【導(dǎo)讀】江蘇省工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司年產(chǎn)100萬只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造

　　

【正文】 調(diào)壓成型精鑄技術(shù)， 采用特殊結(jié)構(gòu)的鑄造模具，將輪轂內(nèi)輪輞凸肩部和輪輻處設(shè)計成空腔，提高輪轂力學(xué)性能，減少輪轂重量。 （ 5） 內(nèi)生型金屬基復(fù)合材料性能及復(fù)合材料輪轂性能研究 研究材料的疲勞性能、熱膨脹性能、拉伸性能等綜合性能，改進反應(yīng)系成份和反應(yīng)條件，提高復(fù)合材料輪轂性能。 （ 6） 生產(chǎn)線的改造創(chuàng)新研究 通過和上海交通大學(xué)合作 ，開發(fā)了節(jié)能型連熔式燃氣熔煉爐和燃氣推桿式連續(xù)熱處理爐，實現(xiàn)了節(jié)能 20％以上。 3． 技術(shù)路線 ① 反應(yīng)塊的制備 分析反應(yīng)組元間的熱力學(xué)，選擇合適的反應(yīng)系，確定參與反應(yīng)和合金化的金屬元素（ Al、 Mn、 Zn 等）、非金屬元素（ C 等）、金屬氧化物（ TiO2等）、非金屬氧化物（ B2O3等）粉末，按正交法設(shè)計試驗方案，以一定的計量比和合金化的要求將所選粉末在氬氣保護下均勻混合，擠壓成直徑30mm，高度和密度不等的反應(yīng)塊。 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 28 ② 基體合金熔煉 將純鋁錠在一定的溫度下熔化，加入覆蓋劑、精煉劑、中間合金，除氣、靜置。 ③ 注入反應(yīng)塊 將反應(yīng)塊在預(yù)熱后以特定的方式置如基體熔體中，反應(yīng)后強方熱使反應(yīng)塊開裂、分散，攪拌后，增強體 ɑ Al2O3 和 TiB2 顆粒彌散分布于基體熔體中，獲得 ɑ Al2O3 和 TiB2 顆粒增強鋁基復(fù)合材料。 ④ 液態(tài)模鍛鑄造 調(diào)整熔體溫度，以設(shè)定的壓力使熔體鑄入輪轂金屬鑄型，通過調(diào)整澆鑄溫度、鑄型初始狀態(tài)、增強體的含量、不同的壓力，獲得良好的輪轂鑄件。 ⑤ 顯微分析 從輪轂的合適部位取樣、制樣，通過金相和掃描電鏡試樣。觀察增強體形狀、尺寸及其分布規(guī)律， SEM觀察增強體與基體的界面結(jié)合，并結(jié)合XRD、 EDS、 TEM 等手段，驗證反應(yīng)產(chǎn)物，標定其組成、結(jié)構(gòu)及其與基體和增強體之間的關(guān)系。 ⑥ 熱處理 將所取樣分別在不同的溫度下進行固溶處理，再以一定的溫度和時間進行時效處理，以獲得最佳的熱處理工藝。 ⑦ 性能分析 在常溫和高溫下進行拉伸性能分析，熱膨脹性能分析和疲勞性能分析。 ⑧ 輪轂性能分析。 4．生產(chǎn)工藝流程圖 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 29 圖 51 高性能輕型汽車鋁輪轂生產(chǎn) 主要工藝流程 5. 關(guān)鍵工藝說 明 （ 1）熔煉 ① 首先，按材料配方將鋁、硅、鎂等材料及覆蓋劑在熔煉中熔化至720750℃，然后依次加入 Cu、 Sr 、 Ti 及稀土中間合金，繼續(xù)升溫至750780℃； ② 待合金元素全部熔化后，再將合金液溫度調(diào)整至 720℃～ 750℃，加入精煉劑，向熔體中噴吹二次氮氣 10— 20min，降溫至 665675℃； 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 30 ③ 采用 Al10Sr 變質(zhì) +Al5Ti1B 細化處理； ④ 加入 Ar2 氣精煉除氣，光譜分析，靜置保溫待用。 （ 2）鑄造 低壓鑄造是一項要求極高的生產(chǎn)工藝技術(shù)，它是在密閉的狀態(tài)下用大約 的壓力把金屬 液壓進模具，這樣有利于保持恒溫和排除雜質(zhì)，保證鑄件內(nèi)沒有氣孔且金屬密度均勻、強度高，從而有效地克服了陳舊的重力鑄造輪轂方法所造成的鑄造缺陷。在鑄造過程中，采用多種嚴格的鋁合金配方 (AlSi7Mg、 AlSi1 AlSi11Mg、 AlSi2Mg 等 )、嚴格控制微量元素及雜質(zhì)的含量 (Fe≤ %)、采用 Al10Sr 變質(zhì) +Al5Ti1B 細化處理、 Ar2 氣精煉除氣處理工藝，每一爐合金液都要經(jīng)過溫度、光譜分析、熱分析、密度當量分析等項驗證合格后方可投入使用，從而確保材料及力學(xué)性能的一致性。設(shè)計獨特的“斜插式” 低壓鑄造模具，通過帶有模具溫度控制的全自動鑄造設(shè)備的精密冷卻控制，確保高效率地鑄造出尺寸精確、品質(zhì)高且輪轂表面光滑細膩的鑄件，鑄件要 100%經(jīng)過 X 射線探傷檢測，合格的毛坯作為下一步深加工的坯件備用。為了減輕工人的勞動強度 .毛坯均采用自動傳輸系統(tǒng)輸送。 （ 3）熱處理 ① 先將輪轂進行固熔處理，溫度控制在 535℃177。 5℃，固熔處理時間 45分鐘； ② 在 15 秒內(nèi)轉(zhuǎn)入淬火爐； ③ 淬火后進行人工時效，人工時效的溫度控制在 175℃177。 5℃，升溫時間 30— 40min，時效時間為 25h。 （ 4）機加工 機械加工采用先進的 CNC 全自動加工生產(chǎn)單元加工輪轂，生產(chǎn)線自 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 31 動上下工件，采用自動傳輸系統(tǒng)向各個生產(chǎn)工位輸送工件，加工過程是“干切”。加工時采用獨特的螺栓孔定位夾緊系統(tǒng)和先鉆后車的生產(chǎn)工藝順序，車床一次裝夾即可完成輪轂內(nèi)、外部的加工。車床主軸轉(zhuǎn)速達 3000r/min，這不但提高了生產(chǎn)效率，而且還提高了中心孔的精度、螺栓孔的位置精度，確保輪轂的動平衡性能?！案汕小奔夹g(shù)是環(huán)保型的干式機械加工技術(shù)，這種技術(shù)避免了過去機械加工中切削液的回收處理系統(tǒng)和廢液排放問題；也避免了切削液對機床的腐蝕，保護了環(huán)境；鋁屑的熔化回收更加簡潔方便、回收率高， 降低了制造成本。當然，這種干式機械加工方式對刀具的要求比較高，為了避免刀具積屑，刀具需要采用壓縮空氣冷卻。為了增加輪轂外觀的精致感，有些產(chǎn)品使用金剛石刀具精加工輪轂的正外表面 (輪輻表面 )，使輪轂具有獨特而明亮的金屬表面光澤，產(chǎn)品外觀表現(xiàn)的更加精致高雅。 （ 5）涂裝 輪轂是在先進和環(huán)保的涂裝自動生產(chǎn)線上采用高級靜電噴槍和高速(20xx0r/min)旋杯噴槍進行噴涂，其涂層厚度和色彩光澤均勻，噴涂質(zhì)量好且節(jié)省涂料。涂料采用整車廠認可的環(huán)保型粉質(zhì)和水性涂料。輪轂在噴涂前進行預(yù)處理，使之形成一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，這樣可以 提高涂料的附著性能，預(yù)處理是采用環(huán)保型的無鉻化處理。涂層的噴涂順序是：噴底粉→噴水性漆→噴透明粉，每噴一層涂層都要進行一次烘干處理，并進行相關(guān)的性能試驗。 （ 6）性能檢測 對產(chǎn)品進行徑向試驗、沖擊試驗、彎曲試驗等性能檢測 . 