1、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 鋁輪圈的鍛造與加工工藝姓 名： 徐吉棟學(xué) 號： 0702043312院 系： 機(jī)電工程系專 業(yè)： 機(jī)電一體化指導(dǎo)老師： 魏博2010年03月15日山東鋁業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 目錄緒論.31. 鋁輪圈的優(yōu)缺點(diǎn).41.1重量輕，提高馬力41.2安全性能佳51.3缺點(diǎn).52鋁輪圈的鑄造與成型6 2.1一種汽車鋁合金輪圈的制造方法.6 2.2鋁合金輪圈鑄造模流分析.11 2.3輪圈鑄造缺陷程度判斷準(zhǔn)則.14 2.4穩(wěn)態(tài)溫度狀態(tài)下之輪圈鑄造模擬分析17模擬重復(fù)鑄造過程以達(dá)到穩(wěn)態(tài)模具溫度狀態(tài).20穩(wěn)態(tài)模具溫度下吹氣冷卻對縮孔指標(biāo)之影響.21穩(wěn)態(tài)模具溫度下吹水冷卻時間對縮孔指標(biāo)之影響22 2.5輪

2、圈外型與鑄造質(zhì)量影響比對分析24 肋幾何形狀對鑄造質(zhì)量的影響26 SI指標(biāo)與輪圈泄氣率之關(guān)系.273.鋁輪圈的外觀品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)28總結(jié)31參考文獻(xiàn).32致謝33緒論隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代社會越來越科技化了，汽車已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，越來越多的人開始使用汽車了，在這個高速發(fā)展的社會里，人們外出已經(jīng)離不開汽車了，不管是去很遠(yuǎn)的地方還是去附近的一些地方都會乘坐汽車的，而作為汽車的主要部件，汽車輪圈發(fā)揮了很大的作用，什么樣的輪圈才是最好的呢，本文向大家介紹了鋁制輪圈。鋁輪圈的優(yōu)缺點(diǎn)大家應(yīng)該常聽說用輕合金輪圈比鋼圈好，到底好在哪里？好到什么程度？以下作一個完整的比較，給各位參考：重量輕，省油：以直徑13吋為例，

3、鋁合金輪圈約比鋼圈輕11，14吋約輕22，直徑越大，則相差越大，到大型車使用的22.5吋輪圈，約較輕50左右。以1.6自排房車為例，約可以節(jié)省1.76的耗油量。1.1重量輕，提高馬力：對于喜愛大尺寸輪圈的車主，更需要采用重量較輕的輕合金輪圈，來換回馬力。當(dāng)然對于喜愛重踩油門的追風(fēng)族，也多少提供一點(diǎn)瞬間加速的快感及操控的靈敏度。散熱效果好：鋁合金不僅熱傳性能佳，而且多變化的造型設(shè)計(jì)，可以幫助通風(fēng)散熱，如此可以提高輪胎壽命，減少爆胎危險(xiǎn)，以1.6自排房車為例，約可以增加56千公里壽命；也提高煞車來令片(提高1倍左右)及煞車油壽命，亦降低因煞車溫度過高而煞車失靈的危險(xiǎn)。真圓度及均質(zhì)性較佳：可以降低車

4、輛行駛的震動及噪音。美觀多變化：以鑄造方法成形，造型結(jié)構(gòu)變化大；本身的金屬光澤。多變化的涂裝及電鍍等方式，造就亮麗的外型。1.2安全性能佳：輕合金輪圈的安全性能測試比較鋼圈嚴(yán)格許多，因?yàn)樗|(zhì)脆，所以必須額外通過嚴(yán)格沖擊試驗(yàn)才行；另外彎矩疲勞試驗(yàn)小貨車輪圈為例，輕合金輪圈必須通過比鋼圈承受大1.13倍的負(fù)載，進(jìn)行比鋼圈長3.33倍壽命的測試；再以徑向疲勞試驗(yàn)小貨車輪圈為例，輕合金輪圈必須通過比鋼圈承受大1.02倍的負(fù)載，進(jìn)行與鋼圈相同長壽命的測試。所以一個通過安全性能測試的輕合金輪圈，應(yīng)該足以應(yīng)付一般消費(fèi)者的正常使用情況。回收成本低：鋁材回收成本較鋼材低，再利用效率高，更符合環(huán)保要求。1.3缺點(diǎn)

