内蒙古霍煤车轮制造有限公司 内蒙古通辽市霍林郭勒市 029200
摘要：车轮的品质和可靠性高低不仅与车辆及乘坐人员、物资的安全休戚相关，而且还与车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能有着密切关系，因而要求尺寸和形状精度高、动平衡性好、疲劳强度高、刚度和弹性好、质量轻、美观、材料可回收性等，铝车轮以其优良的综合性能可以满足上述要求。
关键词：铝合金车轮；热处理过烧；
我国铝车轮行业在变质细化方面已达到较高的水平，但热处理仍然采用传统工艺，即采用固熔和时效两个工序，这种方法不仅能耗高、成本高，而且未考虑铝合金车轮经过机械加工后的表面处理过程，因为铝合金车轮在表面处理过程会因喷漆烘烤使产品强度提高、韧性下降，因此传统的热处理工艺不仅能耗和成本高，而且产品的力学性能差。
一、铝合金车轮的制造工艺
模具温度的高低影响锻件品质及铸模使用寿命。模具温度过低，浇入的铝熔体凝固快，结壳厚而加压效果差，不能成形，晶体粗大，同时增加了铸件冷隔，增加形成柱状晶等缺陷产生的几率，也使涂料喷涂困难。但是过高的模温，会使铸件发生粘模，容易产生热裂纹，影响铸件品质，同时也会加速模具表面机械磨损和模具热裂的倾向性，降低模具的使用寿命。一般阳模模温120℃ ～180℃，阴模模温140℃ ～ 180℃，工作温度200℃ ～300℃。模具预热方法采用预热效率高的铝熔体直接预热，为节省能源，供预热模具的毛坯可重复加热使用。定量浇注因直接挤压铸造工艺中浇注的铝熔体全部形成铸件，因此浇注质量决定铸件的高度尺寸和成形性。加压开始时间加压开始时间对于加压效果有很大的影响。当铝液以一定的温度注入型腔后，加压应尽早进行，加压时间愈早，制件的伸长率和抗拉强度愈高。这一点对于铝轮毂这样的壁厚相差大的铸件非常重要。因为铝液注入型腔后，在凹模的表面造成硬壳，冲头下行时，熔液充满型腔后在硬壳处必定造成冷隔层、这样的冷隔层在铸造过程中是不易清除的，它的存在严重地影响铸件的品质。从铝熔体注入型腔到加压开始时间不宜超过20 s。脱模挤压铸造毛坯卸压后，一般应立即脱模，但此时毛坯刚成形，出模温度较高，硬度较低，强行出模易造成毛坯变形，因此在毛坯适当水冷后脱模。
二、铝合金车轮热处理过烧
1.热处理工艺及设备。典型的铸造铝合金热处理工艺流程一般为:工件加热?保温、水冷、加热、保温、空冷、检验。铸造铝合金汽车轮热处理工艺一般分为固熔处理和不完全时效处理或完全时效处理三个阶段, 使合金中及少量的相充分溶解于??固熔体内后, 再以高度弥散的细小硬质点的形式从??固熔体中部份地析出, 以保证材料机械性能, 获得具有足够强度, 并保持高的塑性的铸件。
热处理所采用的设备通常有井式电炉、箱式电炉、铝合金车轮生产专用热处理炉、铝合金车轮专用连续热处理生产线及配套的淬火液槽、转运机械等。其中以可控气氛铝合金车轮专用连续热处理生产线较适合规模化专业生产。
2.时效的保温时间对合金的性能同样有很大影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铝合金在较高的温度下短期保温或在较低的温度下长期保温都可以得到要求的强度。当人工时效温度较低保温时间较短时，析出相以与基体完全共格，本身对合金的强化作用不大。但相提供异质形核，随着温度的升高或保温时间的延长，开始析出强化相与基体保持半共格，使得晶格发生严重畸变，从而强化合金。继续保温，则半共格的会向与基体完全失去共格的稳定相过渡，即由亚稳相转变为稳定相，致使晶格错配度降低，晶格畸变程度减弱，从而强化作用降低，合金的性能呈下降的趋势。研究认为，合金中影响力学性能的主要因素是Si相和Mg2Si相。热处理后共品硅相越细小圆整、分布越均匀，则抗拉强度和伸长率越高。