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鎂合金概述
2014-12-16

二.鎂合金輪轂電磁泵低壓鑄造

除了原材料的價格因素外,成形工藝的優劣直接關系到輪轂的質量,同時制造成本的高低也決定了輪轂產品的價格。因此,高質量、低成本的鎂合金輪轂的成形技術的開發將是鎂合金輪轂大量應用的關鍵。目前有報導的生產鎂合金輪轂的方法有重力澆鑄(6)、真空壓鑄(7)、充氧壓鑄(8)、低壓鑄造(9)等方法。此外,也可以采用鍛造法。與前述幾種方法相比,電磁泵電磁泵低壓鑄造具有特殊的優勢。

目前在國際上比較流行的Cosworth工藝(10)應用于生產一級方程式賽車發動機,可以得到非常高質量的鑄件,其關鍵技術之一就是采用了電磁泵充型低壓鑄造技術。傳統的低壓鑄造方法主要采用壓縮空氣充型、保壓來完成鑄造過程。電磁泵是一種輸送導電流體的設備,它的基本原理(如圖1):通以電流的液態金屬在磁場中受到洛倫茲力的作用而產生定向移動。其主要參數是電磁鐵磁場間隙的磁感應強度B (單位T) 、流過液態金屬的電流密度j (單位A/mm2) 以及處于磁隙間升液方向上的金屬液體長度L。它們與電磁泵的主要技術性能指標——壓頭(ΔP) 間存在如下關系(11)當電流和磁場足夠大時,產生的力可以滿足一般低壓鑄造的要求。圖2為電磁泵低壓鑄造工藝的示意圖。首先將經過精煉凈化的金屬液倒入保溫爐內,如有必要再進行二次精煉。當金屬液達到澆注溫度時,即可在計算機控制下進行充型,充型時金屬液流量是根據鑄件不同截面處體積不同進行流量控制的,這樣可以保證不同截面處液面平穩上升,從而達到平穩充型目的。當金屬液充滿鑄型,經過一定結殼時間后,即可進行升壓保壓,這樣可以確保鑄件質量。

電磁泵低壓鑄造鎂合金輪轂具有以下優點:

①電磁泵充型由于不是在完全密封的環境下充型,故可對保溫爐內鎂液進行細化、凈化等處理。充型過程中由于電、磁都可以按預先設計的工藝方案執行,可保證充型過程的平穩進行。

②相對于氣壓式低壓鑄造系統來說,電磁泵在鑄件升壓和保壓過程中,只是在升液管中受壓,坩堝不受任何壓力,因此,大大提高了鎂合金低壓鑄造的****系數。

③保溫爐只是需要相對密封,這樣有利于采用氣體保護。而普通低壓鑄造設備必須要求良好的密封條件,操作時必須采用惰性氣體或熔劑保護,提高了生產成本和降低了工作效率。

④采用電磁泵可以實現設備的連續工作,不會因中間加料而中斷操作,采用氣壓式低壓鑄造時在加料過程中必須中斷操作。

已有研究表明,電磁泵低壓鑄造裝置生產鋁合金摩托車輪轂,所得輪轂的性能優于傳統低壓鑄造(12)。但是,鎂合金有其獨特的合金性能,因此在開發適合鎂合金成形的工藝時,需要注意模具設計、參數設定等特殊的地方:

① 由于鎂合金的比熱較小、凝固潛熱較小,所以合金液的冷卻速度快,鎂合金溶液很快在模具型腔中凝固,所以要求充型時間很短,才能保證鑄件沒有冷隔、欠鑄或成型不良等鑄造缺陷(13)。

② 由于鎂合金與鐵的親和性較低,加之優良的熱收縮特性,因此可以采用較小的拔模斜度,有時甚至可以采用零起模斜度。

③ 鎂合金同鋁合金相比,對模具溫度的要求更為嚴格,因此為獲得優質的鑄件,****采用模溫控制器。

④ 為避免鑄造裂紋,應采取以下一些措施:細化晶粒,提高合金的抗裂性能;嚴格控制鑄型各部位涂料材料和涂料厚度,防止各部位冷速不均而造成應力集中;提高鑄型的預熱溫度等。

三.結束語

鎂合金輪轂用于汽車、摩托車、自行車有其獨到的優點,因此鎂合金輪轂在車輛工業的應用量必然會迅猛增長。研究開發適合鎂合金輪轂的成形工藝勢在必行。電磁泵低壓鑄造技術以其特有的優勢,可以預計將在鎂合金輪轂的生產中發揮重要作用。

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