5、質(zhì)脆：通常延伸率較低，允許變形的能力較差，所以品質(zhì)不佳的輕合金輪圈，容易產(chǎn)生斷裂的危險(xiǎn)。因此對輕合金輪圈進(jìn)行安全性測試是非常重要的事。品質(zhì)一致性較差：因?yàn)橹圃爝^程較復(fù)雜(包括材質(zhì)成份。鑄造技術(shù)。模具設(shè)計(jì)。熱處理過程。切削及涂裝過程),容易因人為疏失而產(chǎn)生問題。價(jià)錢較貴：以國產(chǎn)15吋輪圈為例，目前市價(jià)鋁圈約為鋼圈1.7倍。尤其鎂圈或鈦圈更貴，幾乎每個都在萬元以上，另外2片或3片組合式的鋁圈，也在萬元上下。大尺寸依然具有技術(shù)瓶頸：以國內(nèi)傳統(tǒng)的重力鑄造。低壓鑄造方法，最大只能生產(chǎn)直徑1819吋以下的鋁圈，尺寸越大，產(chǎn)品不良率越嚴(yán)重，建議讀者想購買18吋以上的輕合金輪圈，最好選用知名品牌的產(chǎn)品，至少以

6、后出問題時，還能知道找誰理論。當(dāng)然還有其它鑄造法(傾斜式。差壓式及溶湯鍛造式)及鍛造法，各具特色。(有機(jī)會再為各位作進(jìn)一步說明)眼尖的讀者應(yīng)該會注意到在路上有些大巴士(大卡車)好像也用輕合金輪圈，沒錯您看到的大概是22.5吋的大型輪圈，這些輪圈絕大部份是進(jìn)口的，沒有人知道這種輪圈品質(zhì)如何？國內(nèi)也無法可管，不過我相信它對于大型車的煞車效果幫助一定很大。在我國汽車用18吋以下輕合金輪圈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試項(xiàng)目有三種，分別如下：彎曲力矩耐久試驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)室以彎曲力矩耐久試驗(yàn)，來模擬汽車在轉(zhuǎn)彎時，在輪圈所必須承受的彎曲力的反復(fù)疲勞作用，輪圈的肋骨及安裝盤面是否在規(guī)定的壽命內(nèi)，不會產(chǎn)生裂紋或螺栓(螺帽)松脫

7、的危險(xiǎn)情況。承受的彎曲力的反復(fù)疲勞作用，輪圈的肋骨。安裝盤面及胎環(huán)是否在規(guī)定的壽命內(nèi)，不會產(chǎn)生裂紋或螺栓(螺帽)松脫的危險(xiǎn)情況。鋁輪圈的鑄造與成型1、一種汽車鋁合金輪圈的制造方法，其特征在于，包括a、采用鋁合金材料，通過鋁擠型加工方式，制成斷面形狀與所需要輪圈斷面造型相同的長條平板形狀的鋁擠型板；b、通過圓周長公式的計(jì)算，用機(jī)具裁剪成特定長度的鋁擠型板；c、將裁剪成特定長度的鋁擠型板，放置在一組上模具、下模具之間，經(jīng)由沖壓加工方式使鋁擠型板兩端形成弧緣；d、在鋁擠型板成型為弧緣的兩端，裁切特定的傾斜角度；e、將兩端具有傾斜角度的鋁擠型板，放置在一組活動模具中，該活動模具包括設(shè)有一圓形外輪廓面的

8、心模塊以及可活動脫模的左右兩模塊，心模塊可在鋁擠型板上活動位移，使活動的左右模塊通過油壓系統(tǒng)驅(qū)動而相互位移，呈靠近或分離狀態(tài)，兩活動模塊靠合時，將鋁擠型板一次壓合成型一圓圈體，并在圓圈體上形成一等寬平行的接縫；f、由焊接設(shè)備將接縫焊合；g、進(jìn)行金屬表面硬化處理；h、進(jìn)行CNC自動車削加工，使圓形圈體壁厚達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，且形成光滑的外表面，成為汽車輪圈的半成品。 鋁合金輪圈的鑄造方式屬于永久模鑄造法，此鑄造法除了考慮模具的尺寸設(shè)計(jì)與鑄模的翹曲外，鑄造過程所產(chǎn)生的鑄件疵病，經(jīng)常是輪圈在鑄造上所遇到的主要問題，而工程師也經(jīng)由討論鑄造疵病進(jìn)而回溯設(shè)計(jì)模具，或修改制程參數(shù)，來降低輪圈鑄造時所產(chǎn)生的缺陷問題。