合金中还有一种比较重要的相亦即Mg2Si强化相，其在铸造后合金固溶处理过程中溶于基体，随后通过时效处理形成细小、弥散分布的Mg2Si，对合金进行弥散强化。时效处理时，从固溶体中析出、偏聚、形成硬化区，合金强度上升，塑性下降。试棒、硬度块及车轮在涂装前随着时效温度的提高和保温时间的增加，使析出的Mg2Si增加，经涂装烘烤后相当于发生了两次短时的人工时效处理，析出更多的Mg2Si，从而力学性能发生变化。试棒在225 ℃时强度和硬度大幅下降，伸长率变化趋势不是很明显，分析认为发生了过时效，由于温度过高，使聚集长大而变的粗大所导致。涂装烘烤工艺能够在一定程度上提高合金的强度，但对合金的伸长率没有太大影响。其研究中没有明确指出人工时效的温度和时间，本文所做的试验中当人工时效的温度逐渐升高时，涂装前后力学性能差异也逐渐减小。热处理工艺的探索认为，车轮经热处理再经涂装烘烤工艺满足客户要求，车轮经涂装烘烤后，抗拉强度、屈服强度和硬度有明显的提高，伸长率有明显的降低。多次人工时效对车轮的影响认为，经过多次人工时效车轮的屈服强度、抗拉强度、硬度有不同程度的提高，伸长率有不同程度的下降。采用以上时效处理工艺的产品涂装后冲击、弯曲疲劳试验均符合要求。实际生产车轮时，人工时效的温度是有波动的，通过以上验证，车轮在125℃和135℃各项性能都符合要求，故温度可按照130℃，时间按照3 h。这样既降低了热处理成本，也充分利用了涂装烘烤的能源。
3.养护。应对铝合金车轮进行精心维护保养，以延长使用期限与保持光泽，常规养护方法:( 1) 当车轮温度较高时，应让其自然冷却后再清洁，千万不能用冷水清洗。否则，会使铝合金车轮受损，甚至使制动盘变形而影响制动效果。另外，在高温时用清洁剂清洁铝合金车轮，会使车轮表面发生化学反应，失去光泽，影响美观。( 2) 当车轮上沾有难清除的柏油时，如果一般的清洁剂无济于事，可用刷子试着清除，但切勿使用过硬的刷子，尤其是钢刷，以免损伤表面。在此，向车主们介绍一种清除柏油的方法: 即选用药用“活络油”涂擦，可获得意想不到的效果。( 3) 车辆所在地区若潮湿或接近海滨，应勤清洗，以免盐分腐蚀铝表面。新形式车轮初次加工时，需采用新的机加工程序。加工后送三坐标测量仪测量尺寸，然后根据测量结果调整程序。在铝车轮加工方面，国内企业一般采用进口或国产的单轴立式或卧式数控机床、高精度CNC 加工单元，切削液冷却，传统的加工顺序是线外去除冒口，然后以毛坯外圆定位先车后钻，对于车轮而言加工精度足够。为了减少加工工序、提高生产效率和加工精度，同时满足环保要求，新的技术是采用高精度CNC 双轴立式加工单元，无切削液的干式加工———刀具微润滑空气冷却方式，加工顺序是先钻后车，以产品螺栓孔定位，车削转速3000 r /min，去冒口在钻床上完成，减少了钻冒口工序，尽管加工时没有切削液冷却，由于切削速度快产品的温升小，所以车轮的加工精度和效率均高于传统工艺的，是铝车轮加工技术的新趋势。( 4) 必要时清洁干净后，可对车轮打蜡保养，使其光泽永驻。
我国早已是世界铝车轮制造大国，但要成为强国还任重道远。当前铝车轮制造技术的主要发展趋势是自动化、智能化、节约资源与能源、环保。该方法可有效避免传统热处理工艺中经过固熔和一次时效虽使产品强度和韧性达到合格标准，因此和传统的热处理工艺相比，该工艺不仅可以节约成本，而且可以提高产品性能。
参考文献：
[1]李弘英, 赵成志编，铸造工艺设计，机械工业出版社, 2018
[2]叶扬祥编，涂装技术实用手册，机械工业出版社, 2018
[3]曾华良, 吴仲达编，电镀工艺手册，机械工业出版社, 2017
论文作者:尹学康
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/19
标签：车轮论文; 时效论文; 铝合金论文; 温度论文; 合金论文; 工艺论文; 加工论文; 《防护工程》2019年第5期论文;