目前，國(guó)外鋁合金摩托車輪的鑄造方法主要有金屬型重力鑄造和真空高壓鑄造。而國(guó)內(nèi)，由于金屬型重力鑄造投資少、工藝成熟、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，因而在鋁合金車輪生產(chǎn)中普遍采用此工藝，特別是鋁合金摩托車輪的生產(chǎn)，95%以上采用金屬型重力鑄造。金屬型重力鑄造是利用金屬液自身重量充型和補(bǔ)縮的一種鑄造工藝，在合金液澆注及充型過程中容易產(chǎn)生紊流，使合金液易卷氣和氧化，因此在鋁合金車輪鑄件中容易產(chǎn)生針孔、氣孔及夾雜等缺陷。重力鑄造通過冒口內(nèi)金屬液自身壓力來對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，補(bǔ)縮效果較差，鑄件容易產(chǎn)生收縮缺陷。因此重力鑄造鋁合金摩托車輪生產(chǎn)中，在合理設(shè)計(jì)補(bǔ)縮冒口的基礎(chǔ)上，結(jié)合使用模具冷卻通道、激冷塊以及激冷或保溫涂料，對(duì)消除或減輕車輪的收縮缺陷具有重要作用。本文就實(shí)際生產(chǎn)中的一款摩托車整體車輪在重力鑄造中常出現(xiàn)的一些表面缺陷進(jìn)行了研究和改進(jìn)。

　　1 重力鑄造鋁合金車輪常見表面缺陷

　　在金屬型重力鑄造鋁合金車輪生產(chǎn)過程中，常見如下一些表面缺陷：

　　1)氣孔缺陷氣孔的孔壁表面比較光滑，單個(gè)或成群分布于鑄件皮下，有的也會(huì)顯露于鑄件表面。產(chǎn)生氣孔的原因主要有：鋁液含氣量高;合金液澆注時(shí)卷入氣體;鋁液與涂料反應(yīng)生成的氣體;合金液中夾雜上附著的氣體等。

　　2)表面縮陷縮陷的特征是鑄件平滑表面上出現(xiàn)凹陷部分。其產(chǎn)生原因有：鑄件局部熱節(jié)大;內(nèi)澆口位置不當(dāng)，截面積太小;模具溫度太高或太低;補(bǔ)縮壓力太低等。

　　3)欠鑄欠鑄缺陷表現(xiàn)為鑄件充填不完整，輪廓不清，邊角殘缺。其主要原因有：合金液渣、氣含量高，流動(dòng)性差;合金液澆注溫度和模具溫度過低;澆注速度過低;鑄件壁太薄;澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng);型腔排氣不良等。

　　4)冷隔冷隔缺陷特點(diǎn)為在液流對(duì)接處有接痕，其交接邊緣光滑，在外力下有繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。冷隔形成原因如下：合金液流動(dòng)性差;澆口設(shè)置不合理，流程太長(zhǎng);充型速度太低或排氣不良;合金液壓力頭太低等。

　　2 摩托車輪表面缺陷實(shí)際產(chǎn)生原因分析

　　在重力鑄造摩托車輪生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生這些表面缺陷的原因有很多，影響因素也錯(cuò)綜復(fù)雜，往往一個(gè)缺陷并不是由于某一個(gè)原因造成的，而是多個(gè)因素的綜合作用的結(jié)果。而且不同缺陷之間還可能相互作用和影響，如鋁合金中的氣孔、夾雜和縮松缺陷就是相互促進(jìn)，互為因果的。因此在解決這些缺陷的過程中，必須要在眾多因素中找出其真正產(chǎn)生的原因，然后才能采取對(duì)應(yīng)的合理工藝措施來消除或減輕缺陷。

　　圖1 為我公司一款鋁合金重力鑄造摩托車輪生產(chǎn)中常出現(xiàn)的表面缺陷，在車輪中轂上常產(chǎn)生氣孔和表面收縮缺陷，在輻條部位則常產(chǎn)生欠鑄缺陷。在生產(chǎn)過程中這些表面缺陷具有不確定性，有時(shí)因?yàn)檫@些缺陷造成的產(chǎn)品報(bào)廢率高達(dá)10%以上，造成鑄件質(zhì)量很不穩(wěn)定。為此公司組織人員對(duì)該產(chǎn)品鑄造工藝進(jìn)行了仔細(xì)的研究，以求消除或減少這些表面缺陷。