9、 圖1.1為鋁合金輪圈鑄造模具示意圖，由于鋁合金輪圈肋與胎環(huán)交接部分的幾何型態(tài)變化很大，使得此處于凝固時不易得到中央冒口、胎環(huán)冒口鋁水的補(bǔ)充，加上不干凈的鋁水、澆注的溫度過高或太低、澆注的流速過快或過慢、不穩(wěn)定的模具溫度、不佳的通氣性、不當(dāng)?shù)哪＞吲c冷卻設(shè)計(jì)等，造成陷入鋁水的氣體無法如預(yù)期般排出、凝固時缺乏方向性，產(chǎn)生鑄件氣孔、各種縮孔、充填不足等現(xiàn)象，使得鋁合金輪圈無法通過漏氣測試以及疲勞測試。   圖1.1 鋁合金輪圈鑄造模具示意圖 近年來鑄造相關(guān)研究可以分成兩個主要方向，一類是針對鑄造材料的一些細(xì)部特性進(jìn)行觀察，如結(jié)晶、裂縫的成長等Caton, 2001; Cho, 2001，希

10、望藉由鑄造材料成分的或是改變某化合物所占的比例以改善鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量；另一類則如Gwyn1998對鑄造設(shè)計(jì)時所需考慮的因素，鑄造方法、鑄造截面設(shè)計(jì)、鑄造截面連接處設(shè)計(jì)、表面整體性、內(nèi)部整體性、尺寸大小等進(jìn)行探討，針對整個鑄造流程以數(shù)學(xué)模型、CAE工具加以仿真、檢討，并經(jīng)由實(shí)驗(yàn)比對模擬結(jié)果，希望由模具、鑄件的設(shè)計(jì)，或應(yīng)用各項(xiàng)幫助冷卻凝固的方法，找出最佳的鑄造流程及參數(shù)來提升產(chǎn)品的質(zhì)量，這也是本研究探討汽車輪圈鑄造問題嘗試采取之方向。 2. 鋁合金輪圈鑄造模流分析 以Pro-E建立欲進(jìn)行仿真分析之輪圈計(jì)算機(jī)實(shí)體模型，并以ANSYS網(wǎng)格此分析模型，配合自行撰寫之程序?qū)⑤喨W(wǎng)格模型匯入鑄造分析軟件Pro

11、CAST中，圖2.1所示即為所建立計(jì)算機(jī)實(shí)體模型各部位之名稱與匯入ProCAST之有限元素模型，并將鑄造程序中實(shí)際之鋁水初始溫度、澆注時間、吹氣吹水冷卻時間、模具初始溫度等邊界條件，施加于ProCAST有限元素模型進(jìn)行輪圈鑄造仿真。   圖2.1 輪圈計(jì)算機(jī)實(shí)體模型與有限元素模型 圖2.2為鋁合金輪圈鑄造流動與溫度分布分析結(jié)果，右側(cè)顏色區(qū)塊對應(yīng)分析溫度單位為，圖中鋁水充填時間共花費(fèi)16秒，由圖中可以看出在充填鋁水的同時即產(chǎn)生熱交換的作用，因此鋁水流動的過程將影響鑄件與模具的制程溫度，且經(jīng)由鋁水的流動狀態(tài)可觀察到模穴內(nèi)鋁水卷氣的現(xiàn)象，如圖中分析時間8秒之胎環(huán)處可看到一明顯的空洞，雖說此

