吴志勇

摘 要：镁及镁合金是最轻的金属结构材料，具有很高的比强度和比钢度，近年来在汽车、航空航天、电子通讯等领域获得了迅速发展。镁轮毂在汽车行业的推广使用是汽车轻量化、节能环保的有效途径之一。针对此，本文研究镁合金汽车轮毂铸造工艺设计，以达到将镁合金在汽车轮毂生产中的广泛应用，实现汽车进一步轻量化的目的。

关键词：镁合金；轮毂；压力铸造工艺

轮毂是有关行车安全的重要结构件，其品质和可靠性不但关系到车辆和车上人员及物资的安全性，而且还影响到车辆行驶过程中的平稳性、操纵性、舒适性等性能，这就要求轮毂具有疲劳强度高、刚度和弹性好、尺寸和形状精度高、质量轻等特点。镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、铸造和切削加工性能好、热稳定性高、阻尼降噪等优点，因此，将其作为轮毂材料，可以有效提高汽车的安全性。

一、压铸镁合金的特点

（一）压铸镁合金的物理特性

第一，密度低、比强度和比刚度高，压铸镁合金的密度仅为铝合金的2/3、钢铁的1/4，比强度和比刚度均优于钢和铝合金，远高于工程塑料；第二，吸振性好，有利于减振和降噪；第三，尺寸稳定性高，使镁合金压铸件因环境温度和时间变化所造成的尺寸不稳定减小；第四，热导率高（60～70W·m-1·K-1），仅次于铝合金（约100～70W·m-1·K-1），故热扩散性良好；第五，无磁性，可用于电磁屏蔽。

（二）压铸镁合金的经济性

第一，镁合金的尺寸稳定性好，在压铸作业中收缩率一定，易事先预定；第二，生产率高，与铝合金相比，其比热容和结晶潜热小，在压铸型内凝固速度快，单位时间作业率可比铝合金压铸提高40%～50%，起模斜度也比铝合金压铸件小，更易保证获得表面粗糙度细的压铸件；第三，压铸型、坩埚和工具寿命长，镁合金液不与Fe、Co、Cr、W等元素相溶，对钢质工模具侵蚀作用小，可使用钢质坩埚和工具，压铸型寿命达20万次以上；第四，切削抵抗力小，切削性能好，可缩短机械加工时间，减少动力消耗，延长刀具寿命。

（三）压铸镁合金的耐蚀性

镁的化学活性高，以镁为基的合金和复合材料易发生电解腐蚀和微电池腐蚀，因此，一般低纯度压铸镁合金的耐蚀性不尽人意，但高纯度压铸镁合金（如AZ91D）由于严格规定了杂质含量，其盐雾试验的耐蚀性已超过压铸铝合金A380，远好于低碳钢。

二、镁合金轮毂压力铸造工艺

（一）镁轮毂材料的选择

Mg—Al合金是目前应用最广泛的铸造镁合金，AM系列镁合金具有优良的韧性和塑性，用于经受冲击载荷，安全性较高的场合。根据日本汽车标准协会标准JASO C608-75（汽车用轻合金辐板式车轮）规定：车轮处理后，从轮缘上取样，检查车轮材料的机械性能，应符合抗拉强度≥214Mpa，屈服强度≥114Mpa，延伸率≥7%，硬度HB≥60的要求。由于镁合金轮毂的工作环境温度一般不超过150℃，而AM系列中的AM60B合金，由于在压铸工艺过程中在金属型腔内的激冷作用，合金表面晶粒较细，无须再进行热处理，在铸态情况下就基本能满足轻合金轮毂的机械性能要求，因此一般选定AM60B合金作为镁轮毂压力铸造的原材料。

（二）镁合金轮毂铸造模具设计

由于汽车轮毂外形表面的不规则，所以在进行铸造时应充分考虑设计过程中轮毂主要外形尺寸确定的合理性以及一般原则。首先，要确保起模方便，在起模方向上留有结构斜度。主要铸造斜度（拔模斜度）α=5°30?；其次，铸件的壁厚要尽可能均匀，以减少和消除应力，防止缩孔和裂纹缺陷的产生，外形尺寸的确定中，铸件的最小壁厚，其平均壁厚为6mm，汽车轮毂的受阻收缩比例0.8%—1%；再次，铸件的转角处要留有铸造圆角，以防止裂纹、缩孔。铸造内外圆角R=2mm；最后，要有合理的铸件壁厚，其最薄的部分应保证金属液体充满。

（三）镁合金轮毂生产工艺流程

鉴于目前国内轻合金轮毂制造商生产的几乎全是铝合金轮毂，从熔炼、铸造、热处理、机加工到表面处理等各道工序都有各自较为成熟的工艺，因此，最终确定镁轮毂压力铸造工艺流程如下：原材料熔化→压力铸造→X射线探伤→非加工表面毛刺清理→机加工→检验→清洗和涂装。

轮毂是一个宽外缘轮形构件，壁厚而均匀、轮缘直径较大，因此，在压力铸造的过程中，需要注意轮毂的轮辐为重要部位，必须达到轮毂性能的使用要求；外轮缘部位需要防止产生缩孔、缩松和在浇注过程中卷气；轮毂的中心厚大部位需要防止缩孔和缩松的产生；整个轮毂铸件采用压铸工艺手段来保证消除构件的内部疲勞缺陷。在镁合金轮毂的生产工艺中，需要对模具预热温度、镁液浇注温度、增压压力、保压时间等参数进行合理控制，确保整个生产流程符合相关规定，保障镁合金轮毂的压铸质量。

三、结语

随着世界汽车轻量化进程的加快，节能化、轻量化成为我国汽车工业发展的必然趋势，在这种背景下，镁合金轮毂的制造成为主要研究方向。经过试验证明，镁合金轮毂压力铸造是一种新的可行的工艺，将镁合金应用于轮毂制造中，可以进一步加强镁合金轮毂生产制造的研究进程，发挥镁合金的自身优势，对轮毂进行优化与创新。

参考文献：

[1]侯立群，范云波，乔小蒙，徐永东，费良军，张海军.镁合金轮毂铸造工艺分析及低压铸造模具设计[J].特种铸造及有色合金，2015，12：1274-1276.

[2]黄建丽.镁合金轮毂压力铸造工艺研究[A].重庆市机械工程学会铸造分会、重庆铸造行业协会.2011重庆市铸造年会论文集[C].重庆市机械工程学会铸造分会、重庆铸造行业协会，2011：4.endprint