　　(a)中轂氣孔(b)中轂收縮(c)輻條欠鑄

　　圖1 摩托車輪表面缺陷

　　通過大量的試驗(yàn)和探索，根據(jù)影響缺陷產(chǎn)生的諸多因素，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)，如澆注時(shí)間、模具溫度等，初步確定了現(xiàn)有鑄造工藝條件下產(chǎn)生這些缺陷的原因。

　　1)中轂氣孔產(chǎn)生原因分析

　　鋁合金液采用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)精煉除氣，要求鋁液含氣量≤0.20 ml/100gAl，通過檢測(cè)，鋁合金液含氣量為0.16ml/100gAl，到達(dá)了技術(shù)要求，并沒有超標(biāo)，而且氣孔基本上都分布在中轂的最高處，有的在表面，有的在很淺的表皮下，經(jīng)過拋丸或機(jī)械加工后就會(huì)顯露出來，而且分布也不均勻，因此判斷氣孔并不是由于鋁液中的氣體析出而產(chǎn)生的析出性氣孔，而是外界的氣體浸入鋁合金液中產(chǎn)生的浸入性氣孔。經(jīng)過分析認(rèn)為產(chǎn)生這種浸入性氣孔的主要原因是澆注速度過快和型腔排氣不良。在鋁液澆注速度過快產(chǎn)生紊流而且型腔排氣不暢時(shí)，型腔中的氣體很容易被卷入鋁液中，然后在充型過程中氣體容易被液流推移至鑄件上部最后充滿的地方。由于金屬型鑄造凝固速度快，卷入的氣體將難以浮出金屬液和排出型腔，從而在鑄件上部的表面或淺層皮下形成氣孔缺陷。

　　2)中轂表面收縮產(chǎn)生原因分析

　　通過摸索和試驗(yàn)，在鋁合金車輪重力鑄造中，涂料厚度、合金液澆注溫度和模具溫度對(duì)表面收縮缺陷有較大影響，其中模具溫度的影響尤為突出。在模芯溫度過高或過低的情況下，都可能在車輪中轂表面產(chǎn)生收縮缺陷，造成表面凹凸不平。該車輪的中轂緩沖腔隔板比較薄，而中轂四周壁厚較厚，鋁合金液凝固過程中，緩沖腔隔板起著補(bǔ)縮通道的作用，中心冒口對(duì)中轂和部分輻條的補(bǔ)縮都要通過隔板進(jìn)行。在模芯溫度過低時(shí)，鋁合金液澆注后中轂隔板凝固速度比較快，補(bǔ)縮通道過早封閉，使中心冒口的補(bǔ)縮作用大大減弱，從而容易在中轂表面，特別是中轂與輻條連接之處產(chǎn)生收縮缺陷。如果模芯溫度過高，雖然降低了隔板的凝固速度，但也會(huì)使中轂和輻條相接的熱節(jié)處凝固非常慢，當(dāng)其落后于隔板的凝固時(shí)間時(shí)，中心冒口也會(huì)失去補(bǔ)縮作用，同樣會(huì)在中轂表面產(chǎn)生縮陷。實(shí)際生產(chǎn)表明，該類車輪的模芯溫度在450~480℃比較合適，能使中心冒口起到比較好的補(bǔ)縮作用。經(jīng)過測(cè)量，生產(chǎn)中涂料厚度、鋁合金液澆注溫度都符合要求，但模芯溫度偏高，常在480℃以上，因此要在現(xiàn)有生產(chǎn)節(jié)拍條件下減輕表面收縮面，需要加強(qiáng)對(duì)模芯的冷卻，降低模芯溫度，加快中轂四周的凝固速度。

　　3)輻條欠鑄產(chǎn)生原因分析

　　金屬型重力鑄造中，由于模具傳熱快、透氣性能差，因此鑄件壁太薄、模具和鋁液澆注溫度低、澆注速度快、型腔排氣性能差等因素都容易引起鑄件欠鑄。從輻條上該缺陷表面上看其具有冷隔特征，但是該處零件壁并不薄，而且合金液澆注溫度和模具溫度都比較高(澆注溫度720℃左右，模具溫度450℃左右)，因此引發(fā)輻條欠鑄最可能的原因是澆注速度快和型腔排氣不良。這兩個(gè)因素會(huì)使鑄件充型時(shí)合金液前沿型腔內(nèi)壓力大大增加，合金液流容易將來不及排出的氣體封閉在零件局部，如零件的轉(zhuǎn)角或最高處，如果該處排氣不暢或不能排氣，就會(huì)在該處產(chǎn)生大的背壓，合金液不能充滿，造成零件欠鑄。該車輪輻條處是采用排氣線進(jìn)行排氣，當(dāng)頻繁出現(xiàn)輻條欠鑄缺陷后對(duì)排氣線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)排氣線被很多鋁屑堵塞，造成排氣系統(tǒng)的排氣性能大大降低。因此要解決該車輪的輻條欠鑄缺陷，除了適當(dāng)降低澆注速度，更重要的是經(jīng)常檢查和清理排氣線，保證排氣系統(tǒng)暢通。

