【正文】 境 、綜合費(fèi)用等的主要措施。世界各國(guó)政府普遍加強(qiáng)了 以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，以技術(shù)集成為特征的 鎂及鎂合金在開發(fā)、加工、應(yīng)用等方面的研 發(fā) ， 并著力擴(kuò)大應(yīng)用數(shù)量、范圍和規(guī)模。因此，我們應(yīng)該積極研究鎂合金，并努力進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，推動(dòng)鎂合金的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，把 我國(guó)的鎂產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn) 化成資源、產(chǎn)品和技術(shù) 的全優(yōu)產(chǎn)業(yè) [910]。 鎂合金的優(yōu)勢(shì)在于 [57]： ① 密度小， 質(zhì)量輕 ， 可提高燃油效率， 減少燃油消耗量 ，降低噪音 ；② 比強(qiáng)度和比剛度高， 可代替部分鋁合金和鋼作為承載件或覆蓋件 ； ③ 吸振降噪、抗沖擊和抗壓縮能力 強(qiáng) ； ④ 散熱性、鑄造性能好、尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)、電磁屏蔽性能 優(yōu)良 ： ⑤ 無污染并可做到 完全 回收利用， 是 綠色工程材料。白云石礦、菱鎂礦石、鹽湖及海洋中都含有豐富的鎂資源 [3,4]。 ④ With numerical simulation software, the casting processing of the Mg wheel was simulated and optimized. With the optimized processing parameters of “680℃ 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 IV melt pouring temperature, 250℃ mold preheating, , 60MPa holding pressure”, a wheel can be produced in 40~50s with a melt utilization rate of 73%. Based on the above results, the casting equipments and mold were prepared. ⑤ Prototype wheels were produced on the vacuum aided high pressure die casting unit. The following processing quality inspection evidenced that the internal and external quality of the wheel products meet the requirements of the original design。確定的 最佳工藝參數(shù)組合 為： 澆注溫度 680℃ ，模具預(yù)熱溫度 250℃ ，壓射速度 ，保壓壓力 60MPa； 單只輪轂生產(chǎn)周期 為40~50s，工藝收得率 為 73%；在此 基礎(chǔ)上 完成 了輪轂的成型模具 設(shè)計(jì) ，并和合作企業(yè)一起完成了模具的 制造 、 調(diào)試 和實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn) ； ⑤ 在合作企業(yè)進(jìn)行了 鎂合金輪轂 的 真空輔 助 高 壓鑄造實(shí)驗(yàn)性 生產(chǎn)， 對(duì)樣件的工藝品質(zhì) 進(jìn)行的工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)表明，產(chǎn)品的內(nèi)部和外在質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求； ⑥ 輪轂樣件通過了按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的徑向疲勞試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)等臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)。因此，開發(fā)基于市場(chǎng)保有量巨大的冷室高壓壓鑄機(jī)、適合鎂合金鑄造工藝特性的新型高壓鑄造方法，是推動(dòng)鎂合金在輪轂產(chǎn)品上規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。 但是，目前汽車、 摩托車 鋁合金輪轂 生產(chǎn) 主要采用重力鑄造或 低壓鑄造工藝，其 生產(chǎn)效率 低 、缺乏鎂合金致密成形所需 的 高壓補(bǔ)縮能力， 不能 用于鎂合金輪轂的高效率、高收得率 工業(yè) 生產(chǎn)。 ④ 用 數(shù)值模擬 軟件對(duì)鎂合金輪轂的鑄造工藝過程就行了仿真分析，優(yōu)化了澆注排溢系統(tǒng) 和鑄造工藝參數(shù)組合。 ③ Based on the mechanical properties of the Mg alloy for wheels, the structure of the wheel was redesigned with consideration of its castability. With the optimized structural design, the service safety factor is increased from of the original Al wheel to , acpanied by a weight saving of 38%。 鎂 是 地球上的儲(chǔ)量極為豐富 的輕金屬元素之一 ，僅次于鋁。 鎂是最輕 質(zhì) 的商用金屬 工程 結(jié)構(gòu)材料， 其密度小 (～ )，是鋁的 2/3， 鈦的 2/5， 可 作為工程塑料、鋁和鋼鐵的可替代材料。 我國(guó)鎂產(chǎn)品開發(fā)晚于世界其他發(fā)達(dá)國(guó)家，雖然總體原鎂產(chǎn)量已經(jīng)占全球總量的 80%，堪稱鎂工業(yè)大國(guó)，但 其中 大部分鎂原料都是以原材料或初級(jí)鎂產(chǎn)品的形式低價(jià)出 口， 國(guó)內(nèi)還沒有形成完整的鎂加工應(yīng)用產(chǎn)業(yè)體系，且對(duì)鎂的開發(fā)應(yīng)用研究較少，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)很不合理，致使我國(guó)的鎂產(chǎn)業(yè)成為了以犧牲資源環(huán)境為代價(jià)的大而不強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)。 20 世紀(jì) 90 年代以來，可持續(xù)發(fā)展的要求使鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域得到了的快速發(fā)展。隨著我國(guó)石油能源的緊缺，以及石油價(jià)格的攀升，節(jié)能降耗便成為各汽車摩托車企業(yè)首要考慮的競(jìng)爭(zhēng)因素。 鎂合金不僅在輕量化、節(jié)能降耗方面具有優(yōu)勢(shì)，而且還可以提高汽車的使用性能：鎂合金的減震性能好，利于降低振動(dòng)、提高駕乘舒適性； 抗 沖擊性 好 ，可以降低 沖擊 其對(duì)駕駛者的危害程度、提高安全性。 半個(gè)多世紀(jì)以來， 隨著鎂合金設(shè)備與成形技術(shù)的不斷改進(jìn)與完善 ，鎂合金在摩托車上的應(yīng)用在廣度 和深度上也得到不斷擴(kuò)展 ，其需求量也得到穩(wěn)步增長(zhǎng)。 并且 在政府的支持下， 眾多 高校和研究院所在“九五”期間開展了一系列鎂合金材料研發(fā)改進(jìn)及生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)等研究， 并取得了一系列卓有成效的研究成果，為鎂合金的持續(xù)研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ) [16]。同時(shí)， 輕質(zhì) 輪轂還將明顯改善摩托車的啟動(dòng)性能和加速性能 。在彈簧規(guī)格一定的情況下，輕質(zhì) 輪轂 更容易被推向地面， 從而 大大降低 車輪的 顛簸幅度和頻度 ，提高摩托車駕乘的舒適性。 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 近年來， 隨著 能源、環(huán)保的要求和汽車業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，以及原鎂價(jià)格的下降、加工 成型技術(shù)的革新以及 防腐工藝的提高， 使得 鎂合金輪轂 開始 越來越廣泛地用于汽車、摩托車等交通工具上。 在國(guó)外的鎂合金應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)的鎂合金應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化研發(fā)也日益增多。 加入世貿(mào)組織后，中國(guó) 汽車、摩拖車產(chǎn) 業(yè)借助國(guó)外 同行業(yè) 的資本和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自身的跨越式發(fā)展 ，并 極大地帶 動(dòng)了輪轂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前幾乎所有的乘用車車型及摩托車都采用了鋁合金輪轂。國(guó)外鋁合金輪轂的制造方法以低壓鑄造為主，占全部產(chǎn)量的 80%以上。 國(guó)內(nèi) 鋁合金輪轂制造主要采用較低成本的 低壓鑄造 工藝， 約占全部產(chǎn)量的80%以上；其次是采用最簡(jiǎn)便的重力鑄造工藝，約占其全部產(chǎn)量的 20%不到。