12、時鋁水的流動性良好，氣泡應(yīng)可順利排出，但若可避免此一現(xiàn)象將有助于鑄造質(zhì)量的提升。圖2.2圓圈標(biāo)示處顯示輪圈鑄件散熱不均勻現(xiàn)象，此圖顯示輪圈凝固時，溫度下降的變化無法均勻由鑄件最下處往上降溫，卻于胎環(huán)及輪圈肋部區(qū)域產(chǎn)生一熱集中區(qū)，位于此區(qū)域的鋁合金熔液若是無法順利得到胎環(huán)冒口或是中央冒口鋁水的補(bǔ)充，則此區(qū)域?qū)⑿纬梢后w陷入(Liquid-entrapped)現(xiàn)象Kreziak, 1993，亦為輪圈鑄件最可能產(chǎn)生鑄造缺陷之位置。 選取胎環(huán)與輪圈肋交接的位置并進(jìn)行此位置的剖面觀察，圖2.3為輪圈鑄件包含胎環(huán)與輪圈肋交接的縱剖面圖，圖右側(cè)顏色區(qū)塊對應(yīng)鋁合金凝固比率（1為100%凝固，0為0%凝固），由此

13、圖可以清楚的觀察到胎環(huán)與輪圈肋交接區(qū)周遭的鋁合金凝固比率大于關(guān)鍵凝固比率(Critical solid fraction)70%Kreziak, 1993，使得此區(qū)無法得到胎環(huán)以及中央冒口的鋁水補(bǔ)充，因而產(chǎn)生Liquid-entrapped現(xiàn)象，圖中以圓圈標(biāo)示之處即為得不到由冒口補(bǔ)充之Liquid-entrapped位置。   圖2.2 鋁合金輪圈鑄造流動與溫度分布圖   圖2.3 輪圈凝固狀態(tài)縱向剖面圖 圖2.4為元富鋁業(yè)工程師所提供此分析鋁合金輪圈之鑄造實(shí)際狀況，圖中經(jīng)由探傷液所探測出的鋁合金輪圈缺陷部分將以紅色顯示，其中可以看出位于胎環(huán)與輪圈肋交接處有明顯的缺陷產(chǎn)生，

14、從缺陷的分布看來此缺陷分布由中央部分向外擴(kuò)展沒有切斷輪圈的肋骨部分，而于輪圈肋部處形成一個不連續(xù)的破壞區(qū)域，此缺陷明顯為非結(jié)構(gòu)性破壞，乃由不良的鑄造環(huán)境所造成的鑄造缺陷，而此缺陷產(chǎn)生的位置與輪圈模型所仿真出的Liquid-entrapped現(xiàn)象位置相同。進(jìn)一步與元富鋁業(yè)工程師討論此分析結(jié)果，得知決大部分鋁合金輪圈鑄造問題皆發(fā)生于胎環(huán)與輪圈肋交接處，與分析結(jié)果相符，于是如何將分析結(jié)果以一定量的方式表示輪圈鑄造產(chǎn)生的缺陷程度將于以下進(jìn)行討論。   圖2.4 鋁合金輪圈實(shí)際鑄造缺陷位置 3. 輪圈鑄造缺陷程度判斷準(zhǔn)則 仿真軟件所提供的判斷準(zhǔn)則為一種定性的圖像型顯示方式（如圖2.2、2.3）

15、，僅可以快速的提供設(shè)計(jì)者缺陷形成的位置與視覺上的缺陷大小，對于缺陷產(chǎn)生的程度無法有明確量化數(shù)據(jù)，且僅能提供二維平面顯示，實(shí)際胎環(huán)與輪圈肋部Liquid-entrapped區(qū)域乃是三維的空間，因此根據(jù)上述的討論結(jié)果定義出以下的輪圈鑄造分析模擬之縮孔指標(biāo)(Shrinkage Index, SI)，期望能有一量化方式由計(jì)算機(jī)仿真分析軟件之分析結(jié)果，推估輪圈鑄造過程中因前述Liquid-entrapped現(xiàn)象造成縮孔，以致產(chǎn)生缺陷之程度。 圖3.1顯示輪圈胎環(huán)與肋交接區(qū)域范圍，選取輪圈安裝盤面外40mm與適當(dāng)可包含輪圈肋之區(qū)域，并以輪圈肋交接胎環(huán)最高位置及輪圈J部三個條件決定選取的取樣范圍，所取得之指

