够确保车辆行驶的安全性，同时车轮还需要确保具有平稳、偏摆、抓地以及制动等多个性能。铝合金车轮并非一个简单的铸造部件，需要满足严格的构造以及视觉效果，因此其对于缺陷及公差具有非常严格的要求。通常情况下，在评价车轮的过程中主要对车轮力学性能、外观以及气密性进行评估，其中任何一项未符合相关标准，则会导致车轮需要重新熔化或报废。因此，对于整车而言，车轮质量能够在很大程度上决定其舒适性、安全性以及经济性。

1 铝合金车轮发展

铝合金车轮是摩托车与汽车发展的产物，从上个世纪80年代开始我国研制铝合金车轮，并在未来的十年中得到了跨越式发展。进入21世纪后我国出口汽车铝合金车轮约占总生产数的60%，这说明，在短时间内我国的铝合金产业得到了非常快速的发展，尽管与国外相比仍然存在一定的差距，但是就当时的中国来说，铝合金车轮是唯一能够替代进口的汽车重要零部件。由于我国生产设备与发达国家相比还较为落后，且工艺不精，这就导致不合格产品和报废产品较多，在铝合金车轮得到迅速发展的过程中，也加大了对其铸造缺陷的研究分析。

2 铝合金车轮低压铸造技术

随着绿色环保理念的提出，人们对于汽车的选择更偏向于污染小且能源利用高，汽车制造商在对材料进行选择的过程中也需要考虑到绿色环保因素。对于汽车而言，减重操作具有非常重要的作用，但是为了能够符合消费者对汽车使用性能的各种要求，必然会在一定程度上提高车身自重的提升。为了避免这种情况的出现，就需要在汽车零部件中采取更加轻质材料，利用减重的方式来提高燃油经济性，在轻质材料中铝合金因其具有轻便、强度高以及较强的耐腐蚀性而成为首选。

在金属型铸造的基础上发展而成的铝合金车轮低压铸造技术，实际应用的过程中主要是在密闭的容器中熔化金属后，依靠液面上的空气或者压缩性惰性气体的压力降金属液通过升液管压入型腔，从而使其在压力下慢慢地凝固。然后在此基础上减小液面上压力，使升液管内未凝固的液相金属液再回落到熔炉中。在铝合金车轮铸造的过程中，利用低压铸造技术具有铸件质量高以及结构紧密的特点，因而能够在很大程度上降低制造成本。现阶段，在国内外的汽车制造商中已经广泛地应用低压铸造技术，不完全统计有90%以上的汽车车轮均采取低压铸造的方式，因此在铝合金车轮铸造中利用低压铸造技术能够在很大程度上提高产品性价比，确保高质量。

3 缺陷分析与控制措施

在利用低压铸造技术杜宇铝合金车轮铸造的过程中，其中的铸造缺陷会在很大程度上制约产品发展的主要原因，在实际铸造过程中缩孔、气孔以及裂纹等均是常见的铸造缺陷。具体的铸造缺陷及其控制措施分析如下：

（1）裂纹。裂纹是低压铸造铝合金车轮最为常见的缺陷，裂纹的出现会在一定程度上影响制造企业的生产效率及成本，也会对汽车行驶的安全性造成影响。裂纹分为冷裂纹与热裂纹，其是因为应力集中而导致，其中冷裂纹产生原因在于铸件在冷却的过程中，其内部应力超过了铸件的自身强度极限，因而裂纹多出现于铸件的表面；而热裂纹主要产生于合金凝固中，若固态收缩受到阻碍则会因为应力而导致枝晶间液体金属薄膜未凝固而出现裂纹。

为了能够避免缩孔缩松的发生，所采取的控制如下：①对升液系统进行合理设计，其中包括升液管、保温套以及铸件浇注系统等。因此在对升液系统进行设计的过程中需要在结合模具以及设备等多方面的因素后，尽可能地将坩埚中金属液面与浇口之间的距离予以缩短，然后可以利用增加保温套直径的方式来扩大保温层厚度。最后为了避免升液管出现过早的凝固状况，还需要适当的增加升液管直径。②对车轮结构进行合理设计，为了避免尖角结构应力集中应设置一个合理的圆角，同时需要确保截面均匀，适当地提高模具温度。③对浇口套设计进行优化与改进，传统铁浇口套具有较多缺陷因而不宜采用，所以可以采取具有整体结晶好、综合能耗小、不沾铝以及保温性能好的陶瓷浇口套。

（2）微孔。微孔形成机理较为复杂，其主要表现为尺寸很小的气孔。气孔产生的原因在于河津液受到氢溶解度影响在其不断地吸入氢后，便会不断地溶解氢，达到溶解度后便会释放出一部分被溶解的氢气，若此时氢浓度大于凝固区域压力便会出现气孔。气孔的出现会在一定程度上受到凝固条件影响，在凝固金属液过程中，后期阶段会大幅度地降低局部压力，如此便会因为分压大于局部压力值而导致气孔的形成。

气孔的出现除了会对车轮外观造成影响，也会对其寿命造成不良影响因而控制措施如下：①利用炉料清除干净氢，然后对排气装置中的排气功能进行优化和改进；②铝液充型的过程中确保合金液能够按照相关顺序充型；③尽可能地选择发气量少的涂料。

（3）缩孔缩松。在对铝合金车轮实施低压铸造的过程中，最为常见的缺陷为缩孔缩松。缩孔主要表现为显微组织中存在的不光滑、形状不规则以及大而集中的空洞，缩松则与缩孔相反，其孔洞主要表现为小而分散。而造成缩孔缩松的原因在于材料在凝固的过程中对于区域未进行很好的补充，缩孔缩松的出现会在一定程度上降低材料性能，最终减少产品使用寿命。根据研究发现，在铸造过程中缩孔缩松发生部位主要集中在轮芯、轮辐及轮辋，导致缩孔缩松原因与合金液温度、凝固顺序、充型速度等具有一定的相关性。

为了能够避免缩孔缩松的发生，所采取的控制如下：①对车轮结构进行科学合理设计；②提高保压时间及压力；③将合金液充型温度予以冷却；④确保凝固顺序的正确性。

4 结语

综上所述，由于在铝合金车轮生产的过程中，低压铸造技术占有非常重要的作用，与传统铸造方式相比具有较多的優势，因而需要对铸造过程中存在的缺陷与车轮质量的影响进行分析。为了能够进一步提高我国汽车制造企业中铝合金车轮的铸造质量，就需要高度地重视低压铸造技术中存在的主要缺陷，并探讨有效的控制措施，如此才能提高车辆驾驶安全系数。

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