陶瓷过滤片在低压铸造铝合金汽车轮中的应用

王 岩，邢秋林

（佛山市南海中南铝车轮制造有限公司，广东 佛山 528000）

在我公司连续几年的质量统计中，低压铸造铝合金汽车轮（以下简称低压轮）的漏气废品率一直占所有缺陷废品率的第一位，其报废率占投产数的3%～3.5%，长期以来一直认为导致低压轮漏气的主要原因是轮辋缩松缺陷。为降低漏气废品率，经过详细的观察和比对漏气位置后发现，漏气位置与缩松级别并无明显关联。随后对上百件车轮漏气部位的断口进行仔细观察，并详细分析其金相，终于找到了漏气的真正原因——夹渣缺陷。统计数据显示，90%左右的漏气位置均存在夹渣缺陷，另有少数显著缩孔导致产生漏气。

在低压轮的生产中，若铸件含渣等杂质偏多，不仅会导致漏气，产生废品，同时还会影响材质的机械性能，如屈服强度、抗拉强度，特别是延伸率会显著下降，还有由于氧化渣比较硬、脆，导致数控加工时间较长，易产生崩刃，等诸多问题。

因此，减少铸件中的夹渣缺陷，不仅可以降低低压轮的漏气废品率，同时还将进一步稳定产品质量，提高生产效率，创造可观的经济效益。

1 用陶瓷过滤片减少铸件中的夹渣缺陷

公司曾先后采用铁丝过滤网及纤维过滤网来解决夹渣的问题。铁丝过滤网具有基本稳定的过滤效果，相对低廉的成本，使其在传统的铸造方法中占有一席之地。但由于其不可避免的增加铝合金液中Fe的含量，会对产品的力学性能产生不良影响。另外铁丝网在压力铸造连续生产的过程中，难以有效的实现在铸件完全凝固前取出以及难以舍弃含有大量铁元素的浇冒口回炉料；在拦截效果上，纤维过滤网和同数目的铁丝过滤网效果相近。玻璃纤维过滤网作为一种成本较低的过滤材料，有相当良好的工艺适应性；但由于温度升高后，纤维过滤网表面的硬化剂汽化，而气体又无法排出，导致铸件中出现针孔或氧化皮等缺陷。

采用泡沫陶瓷进行型内过滤及中间过程铝合金液的过滤是一种较先进的过滤方式。目前，泡沫陶瓷过滤广泛的应用在铸铝件、铸铜件和铸铁件上。用于过滤的泡沫陶瓷是采用特殊的发泡工艺，经过高温烧结再通过特殊处理来保证其通孔率。使用泡沫陶瓷过滤的基本原理是合金液在通过细密的孔道过程中，通过吸附合金液中的气体和机械拦截杂质方式去除合金液中的夹渣，从而减少铸件中的缺陷，达到提高铸件外观质量和力学性能的目的。同时通过泡沫陶瓷过滤装置改变铝液的流动方式，减少由于合金液翻滚形成的二次氧化夹杂，图1和图2分别是使用陶瓷过滤片前后的铸件金相组织图。

图1 使用陶瓷过滤片前的金相组织图片（图中黑影部分为氧化渣）

图2 使用陶瓷过滤片后的金相组织图片200X

如何将陶瓷过滤片固定在浇口中是操作过程中的难点，经过仔细分析，设计和试验，最后确定在铁浇口中设计一个台阶来支撑陶瓷过滤片，并通过浇口尺寸的控制来对其进行限位固定（见图3），巧妙的解决了陶瓷过滤片固定的难题。在公司首次验证中，共生产了5144件产品。在增加陶瓷过滤片之前，该产品漏气率大概在5%左右。

增加陶瓷过滤片后，效果十分显著，漏气报废率降低到了0.6%。随后，又在1101585，1101510等抛光产品上进行了验证。使用陶瓷过滤片之前，这些抛光产品的合格率不超过50%，主要缺陷是表面夹渣、导致外观不合格。而在采用陶瓷过滤片的验证中，抛光产品的合格率达到了61.4%。数据表明，陶瓷过滤片对于减少夹渣、漏气、外观等缺陷具有十分显著的效果。

2 生产过程中存在的问题

陶瓷过滤片的推广应用过程简述。

陶瓷过滤片在低压轮的生产中对于减少夹渣，漏气等缺陷具有明显的效果，但在使用过程中也发现一些因为增加陶瓷过滤片而带来了一些新的问题，通过我们的不断改善和优化，逐项得到了解决，使陶瓷过滤片的应用工艺更加成熟和完善。

2.1 陶瓷过滤片尺寸规格的增加

最初，公司仅采用一种规格的陶瓷过滤片，为保证陶瓷过滤片的限位固定，浇口尺寸也只能固定不变。而从铸造工艺的要求来看，浇口尺寸的唯一极大地限制铸件成型和补缩。针对这种情况，我们与供应商联系，根据现场生产需要，分别制作了4种不同规格的陶瓷过滤片，从而满足了铸造工艺的要求。

2.2 升液管内壁易结渣

使用过程中，发现升液管内壁结渣特别快，出现压力不足，充型不稳定，浇口断裂，补缩效果差等问题。经仔细观察和认真分析，在采用陶瓷过滤片进行过滤后，大部分渣被挡在浇口以下的升液管中，并在升液管堆积，导致升液管渣愈结愈厚，减小了升液管的实际通道，从而影响了充型和补缩效果。为此，专门设计制造了升液管专用清渣勺，并规定每班定期对升液管内的渣进行清理，从而解决了因采用陶瓷过滤片工艺所带来的新问题。

2.3 过滤片的位置

在机加工后序经常出现因夹不紧过滤片而导致产品报废的情况，采用以下几方面措施可保证滤片的位置：

1）严格控制浇口尺寸，以保证陶瓷过滤片不会被放偏；

2）通过分流锥压住陶瓷过滤片，避免陶瓷过滤片上下晃动。

通过对以上问题的解决，陶瓷过滤片的应用技术更加合理、完善，对提高低压轮的质量具有明显的效果。采用铝水过滤措施后，各种主机轮综合合格率平均达到93%以上，很好地完成了90%的生产目标。

3 效果验证

陶瓷过滤片通过几年在低压轮上的推广使用，取得了明显的效果。自从2007年在低压铸造中全面推广陶瓷过滤片的使用以来，低压轮的漏气报废率显著下降，表1为使用陶瓷过滤片前后漏气废品率的变化情况。

表1 漏气废品率变化情况

同时，使用陶瓷过滤片后，夹渣缺陷导致报废也显著下降，产品的外观质量得到了显著改善，综合合格率得到了大幅度的提高（见表2）。

4 总 结

陶瓷过滤片具有不污染铝液，不减少浇口有效补缩面积，成本低廉等优点，完全适用于低压轮的生产。在轮毂铸件生产中使用泡沫陶瓷过滤片，其铸造工艺方便，花费不大，是提高铸件质量有效、可行、简便的方法。

表2 使用陶瓷过滤片质量变化情况

采用陶瓷过滤片工艺对降低低压轮夹渣，漏气缺陷有明显效果。

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