16、針范本如圖3.1右側(cè)之有限元素模型。   圖3.1 收縮指標(biāo)取樣范圍 鋁合金輪圈鑄件在凝固時若無法得到冒口提供之鋁水補(bǔ)充，則Liquid-entrapped現(xiàn)象將會出現(xiàn)于輪圈鑄件之中，因此對于縮孔指標(biāo)SI取樣時間的選擇，則依照輪圈鑄件提供的胎環(huán)冒口與中央冒口可正常供應(yīng)鋁水的時間，作為縮孔指標(biāo)取樣時間，以Critical solid fraction 70%作為判斷冒口停止供應(yīng)鋁水的依據(jù)。圖3.2顯示當(dāng)胎環(huán)冒口供應(yīng)鋁水至輪圈鑄件時，胎環(huán)與輪圈肋交接上方位置（圖3.2第一個圓圈位置）已有鋁合金凝固超過70%，阻斷了胎環(huán)冒口的補(bǔ)充進(jìn)料，此時胎環(huán)冒口對于斷料部分以下的輪圈鑄件失去了效用，但中

17、央冒口仍繼續(xù)提供鋁水的補(bǔ)充，直到圖3.2中以圓圈標(biāo)示的輪圈肋處，亦出現(xiàn)鋁合金凝固達(dá)70%阻斷中央冒口鋁水進(jìn)料補(bǔ)充，此時間輪圈的兩個冒口皆失去作用，但位于胎環(huán)與輪圈肋交接位置仍有尚未凝固的鋁合金金屬，于是選取此狀態(tài)為縮孔指標(biāo)的取樣時間標(biāo)準(zhǔn)。 為得到正確縮孔指標(biāo)取樣時間，將選取的取樣范圍進(jìn)行多段的切面討論，圖3.3的藍(lán)色虛線方框即為對取樣范圍肋部處，進(jìn)行每一個切面的觀察，并以程序判斷切面的凝固時間，選取一正確阻斷中央冒口進(jìn)料的縮孔指標(biāo)取樣時間，圖中右側(cè)部分即為選定的縮孔指標(biāo)取樣時間下，切面的鋁合金凝固狀態(tài)，圖中切面的鋁合金皆凝固70%以上。 選定取樣范圍與取樣時間，理想上應(yīng)計(jì)算出在此取樣時間下之取

18、樣范本下，凝固比率低于70%的體積大小，作為縮孔指標(biāo)SI的值，但實(shí)務(wù)上ProCAST并不提供體積計(jì)算所需信息。本研究輪圈有限元素模型中每個元素體積大小大致相同，因此以程序計(jì)算在此取樣時間下之取樣范本，共有幾個凝固比率低于70%的節(jié)點(diǎn)數(shù)，以此數(shù)值表示Liquid-entrapped現(xiàn)象在三維空間中的程度大小，即為縮孔指標(biāo)SI的值。   圖3.2 輪圈冒口失效狀態(tài)   圖3.3 收縮指標(biāo)取樣時間               4. 穩(wěn)態(tài)溫度狀態(tài)下之輪圈

19、鑄造模擬分析   初始分析過程中將模具溫度設(shè)定為同樣之溫度，也就是整個模具的溫度為單一的溫度，而實(shí)際鑄造程序模具的溫度乃是模穴內(nèi)溫度最高，依序遞減至模具外部，且元富鋁業(yè)工程師正式生產(chǎn)鋁合金輪圈前，都會先進(jìn)行試模再次預(yù)熱模具，視鑄件產(chǎn)出狀況判斷模具是否以達(dá)穩(wěn)態(tài)溫度，加上冷卻條件對于實(shí)際狀況而言具有累加性，因此整個仿真程序?qū)⒛们耙淮舞T造輪圈的模具溫度，當(dāng)作下一次鑄造輪圈的模具初始溫度。如此反復(fù)仿真至模具達(dá)一穩(wěn)態(tài)溫度后，仿真結(jié)果方能據(jù)以判斷鑄造質(zhì)量。 4.1 模擬重復(fù)鑄造過程以達(dá)到穩(wěn)態(tài)模具溫度狀態(tài) 前述分析模具邊界條件的設(shè)定為整個模具任何一處皆為360 等溫，作單一次之鑄造分析模擬。在此依

