[發明專利]鎂合金輪轂的雙坩堝低壓鑄造方法及其設備

無效

• 申請號: 200910180922.4
• 申請日: 2009-10-22
• 公開（公告）號: CN101823136A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 李華倫;許月旺;白永俊;周豪光;孟偉霞
• 申請（專利權）人: 山西銀光華盛鎂業股份有限公司
• 主分類號: B22D18/04
• 分類號: B22D18/04;B22D21/04;B60B27/00
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技術領域

本發明涉及一種低壓鑄造方法及其設備，尤其涉及一種雙坩堝低壓鑄造機，可以適用于鎂合金輪轂的低壓鑄造。

背景技術

隨著世界各國政府對節能、安全、環保的要求日趨嚴格，汽車行業將遇到越來越高的技術門檻。輪轂作為車輛上的高速運動部件，重量減輕可以有效的降低能耗、改善整車的加速及制動性能、提高駕乘舒適性及安全性。采用輕量化材料實現輪轂的更新換代是實現這一目的有效途徑，目前用于汽車上的鎂合金零件至少有60種，主要有儀表盤、座椅骨架、方向盤、引擎蓋、變速箱、進氣管、輪轂等。其中輪轂最具典型和標志意義。在車輛上采用鎂合金輪轂能達到輕量化的目的，與鋁合金輪轂相比，除重量減輕30％左右外，還有其它重要優點：(1)高減振特性：鎂合金材料具有較高的阻尼系數，是鋁合金的15倍，鋼的60倍。(2)阻尼系數越大，振幅衰減越快，減振性能越好。使用鎂合金輪轂可減少汽車引擎、懸吊托架及變速箱的震動，提高其使用壽命；同時也提高了汽車行駛過程中的平穩性、安全性和舒適性。據報道美國研制的一種鎂合金汽車輪轂，在輪胎被扎破后仍能以不高于48km/h的速度行駛，汽車不受損害，可防止人身事故。同規格的鎂合金輪轂比鋁合金減輕30％左右。鎂合金新型材料以其優異的特性成為人們關注的焦點。在歐美國家中，各國的汽車廠商正以汽車鎂合金用量來作為車輛方法水平的標志。各國汽車生產廠紛紛投資入股鎂原料生產企業，目的是控制穩定的價格和數量供應，這將進一步推動鎂合金在汽車業的擴大應用。

早在1967年，英國奧斯汀(Austin)汽車便在Mini?Cooper?1275S這款車上開始采用鎂合金輪轂，而德國豪華車保時捷(Porsche)的911T也于1973年首次應用鎂合金輪轂。由于價格昂貴、防腐問題的困擾，鎂合金輪轂一直沒在轎車上普及，只是在賽車和少量高級車上使用。但是，隨著原鎂材料價格的下降、鎂合金防腐工藝的提高以及鎂合金成形工藝的改善，鎂合金輪轂在汽車、摩托車、自行車上的使用將越來越多。目前在汽車業中，鎂合金輪轂除了在賽車上應用較多外，在各大汽車廠推出的概念車上也配備鎂合金輪轂，目前，鎂合金壓鑄件已在通用、奔馳、福特、大眾、克萊斯勒、菲亞特-阿爾法等公司生產的汽車上投入實際應用。鎂合金輪轂應用領域主要為高檔摩托車和高級轎車，隨著鎂合金相關方法的不斷研究發展，其成本必將降低，未來的車輪將逐步普及鎂合金材料。目前國內的威海萬豐鎂業科技發展有限公司采用壓鑄工藝已經開始批量生產鎂合金輪轂，山西聞喜銀光鎂業集團公司采用鍛壓工藝也開始批量生產高檔鎂合金輪轂。目前鎂合金鍛壓汽車輪轂的價格比鋁合金輪轂高約一倍，使得鎂合金汽車輪轂取代鋁合金輪轂存在很多困難。

基于液態鑄造方法及設備，提高了鎂合金輪轂鑄造工作效率和節約材料，從而明顯降低了生產成本，但目前鑄造鎂合金輪轂也存在問題。例如，原設計(尺寸、形狀不變)替代，鎂合金汽車輪的疲勞強度與鋁合金輪轂相比差距巨大。因此，高質量、低成本的鎂合金輪轂的鑄造方法的開發將是鎂合金輪轂大量應用的關鍵。有報導的生產鎂合金輪轂的鑄造方法有重力澆鑄、真空壓鑄、充氧壓鑄、低壓鑄造等方法，但從公開的數據分析，距方法標準要求尚有差距。

低壓鑄造在鋁合金輪轂的鑄造中獲得巨大成功，但低壓鑄造用于鎂合金輪轂的生產卻出現許多問題。用于高溫的鎂合金液容易氧化、燃燒和爆炸，因此低壓鑄造用于鎂合金輪轂的生產過程變得復雜，包括金屬的添加、鎂液凈化處理、氧化渣的清理等。為了保證生產的進行，坩堝容積一般不能太小，大容積坩堝高溫反復充壓，容易使坩堝鼓肚，甚至開裂，坩堝開裂伴隨鎂液漏入爐膛，此時必然發生爆炸的重大事故，因此安全性差始終是鎂合金低壓鑄造的噩夢。隨生產進行，坩堝中液面不斷變化，從而造成鑄造工藝參數不穩定，而鎂合金對工藝參數又十分敏感，因此，低壓鑄造鎂合金產品質量穩定性不好。鑄造鎂合金的結晶溫度間隔一般都比較大，其組織中的共晶體量亦較少，體收縮和線收縮都較大；鎂的密度小、熱容量低(體積比熱和凝固潛熱分別為鋁的75％和36％)，從而壓頭小、易凝固使充型困難；組織粗大、疏松、疏孔對鑄件厚度十分敏感，使壁厚效應問題十突出；鑄件的熱裂傾向也較大，鎂合金的鑄造性能和鋁合金相比要差。因此，對鎂合金鑄造基本理論的研究說明，低壓鑄造并不能保證能獲得性能良好的輪轂產品，尤其是上述鑄造缺陷對輪轂的疲勞強度十分不利。因此，傳統低壓鑄造鎂合金輪轂性能較低，不能滿足方法標準的要求。

為了擴大鎂合金輪轂的市場和應用，需要能生產品質符合汽車質量標準的鑄造成形方法。

發明內容