二、鎂合金輪轂旋壓鍛造技術(shù) 旋壓成形法是在熱鍛工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，鍛造制坯后進行旋壓成 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 32 形，提高制造精度和強度，機械加工余量大大減少。旋壓輪轂由于不受尺寸制約、產(chǎn)品美觀、性能良好、安全性高、節(jié)省材料、節(jié)約能源等因素，其發(fā)展勢頭良好，旋壓技術(shù)屬先進成形技術(shù)，其鋁合金車輪旋壓技術(shù)水平已基本趨 于成熟，正逐步向批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。 1．工藝流程圖 其中 關(guān)鍵技術(shù)為 鍛造 旋壓 成形 加工，屬材料精凈成形， 其工藝流程如下： 旋壓成形 等溫鍛造 鑄造成合金錠 原材料配比熔煉 成分設(shè)計 工藝設(shè)計 熱處理 切削精加工 打磨清洗 涂裝 烘烤 入 庫 包 裝 運行試驗、進行各項性能研究、檢測 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 33 鑄造合金錠 等溫 預(yù)鍛 一次 成形鍛壓 二次精鍛 旋壓成形 2．主要關(guān)鍵技術(shù) （ 1）鑄造合金錠的制備 ①中間合金的制備 分析反應(yīng)組元間的熱力學(xué)，選擇合適的反應(yīng) 系，根據(jù)配方確定參與反應(yīng)和合金化的金屬元素（ Al、 Cu、 Si、 Zn 等）、非金屬元素（ C 等）、金屬氧化物（ TiO2 數(shù)、非金屬氧化物（ B2O3 等）、稀土等粉末，按正交法設(shè)計試驗方案，以一定的計量比和合金化的要求將所選粉末在氬氣保護下均勻混合，擠壓成直徑 30mm，高度和密度不等的中間合金反應(yīng)塊。 ②基體合金熔煉 將純鎂原錠在一定的溫度下熔化，加入覆蓋劑、精煉劑、中間合金，打渣、除氣、靜置。 采用 Al10Sr 變質(zhì) +Al5Ti1B 細化處理 ③加入 MgC12， MgO、 KC BaC12增加金屬液的流動性，取熔解液冷 卻成形。 ④理化分析 取樣材進行光譜分析，確定材料成分。 ⑤拉伸試驗及抗拉強度試驗。 ⑥熱處理 將所取樣分別在不同的溫度下進行固溶處理，再以一定的溫度和時間進行時效處理，以獲得最佳的熱處理工藝。 ⑦性能分析 在常溫和高溫下進行拉伸性能分析，熱膨脹性能分析和疲勞性能分析。 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 34 主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)有： ① 采用無熔劑精煉處理技術(shù)，凈化鎂合金熔體，提高鎂合金棒的純度，特別是減少 CL 離子、 Fe、 Si、 Ni 的含量，提高鎂合金的韌性和抗疲勞性能； ②盡量采取在 真空狀態(tài)下 熔煉 ， 使 合金液不與空氣接觸，損耗小，不會產(chǎn)生熔渣殘留在合 金液中形成夾雜物，使鎂合金的純度提高，抗腐蝕性能好， 提高 成材率； ③ 減少 CL 離子、 Fe 離子的含量，降低鎂合金鑄件的腐蝕速率，提高耐腐蝕性。 ④ 采用新型細化劑等綜合的細化處理工藝細化晶粒，提高強韌性，同時提高鎂合金棒的抗蠕變性能 （ 2） 等溫鍛造 鎂 鋁合金 在常溫下容易脆裂，鍛造溫度須在 200℃ 以上至 400℃ 之間。但鎂 鋁合金 在高溫下，尤其在超過 400℃ 時產(chǎn)生腐蝕氧化以及晶粒粗大，鍛造溫度范圍較窄。而鎂 鋁合金 導(dǎo)熱系數(shù)較大 (～ 80w／ )幾乎為鋼的 2 倍，接觸模具后降溫很快，塑性降低，變形抗力增加，充填性能下降，因 此鎂 鋁合金輪轂要進行一次粗鍛、二次精鍛處理 。 