南昌航空大學科技學院學士學位論文11緒論1.1摩托車車輪發展概況隨著工業的飛速發展，摩托車工業也快速的壯大起來，摩托車成為了人們出行所使用的主要交通工具之一。尤其是在發展中國家里，摩托車的擁有數量非常龐大。在我國各大城市里，摩托車已經成為許多家庭的主要交通工具。正是由于摩托車市場的龐大的需求量，從而促使了摩托車企業的快速發展，制造摩托車的工藝也在不斷進步。摩托車車輪是摩托車中極其重要的部件之一，它的質量好壞直接影響著摩托車行駛的安全和可靠。早期的摩托車速度較低，其車輪結構為剛性連接，輪胎為高壓胎。隨著輪胎及車輪技術的發展，低壓輪胎逐漸取代了高壓輪胎。與此同時，低壓輪胎又出現了無內胎輪胎。目前，摩托車車輪主要有三種結構形式：輪圈輻條組合式車輪、輻板式整體車輪和輕合金車輪。輪圈輻條組合式車輪是一種傳統的結構型式，該種車輪與早期剛性連接的車輪相比，減震性能較好。但是，這種車輪受結構的限制，車輪的外形變化比較困難，不能適應摩托車外觀造型日新月異的需要。并且由于這種結構車輪受輪圈沖孔的限制，不能裝配無內胎輪胎，使它的發展大受影響。輻板式整體車輪分為輻板式整體鋼車輪和輻板式整體鋁車輪。輻板式整體鋼車輪主要用于中、低擋小輪徑摩托車。其鋼制輪圈的工藝方法是用鋼板卷制后焊接成型，使用一段時間后，焊接部位易生銹造成無內胎車輪漏氣。輻板式整體鋁車輪有質量小、鋁輻板形狀容易變化等優勢。另外，鋁合金輪圈和鋁輻板通過表面處理后，可以形成車輪所需要的各種顏色，滿足了消費者對多種顏色的需求。輕合金車輪是一種整體式車輪，主要有鋁合金車輪和鎂合金車輪。鎂合金車輪具有比鋁合金車輪更誘人的潛在優勢。雖然目前鎂合金車輪已經開始應用于摩托車，但主要局限于賽車上，它不能像鋁合金車輪那樣進行大批量生產，其主要是因為：1)鎂與氧氣有極大的親和力，在液態下鎂可以劇烈氧化和燃燒，在熔煉和整個鑄造過程中必須在保護性氣氛的覆蓋下進行，否則會發生燃燒事故。而目前的保護性氣氛都涉及環保問題，不僅會破壞大氣臭氧層，而且對人體危害性較大，且極易損壞設備和建筑物。2)鎂合金的化學穩定性差，車輪在使用過程中極易發生腐蝕現象。南昌航空大學科技學院學士學位論文23)目前，尚無公認的適合大批量生產的成套鎂合金加工設備和工藝。鋁合金的初次登場是在50年代，鋁合金車輪首次被用于追求高性能的賽車中。因為鋁合金車輪質量輕、散熱性能好，并且具有良好的外觀，所以，鋁合金車輪逐步代替了鋼制車輪。鋁合金車輪具有以下特點：1)散熱快、安全。由于轎車在高速行駛時，輪胎與地面摩擦會產生較高的溫度，制動盤和制動片摩擦會產生較高的溫度，在這樣的高溫作用下，輪胎和制動片均會加速磨損和老化，制動效率下降，輪胎氣壓升高，易造成爆胎和剎車失靈的事故。鋁合金的傳熱系數比鋼材大3倍，可將輪胎和制動盤上產生的熱量迅速傳導到空氣中去，避免了輪子在高速運轉下產生的種種弊病，從而增強了制動效能、提高了輪胎和制動盤的使用壽命、有效的保障了汽車的安全行駛。2)重量輕、節能。鋁材比重比鋼材小，平均每只鋁合金車圈比鋼質車圈要輕2公斤左右，一輛轎車以5只車輪（包括一只后備車輪）計算可減輕重量10公斤。減輕重量也就意味著節省燃料。3)舒適性好。鋁合金車圈是精密的鑄造件，精加工表面達到80到90，失圓度和不平衡很小，特別是鋁合金的彈性模數較小，抗振性好，能減少行駛中的車身振動，提高了整車的舒適性。4)外觀漂亮。鋁合金車圈外表是經抗腐蝕處理再靜電粉體涂裝，它可以鑄成各種花式外形，讓人感到有一種美觀、精致和豪華的感覺。有車族往往不惜重金更換自己中意的花式外形?；阡X合金材料有眾多的優點，我國摩托車工業也主要是生產鋁合金車輪，本課題也采用應用廣泛的鋁合金材料做為摩托車輪轂的材料。1.2鋁合金輪轂成形方法的選擇與對比生產鋁合金輪轂的方法有鑄造法、鍛造法、沖壓法以及大直徑焊管輥壓輪圈法。熱鍛鋁輪轂的應用較早，多采用加工性、耐腐蝕性、切削性均較好的6061鋁合金。鍛造鋁輪轂的質量好，但成本高，效率低，適于年產10萬件的生產規模，只模鍛輪盤效果較好。沖壓法是將5454合金的板材深沖成圓筒，再去掉下底和上緣，得到無縫大直徑管坯，經輥壓成型制得得輪圈性能好，但材料利用率僅為50，且壁厚不均勻。使用大直徑焊管輥壓輪圈法也能加工出性能高得鋁輪轂，但這種方法主要適合于制造二件式鋁輪轂。