20、然將此條件作為整體分析之初始條件，但模擬以同一模具重復(fù)進(jìn)行10次鑄造之過程，而將前一次的仿真完成后之模具溫度，作為下一次模之初始模具溫度，并考慮兩次模擬分析之間取出鑄件時，模具于大氣中靜置冷卻的條件，如此進(jìn)行鋁合金輪圈鑄造分析10次澆注開模、合模的模擬。 圖4.1為反復(fù)分析的模具溫度變化示意圖，圖中顯示邊模與下模模具于反復(fù)分析中的溫度變化，顏色區(qū)塊對應(yīng)分析溫度單位為，一開始整個模具為360 ，澆注完畢后已可看出鑄件模具已非等溫，吹氣以及吹水冷卻直接影響模具的溫度，間接作用于鑄件上，最后取出對象，將分析完畢的模具溫度作為下次分析的模具初始溫。   圖4.1 反復(fù)分析鑄造模具溫度變化示意

21、圖 經(jīng)過10次的反復(fù)分析，觀察各個分析Liquid-entrapped現(xiàn)象變化情形如圖4.2所示，圖中表示出第一次至第九次模擬分析的輪圈縱向剖面，選取時間為Liquid-entrapped形成時間，圖中數(shù)字代表分析的次數(shù)，從圖中看出Liquid-entrapped由胎環(huán)與輪圈肋交接的中段處開始形成，并隨著鑄件模具溫度的收斂逐次向中央冒口移動，而其所占區(qū)域的大小亦慢慢產(chǎn)生變化，于第三次分析后便大致看出Liquid-entrapped產(chǎn)生的位置，而于第五次分析后，Liquid-entrapped的位置以及大小慢慢收斂，圖4.3為縮孔指標(biāo)SI隨著分析次數(shù)的變化，圖中SI數(shù)值于第8次分析后逐漸收斂，顯

22、示鑄件模具溫度于反復(fù)第8次分析后達(dá)成分析收斂狀態(tài)，且觀察模具收斂狀態(tài)下所得到的Liquid-entrapped分析位置，更接近元富鋁業(yè)公司鋁合金輪圈實(shí)際產(chǎn)生的縮孔位置。   圖4.2 Liquid-entrapped現(xiàn)象反復(fù)分析下之狀態(tài)   圖4.3 反復(fù)分析下SI指標(biāo)之變化 4.2 穩(wěn)態(tài)模具溫度下吹氣冷卻對縮孔指標(biāo)之影響 吹氣冷卻對于輪圈鑄造程序上確實(shí)具有其影響程度，其直接作用于邊模模具上，間接影響胎環(huán)與輪圈肋相接處，若吹氣冷卻之時間太長，將提早胎環(huán)冒口失效時間，太短則無法于中央冒口失效前，盡量帶離胎環(huán)與輪圈肋交接處之熱量，使Liquid-entrapped愈驅(qū)明顯。 表

23、4.1為不同的吹氣冷卻時間于輪圈型號905之制程程序，表格中之時間為Liquid-entrapped的形成時間，表中灰色表格為原始的905吹氣冷卻時間，以每提早及延后40秒鐘吹氣時間為間隔，其中第一格部分為澆注完畢便馬上啟動吹水冷卻條件，表中可看出不同吹氣冷卻條件下Liquid-entrapped形成時間相同，表示吹氣冷卻僅影響胎環(huán)冒口失效時間。圖4.4為吹氣冷卻時間與SI之?dāng)?shù)值關(guān)系變化，從圖中看出隨著吹氣冷卻時間縮短，SI數(shù)值增加，降低邊模帶走胎環(huán)與輪圈肋交接處之熱量，因此在Liquid-entrapped形成時間相同下，較長的吹氣冷卻時間可使SI數(shù)值降低，但過長的吹氣冷卻使胎環(huán)冒口補(bǔ)充鋁水

24、之時間縮短，使SI數(shù)值提高，因此元富鋁業(yè)工程師決定以66240秒之時間作為吹水冷卻作用時間，可說相當(dāng)恰當(dāng)。 表4.1 不同吹氣冷卻作用時間下SI與Liquid-entrapped形成時間   作用時間16240秒 作用時間26240秒 作用時間66240秒 作用時間106240秒 作用時間146240秒 SI 21 20 20 26 35 Time(sec.) 163 164 164 164 164     圖4.4吹氣冷卻時間與SI數(shù)值關(guān)系 4.3 穩(wěn)態(tài)模具溫度下吹水冷卻時間對縮孔指標(biāo)之影響 吹水冷卻對于鋁合金輪圈鑄造程序具有相當(dāng)之影響性，經(jīng)由吹水冷卻直接影響下