　　3 鋁合金車輪表面缺陷的改進(jìn)措施

　　根據(jù)上述的探索及原因分析，對(duì)該車輪出現(xiàn)的表面缺陷采取了合理的改進(jìn)措施，以避免或減少這些缺陷的產(chǎn)生。

　　1)中轂氣孔的改進(jìn)措施

　　車輪澆注時(shí)采用漏斗澆注，一般合金液在漏斗中的高度基本保持一致，因此合金液澆注速度主要取決于漏斗出口大小。為了降低充型速度，對(duì)漏斗進(jìn)行了改進(jìn)，減小了漏斗出口直徑，使漏斗出口直徑由原來的φ36改為φ28，如圖2 所示。同時(shí)為了加強(qiáng)渣、氣過濾和減輕液流紊流程度，漏斗下的錐形過濾網(wǎng)由原來的單層改為雙層。

圖2 澆注漏斗的改進(jìn)

　　此外為了加強(qiáng)車輪中轂的排氣，對(duì)模芯的排氣系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，增加模芯排氣槽數(shù)量，縮短排氣槽間距，從而增強(qiáng)了排氣效果，模芯排氣槽改進(jìn)如圖3 所示。

　　圖3 模芯排氣系統(tǒng)的改進(jìn)

　　2)中轂表面收縮的改進(jìn)措施

　　為了加強(qiáng)中轂?zāi)Ｐ镜睦鋮s，在下模芯設(shè)有水冷通道。同時(shí)在下模芯上也設(shè)置了排氣塞，原水冷通道孔與排氣孔距離很近，壁厚僅3~5mm，使得這薄壁很快產(chǎn)生裂紋，為了不影響排氣，在水冷孔內(nèi)又鑲嵌了鐵管，鐵管與模具之間的間隙影響了模具向冷卻介質(zhì)的傳熱性能，降低了水冷管道的冷卻能力，導(dǎo)致模芯溫度偏高，模具溫度場(chǎng)不利于形成順序凝固，在中轂表面容易產(chǎn)生收縮缺陷。因此對(duì)下模芯的排氣孔和冷卻孔重新進(jìn)行了布置，保證兩孔間的壁厚不低于10mm，取消了冷卻孔內(nèi)的鋼管，增強(qiáng)了冷卻能力，使模芯溫度達(dá)到了合理的溫度。模芯的冷卻孔的改進(jìn)前后如圖4。

　　a)改進(jìn)前(b)改進(jìn)后

　　圖4 上模芯的改進(jìn)

　　3)輻條欠鑄的改進(jìn)措施

　　車輪輻條處模具粘鋁產(chǎn)生的鋁屑堵塞了排氣線，嚴(yán)重影響了模具的排氣效果，如圖5。為了加強(qiáng)輻條部位型腔內(nèi)的排氣，對(duì)輻條處模具排氣線重新進(jìn)行線切割，清除堵塞排氣線的鋁屑，并對(duì)排氣系統(tǒng)定期進(jìn)行檢查和清理，保證輻條處排氣暢通。

圖5 輻條排氣系統(tǒng)

　　通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，以上的探索和改進(jìn)是正確而有效的。改進(jìn)后該車輪的氣孔、轂面收縮和輻條欠鑄缺陷大大減少，產(chǎn)品廢品率降到4%左右，并且質(zhì)量比較穩(wěn)定。

　　4 結(jié)語

　　通過對(duì)鋁合金重力鑄造車輪的中轂氣孔、中轂收縮和輻條欠鑄缺陷產(chǎn)生原因的探索和分析，找出了引發(fā)缺陷的原因：澆注速度過快和模芯排氣不暢造成中轂氣孔;模芯溫度過高引發(fā)中轂表面收縮;輻條排氣線堵塞，排氣不暢導(dǎo)致輻條欠鑄。根據(jù)這些原因?qū)に?、模具采取了相?yīng)的改進(jìn)措施，減少了此類表面缺陷的產(chǎn)生，提高了鑄件合格率。