南昌航空大學科技學院學士學位論文3鑄造法是目前鋁合金輪轂成型方法中非常成熟的一種成型方法，它擁有成套的制造鋁合金輪轂的設備和工藝，非常適合制造輪轂這種結構復雜、要求較高的重要部件，被廣泛的應用于摩托車鋁合金輪轂的制造當中。根據本課題零件材料為ZL101A，年生產綱領為50000件，應選擇鑄造法來鑄造出該摩托車輪轂。1.3鋁合金輪轂鑄造方法的選擇和對比目前，國內外生產輪轂的主要鑄造成型方法有壓力鑄造、金屬型重力鑄造、擠壓鑄造、和低壓鑄造。下面對現行各種主要輪轂鑄造成型方法進行論述和比較。壓力鑄造的特點是在高壓高速下充型，高壓下結晶。在這一過程中，金屬液容易卷入氣體、夾雜物。高壓射流會破碎氣體，形成彌散的小氣孔留在鑄件中，致使鑄件不能通過熱處理來提高強度。所以壓鑄一般適宜生產不需承受較大沖擊載荷的薄壁類殼體、外罩體，根本不適合制造作為摩托車重要安全部件的輪轂。在輪轂的金屬型重力鑄造中，鑄件的凝固收縮補償只能通過建立順序凝固必需的溫度梯度來保證，因此必須在輪輻輪緣交接的熱結處及中心厚大部位設置冒口，導致金屬熔體工藝收得率較低，只有4060。同時，由于補縮所需得溫度梯度及壓力均較低，該方法得工藝過程必須嚴格控制，否則容易產生縮孔、縮松、夾渣、氣孔等缺陷。相比于其他幾種利用壓力進行充型和凝固的鑄造方法，該方法得到的輪轂鑄件外部和內部質量都較差。由于僅靠重力作用下結晶，所產生的輪轂組織致密度、抗拉強度和硬度低于差壓鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造和壓鑄等。其伸長率也遠不及差壓鑄造和低壓鑄造。擠壓鑄造是借助擠壓鑄機壓頭的機械壓力，把澆入鑄型的合金液擠壓成型，并在壓力下凝固。擠壓鑄造的輪轂，表面粗糙度低，結晶壓力高，組織致密。但是一般普通的油壓機的功能簡單，達不到擠壓鑄機的要求。另外，擠壓鑄造不如重力鑄造有澆注系統，也不如低壓鑄造的升液管進液口在合金液中間有效避渣，其鑄件氧化夾渣嚴重。擠壓鑄造雖然結晶壓力大，但由于摩托車車輪特殊的結構，輪輻處很多窄小的薄壁處凝固后失去補縮通道作用，輪輞局部得不到補縮。低壓鑄造中，金屬液在數倍于大氣壓的壓力下進行充型和保壓凝固，鑄件的致密度較高，縮孔縮松較少，產品內部質量較好。并且由于該方法利用壓力進行充型和補縮，一般不需在輪輻上設置冒口，并簡化了澆注系統，因此大大提高了金屬熔體的工藝收得率。低壓鑄造的“緩慢充型”、“順序凝固”比壓鑄優越而不易產生氣孔、補縮不足。它的“低壓充型”、“增壓結晶”也比金屬型鑄造充型、補縮更好。另外，在低壓鑄造的基礎上，又發展出一種差壓鑄造方法。這種方法比低壓鑄造南昌航空大學科技學院學士學位論文4充型更平穩、補縮更充分、結晶壓力更大，因此差壓鑄造產品輪廓更清晰、組織更致密、力學性能提高較大。但是，由于國產差壓鑄造設備奇缺，工藝過程復雜，生產效率低，很少用此方法生產摩托車輪轂。所以，對各種鑄造方法進行比較后，覺得低壓鑄造是制造摩托車鋁合金輪轂的最佳的成型方法。1.4國內外低壓鑄造發展概況低壓鑄造與我們普遍應用的金屬型鑄造、壓力鑄造、熔模精密鑄造等工藝相比較，它是一種新的特種鑄造。低壓鑄造工藝具有優于其它鑄造工藝的獨特之處。我國是從五十年代開始研究低壓鑄造的。它的發展非常迅速，應用于工業生產僅有三十余年的時間。目前，國內汽車、拖拉機、摩托車等制造廠已經形成專業化的低壓鑄造車間，造船、電機、儀表、輕工和國防工業也廣泛采用了這種工藝，并由生產簡單件發展到了生產復雜件。由于低壓鑄造工藝有著上馬快、投資少、占地小、容易實現機械化、自動化等優點。所以，我國的許多工廠和單位，可以成熟的運用低壓鑄造工藝來生產高要求的鋁合金復雜鑄件。如生產發動機上的鋁合金汽缸體、汽缸頭、曲軸箱、活塞體等復雜鑄件。甚至有些單位已成功的運用低壓鑄造法來澆注大型簿壁葉片復雜鑄件，實現了以鑄代鍛。鋁合金產品由于具有質量輕、導熱率好、吸收沖擊能力強以及不易生銹、外表美觀等優點，近年來廣泛的應用在航空、汽車及輕工業等領域中。低壓鑄造則主要應用于鋁合金鑄件的產品上，隨著對鋁合金鑄件的質量要求和性能要求越來越高，鋁合金低壓鑄造幾乎已成為一項必不可少的工藝，并在一定情況下代替了部分壓鑄鋁合金鑄件。在國外，低壓鑄造的研究開始于二十世紀初期。第二次世界大戰爆發后，隨著航