25、模的模具溫度，下模模具再影響輪圈肋部鋁合金熔液的凝固情形，間接決定中央冒口補(bǔ)充鋁水于胎環(huán)與輪圈肋處之作用，因此如何決定施加于下模模具的吹水冷卻條件時間，將影響冒口供應(yīng)鋁水至胎環(huán)與輪圈肋處之時間，并決定冒口失效的時間與SI的數(shù)值。 表4.2整理出不同的吹水冷卻作用時間于輪圈型號905之制程程序，表格中之時間為Liquid-entrapped的形成時間，當(dāng)吹水冷卻作用時間被減少為20秒時，鋁輪圈鑄件無法于成型時間內(nèi)成型，因此不考慮其SI值與Liquid-entrapped的形成時間。表中灰色表格為原始的905吹水冷卻時間，以每增加及減少10秒鐘吹水時間為間隔，觀察其SI值的變化，圖4.5為吹水冷卻

26、時間與SI之?dāng)?shù)值關(guān)系變化，從圖中可看出吹水冷卻時間過長，反而造成冒口失效時間提前，SI值增高、降低輪圈鑄造品質(zhì)。而吹水作用時間于30秒及40秒時，兩者SI數(shù)值相同，但是對于輪圈成型的狀態(tài)，吹水冷卻作用時間30秒時其凝固比率略低于吹水冷卻作用時間40秒之凝固比率，因此在同樣的SI值情況下，吹水冷卻作用時間為40秒之制程條件可說是最佳的吹水冷卻參數(shù)，此參數(shù)亦驗(yàn)證元富鋁業(yè)工程師的經(jīng)驗(yàn)判斷。 表4.2 不同吹水冷卻作用時間下SI與Liquid-entrapped形成時間   作用時間20秒 作用時間30秒 作用時間40秒 作用時間50秒 作用時間60秒 作用時間70秒 SI X 20 20

27、26 37 45 Time(sec.) X 169 168 160 153 151     圖4.5 吹水冷卻時間與SI數(shù)值關(guān)系 5. 輪圈外型與鑄造質(zhì)量影響比對分析 本章節(jié)將以另一只肋骨造型差異甚大的輪圈型號917進(jìn)行鑄造模擬分析比對，討論肋骨造型對鑄造質(zhì)量之影響，并討論不同的胎環(huán)尺寸對鑄造輪圈的影響，最后并整理本研究訂定之縮孔指標(biāo)與實(shí)際測試輪圈泄氣率之關(guān)系。 5.1 肋幾何形狀對鑄造質(zhì)量的影響 圖5.1為輪圈型號905與輪圈型號917的正面視圖與肋的截面形狀，圖中顯示此兩種輪圈輪圈肋的幾何型態(tài)，輪圈型號905肋數(shù)較少，輪圈肋的截面積為1060.7mm2，輪圈型號917肋

28、數(shù)為905的兩倍，輪圈肋的截面積為405.31mm2，輪圈型號905肋截面的面積為輪圈型號917肋截面的2.62倍。表5.1為輪圈型號905與輪圈型號917在元富鋁業(yè)公司實(shí)際開發(fā)時之冷卻條件之比較。   圖5.1 型號905、917輪圈肋部幾何形狀 表5.1 型號905、917冷卻條件之比較   905 917 鋁水充填時間 16秒 24秒 吹氣作用時間 66秒開模 24秒開模 吹水作用時間 126秒166秒 74秒134秒 模具初始溫度 360度 360度 輪圈成型時間 240秒 210秒   由表5.1的比較可以看出，由于905有較大的輪圈肋截面積，鋁水充填時

29、間較短，且輪圈肋較不易凝固，增加輪圈中央冒口補(bǔ)充鋁水的時間，使胎環(huán)與輪圈肋交接處在失去胎環(huán)冒口的補(bǔ)充時，還可得到來自中央冒口的鋁水補(bǔ)充，輪圈成型時間也拉長。反之由于輪圈型號917肋的截面積較小，輪圈肋中的鋁水較快凝固，使中央冒口補(bǔ)充鋁水的時間縮短，若胎環(huán)冒口于此時亦同時失去效用，則胎環(huán)與輪圈肋交接位置將產(chǎn)生較差的凝固條件，使鋁輪圈鑄件無法通過壓泄測試，因此吹水、吹氣的時間安排都比905提前且作用時間加長。 此處將輪圈型號917同樣的冷卻條件施加于輪圈型號905，比較不同的肋骨幾何形狀對于輪圈冒口供應(yīng)鋁水的影響。表5.2為輪圈型號905、917輪圈鑄件冒口失效時間與對應(yīng)之SI數(shù)值，從表中看出在相

