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原文传递薄壁镁合金轮毂生产应用关键技术研发

论文题名：	薄壁镁合金轮毂生产应用关键技术研发
关键词：	摩托车轮毂;薄壁镁合金;真空高压铸造;表面处理;结构设计优化;台架试验;低疲劳失效
摘要：	镁合金作为最轻的商用金属结构材料,具有比重轻、比强度高、比刚度高,以及良好减振降噪性、电磁屏蔽性和铸造性能佳等一系列优点。将镁合金用于轮毂能显著降低车辆运动部件的惯性质量及燃油消耗,提高车辆加减速动力学特性及驾乘舒适度。尽管镁合金在轮毂上的开发应用具有重大的技术、经济和社会价值,但目前还没有适合镁合金工艺特性的高品质铸造轮毂量产技术。　　本研究针对镁合金工艺特性和镁轮毂对工艺品质的苛刻要求,以突破镁合金轮毂铸造生产关键技术、形成量产技术系统为目标,以材料显微分析、结构三维建模、服役状态有限元分析、铸造过程虚拟现实、传输过程理论分析为手段,通过技术、材料、产品、装备的创新,开发了轮毂用高强韧镁合金、适合薄壁轮毂结构特点的高压铸造方法、高压铸造配套高动态响应抽真空方法、轮毂材料替代设计、抗划伤高硬耐蚀表面涂装等关键技术,并以新感觉出口摩托车轮毂为对象,完成了铸造工艺、设备及模具的开发,筹建了镁合金轮毂专用真空高压铸造单元,在工业条件下进行了实验生产验证。　　获得的主要研究结果如下: 　　 1.研究了高压铸造环境下,热参数、熔体-型腔热交换、流动参数对镁合金熔体两相置换充型流态及型腔气体排溢的影响规律;掌握了高压状态下镁合金复相充型流动、传热和凝固行为及凝固组织形成规律,为高致密、可热处理镁合金构件的高压铸造生产技术的开发奠定了理论基础。　　 2.针对薄壁镁轮毂热节分散、传统单一部位加压补缩易出现裂纹和组织疏松的现状,在研究镁合金轮毂铸件几何结构、凝固压力、工艺设计思想对铸件内凝固压力传递和铸件内部组织的影响的基础上,提出了以周边充型及周边和中心同时补压为特征的新型高压铸造方法,为致密轮毂铸件的生产奠定了工艺基础。　　 3.在抽真空动力学理论基础上,研究了型腔气体流动理论规律,分析了真空排气道截面积、排气速度及型腔容积对抽真空时间的影响,开发了符合真空动力学要求的高动态响应特性的新型抽真空技术原型。采用该抽真空方法,型腔在0.3s达到95％的真空度,在0.8s达到97％真空度,在2.1s达到99％真空度,为轮毂铸件的热处理奠定了技术基础。　　 4.在对Mg-Al-Zn系合金进行系统研究的基础上,确定了AZ81为该系列合金的最佳轮毂材料,并确定该合金的最佳固溶处理工艺参数为:400℃/10h固溶+200℃/12h时效。服役态合金铸态的抗拉强度σb为236.14MPa,合金的延伸率为8.62％,合金的洛氏硬度72,冲击韧性为22.6J,二阶损耗因子为0.0345。　　 5.针对轮毂服役对表面防腐、耐磨性的要求,通过对各种表面预处理及有机涂层工艺的对比研究,开发出了满足低档和高档轮毂服役要求的两种表面涂装工艺:低端镁轮毂的表面处理工艺为无铬转化+阴极电泳+有机硅复合陶瓷涂料;高端轮毂的表面处理工艺为微弧氧化+阴极电泳+丙烯酸涂料+有机硅复合陶瓷涂料。高端涂层硬度达到7H,耐磨率为0.45,能耐1000小时以上的中性盐雾腐蚀。　　 6.根据镁合金的低疲劳失效特点,通过调节幅条倾角、增大辐条与轮辋连接部位的过渡圆弧半径等方法,对轮毂结构进行优化再设计,使其服役应力由原铝轮毂的49.45MPa降低到27MPa,在确保轮毂服役的安全可靠性的基础上,实现减重约39％。　　 7.以新感觉出口摩托车轮毂为对象,以计算机技术与生产实践相结合的模式,完成了轮毂高压真空铸造单元的建设、工艺及模具的优化设计与制造,并采用正交试验法确定优化工艺参数组合为:680℃浇注温度、120Bar补压压力、50％慢压射流量、8快压射圈数、4.0m/s的冲头的快压射速度。优化工艺下生产的镁轮毂经过机加工和表面处理后,通过了标准的台架试验和耐蚀性能考核。　　上述研究结果为高性能低成本镁合金轮毂结构件的生产及应用提供可靠的理论基础及参考价值。
作者：	徐绍勇
专业：	材料加工工程
导师：	龙思远
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文