[发明专利]镁合金轮毂的双坩埚低压铸造方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种低压铸造方法及其设备，尤其涉及一种双坩埚低压铸造机，可以适用于镁合金轮毂的低压铸造。

背景技术

随着世界各国政府对节能、安全、环保的要求日趋严格，汽车行业将遇到越来越高的技术门槛。轮毂作为车辆上的高速运动部件，重量减轻可以有效的降低能耗、改善整车的加速及制动性能、提高驾乘舒适性及安全性。采用轻量化材料实现轮毂的更新换代是实现这一目的有效途径，目前用于汽车上的镁合金零件至少有60种，主要有仪表盘、座椅骨架、方向盘、引擎盖、变速箱、进气管、轮毂等。其中轮毂最具典型和标志意义。在车辆上采用镁合金轮毂能达到轻量化的目的，与铝合金轮毂相比，除重量减轻30％左右外，还有其它重要优点：(1)高减振特性：镁合金材料具有较高的阻尼系数，是铝合金的15倍，钢的60倍。(2)阻尼系数越大，振幅衰减越快，减振性能越好。使用镁合金轮毂可减少汽车引擎、悬吊托架及变速箱的震动，提高其使用寿命；同时也提高了汽车行驶过程中的平稳性、安全性和舒适性。据报道美国研制的一种镁合金汽车轮毂，在轮胎被扎破后仍能以不高于48km/h的速度行驶，汽车不受损害，可防止人身事故。同规格的镁合金轮毂比铝合金减轻30％左右。镁合金新型材料以其优异的特性成为人们关注的焦点。在欧美国家中，各国的汽车厂商正以汽车镁合金用量来作为车辆方法水平的标志。各国汽车生产厂纷纷投资入股镁原料生产企业，目的是控制稳定的价格和数量供应，这将进一步推动镁合金在汽车业的扩大应用。

早在1967年，英国奥斯汀(Austin)汽车便在Mini Cooper 1275S这款车上开始采用镁合金轮毂，而德国豪华车保时捷(Porsche)的911T也于1973年首次应用镁合金轮毂。由于价格昂贵、防腐问题的困扰，镁合金轮毂一直没在轿车上普及，只是在赛车和少量高级车上使用。但是，随着原镁材料价格的下降、镁合金防腐工艺的提高以及镁合金成形工艺的改善，镁合金轮毂在汽车、摩托车、自行车上的使用将越来越多。目前在汽车业中，镁合金轮毂除了在赛车上应用较多外，在各大汽车厂推出的概念车上也配备镁合金轮毂，目前，镁合金压铸件已在通用、奔驰、福特、大众、克莱斯勒、菲亚特-阿尔法等公司生产的汽车上投入实际应用。镁合金轮毂应用领域主要为高档摩托车和高级轿车，随着镁合金相关方法的不断研究发展，其成本必将降低，未来的车轮将逐步普及镁合金材料。目前国内的威海万丰镁业科技发展有限公司采用压铸工艺已经开始批量生产镁合金轮毂，山西闻喜银光镁业集团公司采用锻压工艺也开始批量生产高档镁合金轮毂。目前镁合金锻压汽车轮毂的价格比铝合金轮毂高约一倍，使得镁合金汽车轮毂取代铝合金轮毂存在很多困难。

基于液态铸造方法及设备，提高了镁合金轮毂铸造工作效率和节约材料，从而明显降低了生产成本，但目前铸造镁合金轮毂也存在问题。例如，原设计(尺寸、形状不变)替代，镁合金汽车轮的疲劳强度与铝合金轮毂相比差距巨大。因此，高质量、低成本的镁合金轮毂的铸造方法的开发将是镁合金轮毂大量应用的关键。有报导的生产镁合金轮毂的铸造方法有重力浇铸、真空压铸、充氧压铸、低压铸造等方法，但从公开的数据分析，距方法标准要求尚有差距。

低压铸造在铝合金轮毂的铸造中获得巨大成功，但低压铸造用于镁合金轮毂的生产却出现许多问题。用于高温的镁合金液容易氧化、燃烧和爆炸，因此低压铸造用于镁合金轮毂的生产过程变得复杂，包括金属的添加、镁液净化处理、氧化渣的清理等。为了保证生产的进行，坩埚容积一般不能太小，大容积坩埚高温反复充压，容易使坩埚鼓肚，甚至开裂，坩埚开裂伴随镁液漏入炉膛，此时必然发生爆炸的重大事故，因此安全性差始终是镁合金低压铸造的噩梦。随生产进行，坩埚中液面不断变化，从而造成铸造工艺参数不稳定，而镁合金对工艺参数又十分敏感，因此，低压铸造镁合金产品质量稳定性不好。铸造镁合金的结晶温度间隔一般都比较大，其组织中的共晶体量亦较少，体收缩和线收缩都较大；镁的密度小、热容量低(体积比热和凝固潜热分别为铝的75％和36％)，从而压头小、易凝固使充型困难；组织粗大、疏松、疏孔对铸件厚度十分敏感，使壁厚效应问题十突出；铸件的热裂倾向也较大，镁合金的铸造性能和铝合金相比要差。因此，对镁合金铸造基本理论的研究说明，低压铸造并不能保证能获得性能良好的轮毂产品，尤其是上述铸造缺陷对轮毂的疲劳强度十分不利。因此，传统低压铸造镁合金轮毂性能较低，不能满足方法标准的要求。

为了扩大镁合金轮毂的市场和应用，需要能生产品质符合汽车质量标准的铸造成形方法。

发明内容