30、同的鑄造冷卻參數(shù)下，兩者冒口失效的順序不同，輪圈型號905冒口失效順序?yàn)橄忍キh(huán)冒口再中央冒口，而輪圈型號917中央冒口與胎環(huán)冒口于同樣時間下失效。由于兩者輪圈肋骨的幾何型態(tài)差異甚大，使得輪圈肋骨處的鋁水凝固時間相差43秒，造成中央冒口無法如輪圈型號905般補(bǔ)充胎環(huán)與輪圈肋處之鋁水，使得兩者SI值差異甚大。 圖5.2為輪圈型號905、917冒口失效的輪圈縱向剖面圖與對應(yīng)發(fā)生時間，從圖中可明顯看出當(dāng)輪圈型號905胎環(huán)冒口失效時，905輪圈肋骨處之鋁水尚維持流動狀態(tài)，使中央冒口可以順利將鋁水補(bǔ)充至鑄件各處，而當(dāng)輪圈型號917胎環(huán)冒口失效時，917輪圈肋骨之鋁水也已凝固，使得中央冒口失效的時間同于胎環(huán)

31、冒口，造成胎環(huán)與輪圈肋交接部位同時失去兩個冒口的補(bǔ)充。 表5.2 輪圈鑄件冒口失效時間   905 917 胎環(huán)冒口失效時間 124秒 116秒 中央冒口失效時間 161秒 116秒 SI 31 132     圖5.2 輪圈鑄件冒口失效狀態(tài) 5.2 SI指標(biāo)與輪圈泄氣率之關(guān)系 對于所生產(chǎn)出的鋁合金輪圈鑄件，在經(jīng)過切削冒口等加工成型過后，每一顆鋁輪圈成品皆須在經(jīng)過壓密泄氣測試（簡稱壓泄測試），測驗(yàn)生產(chǎn)完成的鋁輪圈是否可以通過壓泄測試而不產(chǎn)生漏氣。此壓泄測試程序一定是在鋁輪圈加工完畢，準(zhǔn)備裝箱出貨的最后一道手續(xù)，若是鋁輪圈無法通過壓泄測試，則此顆鋁輪圈便無法出貨，所

32、造成的不只是制造成本的損失，甚至生產(chǎn)效率的降低。例如前一節(jié)中分析的917_1為原始的輪圈鑄件設(shè)計(jì)，鑄造質(zhì)量于試做程序下便相當(dāng)?shù)土樱囎?0個917_1輪圈鑄件即有12個輪圈鑄件無法通過壓泄測試，漏氣率為60%，因此元富鋁業(yè)工程師進(jìn)而修改模型，將胎環(huán)厚度增加0.75mm(917_2)以期生產(chǎn)鑄件能夠通過壓泄測試，但仍有40%的試做泄氣率，直到將胎環(huán)厚度增加1.5mm(917_3)，才將試做泄氣率降至約28%。 本節(jié)將嘗試找出SI指標(biāo)對應(yīng)輪圈的泄氣率之關(guān)系，檢驗(yàn)本研究設(shè)定之SI指標(biāo)與實(shí)際測試結(jié)果之正確性，并提供元富鋁業(yè)公司以計(jì)算機(jī)輔助分析后取得的SI數(shù)值，參考至輪圈泄氣率的方式。 以輪圈型號905、931以及輪圈型號917為例，表5.3中905、931、917_3為實(shí)際大量生產(chǎn)的鋁輪圈測試數(shù)據(jù)，而917_1、917_2則為元富鋁業(yè)工程師于修改模型過后，進(jìn)行試模測試所得到的測試數(shù)據(jù)，表中總測試個數(shù)為所有此型號輪圈進(jìn)行壓泄測試之個數(shù)，泄氣數(shù)則為無法通過壓泄測試產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象的鋁輪圈個數(shù)，泄氣比率則為兩者的比值。將泄氣比率配合SI數(shù)值繪制如圖5.3之SI數(shù)值與輪圈泄氣比率關(guān)