主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)有： 如何合理的控制溫度范圍、適當?shù)倪x取變形速率及控制組織、細化晶粒等方面來提高或改善鎂合金的塑性變形能力。 ① 溫度 通常，鎂合金鍛造成形在固相線溫度以下 55℃ 左右的高溫范圍內(nèi)進行。如果鍛造溫度過低 (低于 200℃ )可能形成裂紋、易脆斷，難于進行塑性加工。與常溫下的變形特性相比，在高溫下鎂合金的塑性變形不 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 35 僅滑移系增多而且還有晶界滑移，晶界滑移可提供另外兩個有效的滑移系，根據(jù) VonMises 準則，合金將發(fā)生高溫蠕變，有利于成形。研究發(fā)現(xiàn)，鎂合金在 200℃ 以上時塑性明顯提高， 225℃ 以上時塑性提高更大。但溫度過高，尤其在超過 400℃ 時，易產(chǎn)生腐蝕性氧化及晶粒粗大。因此，對大多數(shù)鎂合金而言，鍛造溫度須在 200℃ ～ 400℃ 之間，可鍛溫度范圍較窄。 ② 變形速率 鎂合金對變形速率非常敏感。鎂合金在較低變形速度下鍛造時顯示出較高的熱塑性，變形速率增大時，鎂合金的塑性顯著下降。鎂合金鍛造特點之一是熱鍛次數(shù)不宜過多，每加熱鍛造一次，強度性能下降一次，尤其鍛前加熱溫度高、保溫時間長，下降到程度更大。對于鎂合金 輪轂鍛件需多次成形時，應(yīng)逐步降低各次的鍛打溫度。 ③ 晶粒 細化 細小等軸晶可以改善鎂合金的塑性變形能力，同時晶粒的實際尺寸也是決定鎂合金鑄錠是否可以進行直接鍛造的主要因素。 鍛件在 350℃ 、加工速率為 ，得到墩粗率隨晶粒度減小幾乎成直線增大。因此如何控制合金的組織、細化晶粒是提高可鍛性的關(guān)鍵之一。 （ 3）退火 為降低鎂合金輪轂的硬度，提高產(chǎn)品塑性，消除輪轂中的內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)品變形和開裂。對產(chǎn)品毛坯進行退火處理。 在 T4 及 T6 兩種熱處理機的長時間再加工熱處理后 ， 粗胚的晶粒將更緊實 ， 產(chǎn)品的韌度也會提高 。 （ 4） 旋壓成形 旋壓 成形 工藝技術(shù)是在特定的溫度和壓力下，通過持 續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動 江蘇省恒源汽車零部件制造有限公司 年產(chǎn) 100 萬 只輕質(zhì)合金輪轂生產(chǎn)線技術(shù)改造 36 將輪轂的輪輞部位不斷滾動延展，保持金屬的致密程度和整個輪轂的動平衡，使輪輞更薄、更輕、更耐用。旋壓出的輪轂在保持足夠強度的同時，能大大減少材料的厚度，與普通鋁輪轂相比，同尺寸的輪轂質(zhì)量可減輕約 15%。 根據(jù)旋壓加工過程中毛坯厚度的變化情況，一般將旋壓工藝分為普通旋壓和強力旋壓兩種。普通旋壓過程中毛坯的厚度基本保持不變，成型主要依 據(jù) 坯料沿圓周的收縮及沿半徑方向上的伸長變形來實現(xiàn)，其重要特征是在成型過程中可以明顯看到坯料外徑的變化。強力旋壓工藝主要依 據(jù) 坯料厚度的減薄來實現(xiàn)成形，坯料外徑基本保持不變。 輪轂 旋壓指使用旋輪 (或成形輪 )將回轉(zhuǎn)體鍛坯或管狀毛坯進行局部連續(xù)旋轉(zhuǎn)壓縮以成形其內(nèi)外截面形狀的成形方法。該過程綜合了普旋和強旋，在旋壓過程中，將毛坯裝夾在適當?shù)男灸Ｖ校斨鬏S帶動毛坯旋轉(zhuǎn)后，數(shù)控系統(tǒng)自動控制旋輪運動軌跡，按規(guī)定的形狀軌跡作往復(fù)運動，當每次改變方向時給以一定大小的橫向進給，逐步地使毛坯緊貼模具形面，從而得到要求截面尺寸的工件。為了避免工件產(chǎn)生起皺和