處于安全及操作性能的考慮，要求摩托車輪轂具有以下的特性：較強(qiáng)的抗沖擊性能、較強(qiáng)的抗疲勞性能、較好的減震性能、較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及盡可能小的質(zhì)量等。 鑄造法是目前鎂合金輪轂成型最常用的方法，目前鎂合金輪轂成型的鑄造方法有重力鑄造、真空壓鑄、充氧壓鑄、低壓鑄造、電磁泵低壓鑄造等 [2327]。國(guó)內(nèi)寧波的耐特鎂業(yè)科技發(fā)展有限公司成功生產(chǎn)了 低壓鑄造 鋁合金摩托車輪轂，并正在研究生產(chǎn)鎂合金輪轂。而國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)的研究?jī)H有二汽從德國(guó)引進(jìn)了一套輪轂旋壓生產(chǎn)線。首先要保障用于輪轂生產(chǎn)的鎂合金材料具有較高的強(qiáng)度、剛度、韌性和極高的內(nèi)部缺陷控制，這是獲得高品質(zhì)鎂合金輪轂的先 決 條件 ；其次，根據(jù)鎂合金的特性，對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，使得輪轂在滿足服役性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輪轂減重的最大化，這就需要形成一種科學(xué)的材料替代技術(shù)；最后，如何改變目前鎂合金輪轂僅應(yīng)用在高檔車輛上的狀況，使得生產(chǎn)出來的鎂合金輪轂價(jià)位能滿足絕大多數(shù)普通民用車輛的要求，因此，就需要開發(fā)一種適合于市場(chǎng)占有量巨大的臥式壓鑄機(jī)生產(chǎn)的新的工藝方法。為此，在車輛上采用現(xiàn)代的高比性能材料，如鎂合金、復(fù)合材料等，來減輕車輛零部件的重量，特別是高速運(yùn)動(dòng)部件的重量，已成為車輛輕量化的重要材料措施。我國(guó)已經(jīng)憑借鎂資源的優(yōu)勢(shì)，成為原鎂和初級(jí)鎂產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，但因鎂合金生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)的落后，使得原鎂的 80%用作原材料出口。 因此，項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)用新技術(shù)、新材料改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高輪轂鑄件的性能、科技含量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn) 鎂合金 輪轂產(chǎn)品的規(guī)模化量產(chǎn)的目的，還能推動(dòng)我國(guó)從鎂資源大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)殒V產(chǎn)品制造、鎂技術(shù)應(yīng)用的強(qiáng)國(guó)，實(shí)現(xiàn)西部大開發(fā)、經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。 根據(jù) 鎂合金 的物理化學(xué)特性，在進(jìn)行鎂合金鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下原則： ① 鎂 熔體 凝固體收縮較大，鑄件內(nèi)部易出現(xiàn)縮孔疏松等凝固類缺陷，因此，在鎂 熔體 完成 鑄造充型后應(yīng)能 得到 高壓補(bǔ)縮 ，在有效控制氣孔缺陷的同時(shí)，最大限度地消除縮孔疏松等凝固 類 缺陷 ； ② 鎂合金的熱容小、凝固潛熱低， 鎂熔體 冷卻速度快，因此，在鑄造時(shí)， 需要高的 澆注充型速度 ，但不能因充型速度的提高而使鑄件的缺陷增加 ，可以通過抽真空或充氧的方法消除氣孔缺陷 ； ③ 鑒于鎂合金極易氧化的特點(diǎn)，需要做好鎂合金熔煉及鑄造過程中的防氧化工作 ，熔煉時(shí)用六 氟化硫和氮?dú)獾幕旌媳Ｗo(hù)氣體， 而在鑄造過程中，則采用 型腔抽真空的方法 來減少鎂 熔體 的氣孔缺陷。 上述摩托車輪轂的結(jié)構(gòu)特征及品質(zhì)，使得輪轂的成形工藝應(yīng)遵循如 下要求： ① 鑄造 輪轂外觀結(jié)構(gòu)能夠很好地復(fù)制鑄型形貌，保證機(jī)加后的 產(chǎn)品 滿足外觀及尺寸要求； ② 輪轂采用中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，輪輻的形狀及外觀質(zhì)量直接取決于鑄型，很少 對(duì)其進(jìn)行 機(jī)加 ，輪輞除裝胎面外也不進(jìn)行機(jī)加，因此，在鑄造成型過程中，輪輻及輪輞非機(jī)加處的鑄造表面應(yīng)無夾渣、氣孔、冷隔、欠鑄等缺陷； ③ 輪輞工藝品質(zhì)要求最高，機(jī)械性能最好，要求其充型時(shí)輪輞處應(yīng)無裹氣、夾渣、冷隔、流痕 、縮孔疏松 等缺陷，且輪輞的致密度應(yīng)一致。 真空壓鑄工藝 大大降低了 金屬液在高速 充型時(shí)卷入 氣體而 造成 的 氣孔缺陷，使金屬液在壓頭壓力作用 下凝固冷卻得到的鑄件致密度 顯著提 高 [13]。 與普通壓鑄相比，真空壓鑄有以下特點(diǎn) [4041]： ① 減 少或消除了壓鑄件內(nèi)部的氣孔，提高了鑄件組織致密度及強(qiáng)度。真空壓鑄密封 并抽真空的 方法很多，常用的方法有兩種 [42]： ① 利用真空罩密封壓鑄模 壓鑄模具用真空罩密封，在 金屬 熔體 澆 注 到壓室，壓射沖頭越過加料口后抽出真空罩內(nèi)的空氣，使型腔達(dá)到預(yù)定的真空度，然后進(jìn)行壓鑄。另一種則是在型腔最后充填部位安裝單芯真空閥，為防止熔體堵塞單芯真空閥，需要提前關(guān)閉真空閥，導(dǎo)致抽氣不充分，型腔內(nèi)殘留氣體較多；或采用專用的真空截流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)型腔的全過程抽真空，但設(shè)備成本過高，且不便于維修。用該方法進(jìn)行高壓鑄造時(shí)，在澆注完成，壓射壓頭過澆料口封閉壓室，使壓室及型腔成為封閉空間，且在壓射壓頭驅(qū)動(dòng)熔體高速充填型腔 前，柱塞后退 打開真空通道，利用真空系統(tǒng)通過大截面積的真空通道對(duì)壓室型腔進(jìn)行快速抽氣，使型腔瞬間達(dá)到很高的真空度；然后進(jìn)行快速充型，在熔體充型流動(dòng)前沿抵達(dá)真空通道前，柱塞頂出，封閉真空通道，阻止熔體進(jìn)入真空通道。即使采用真空壓鑄工藝也無法顯著降低輪緣上因熱節(jié)而產(chǎn)生的縮松疏松等凝固收縮缺陷。 而且在臥室冷室壓鑄機(jī)上采用中心進(jìn)澆方式的話，模具需設(shè)計(jì)成三片兩開式結(jié)構(gòu)，不僅增加了模具成本，而且會(huì)降低生產(chǎn) 效率，不能發(fā)揮出壓鑄生產(chǎn)高效率的 優(yōu)點(diǎn)。 圖 新型真空 高 壓鑄 造方法 The new vacuum diecasting method 與傳統(tǒng)輪轂鑄造工藝相比，新型真空輔助高壓鑄造工藝具有如下效果： 1）采用真空輔助，避免了合金熔體流動(dòng)充型時(shí)的氧化 及 鑄件中氣孔的形成，提高了輪轂鑄件的工 藝 質(zhì)量，并可通過熱處理提升 輪轂本體材料的機(jī)械 性能； 2） 采用環(huán)形流動(dòng)充型，使熔體先 輪輞 、再輪輻 或輻板、再輪心、最后集渣包的順序充型，在性能要求高的輪輞 上得到工藝品質(zhì)高且一致的充型質(zhì)量； 3）采用壓頭和補(bǔ)壓頭分別對(duì)輪輞 和輪心加壓并保壓，實(shí)現(xiàn)先輪輻或輻板、后輪輞 和輪心的凝固 順序 ，從而為進(jìn)一步減小輪盤鑄件的輪輻（盤）厚度、提高材2 真空輔助壓鑄工藝開發(fā) 15 料利用率創(chuàng)造條件； 4）采用壓頭和補(bǔ)壓頭一起加壓并保壓的方式，使分布于輪輻兩端熱節(jié)內(nèi)的熔體凝固時(shí)均得到良好補(bǔ)縮，消除了這些部位易于出現(xiàn)的縮孔疏松缺陷，確保鑄件致密和工藝品質(zhì)一致； 5）此工藝適用于廣泛使用的臥式壓鑄機(jī)。 逆向工程技術(shù) [43]， 是相對(duì)于傳統(tǒng)的正向工程而言的 ， 是指 借助某種 測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模 型進(jìn)行測(cè)量， 然后 根據(jù)測(cè)量 所獲得的數(shù)據(jù) ，利用 CAD 軟件來重構(gòu)實(shí)物或模型的 三維幾何 模型的 過程。但在不清楚 其 疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的情況下，則需要采用逆向工程技術(shù)，首先根據(jù)已經(jīng)商用的 摩托車 輪轂產(chǎn)品，利用三坐標(biāo)儀等設(shè)備， 建立 其 三維模型，然后對(duì)模型進(jìn)行服役狀況下的疲勞分析，并根據(jù)輪轂本體材料的機(jī)械性能，逆向確定出輪轂的疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，然后參照該疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì) 滿足服役狀況的 鎂合金 摩托車 輪轂的三維模型，并根據(jù) 模型圖進(jìn)行 實(shí)際的 制作或生產(chǎn)過程 ，以及性能檢測(cè) 。 輪轂的軸承孔受徑向載荷作用，載荷 P 按余弦 或拋物線 規(guī)律作用于軸承與軸承孔 的 接觸 面 120176。輪轂的強(qiáng)度和剛度 關(guān)系到 駕乘者的安全和車輛的 操控性和駕乘舒適 性。如長(zhǎng)春汽車研究所 通過輪轂的徑向疲勞試驗(yàn)檢測(cè)，繪制了數(shù)種輪轂的彎曲疲勞曲線，并測(cè)定了輪轂易損部位應(yīng)力。 肖繼道 通過模擬轎車輪轂在轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)