CN113400860A - 一种商用车重型车桥adi轮毂及其铸造方法和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆轮毂技术领域，公开了一种商用车重型车桥ADI轮毂及其铸造方法和检测方法，包括：内筒、大法兰、小法兰、止口凸台和加强筋。本发明具有以下优点和效果：(1)本发明通过对球墨铸铁轮毂进行等温淬火处理，减少贵重合金添加量，减少元素偏析，提高了基体组织均匀性，能够明显提升球墨铸铁轮毂的力学性能，明显降低轮毂的重量。(2)本申请提供的商用车重型车桥ADI轮毂采用独特的ADI材料，通过轻量化结构设计，设置花瓣式结构法兰结构和止口凸台结构，并在进一步的优化中针对零件受力情况对筒壁厚度进行设计，能顾在保证零件可靠性前提下，明显降低轮毂重量，并提高铸造工艺性。

Description

一种商用车重型车桥ADI轮毂及其铸造方法和检测方法
技术领域
本申请涉及车辆轮毂技术领域，具体涉及一种商用车重型车桥ADI轮毂及其铸造方法和检测方法。
背景技术
目前，轮毂是承载和使车辆转动的重要安全零部件，其承载能力及其他性能指标要求高。球墨铸铁具有良好的力学性能、延伸率、耐磨、减振、对缺口不敏感以及铸造性能较好的优点，因此商用车轮毂一般采用球墨铸铁制造，其常用材质牌号为QT450-10和QT500-7等传统牌号。
汽车要提高燃料的经济性，严格控制排放，减轻汽车自重是重要措施。而轮毂类高速旋转部件，轻量化效果为静止部件3-5倍。目前商用车球墨铸铁轮毂重量较重，有较大的轻量化需求。商用车轮毂性能指标要求较高，在保证可靠性的前提下，为降低商用车轮毂重量，国内外研究者常通过向球墨铸铁中添加合金元素，以提升其力学性能，达到轻量化设计的目的。
在一类现有技术中，采用的是所示材料主要包括下述质量百分比的化学成份：C:2.50～3.60％，Si:2.20～3.20％，Mn:0.45～1.20％,S:≤0.02％，P:≤0.03％，Cr:0.30～0.5％，Cu:0.35～0.55％，Mg:0.02～0.04％，RE:0.04～0.08％，Bi:0.01～0.06％，La:0.01～0.05％，余量为铁；其方法包括下述步骤：(1)铁液熔炼；(2)球化孕育。这类发明添加大量Mo、Ni、Cu、Bi、Sb等贵重元素，能够保证轮毂的可靠性，但其屈服强度只达到400MPa-432MPa，力学性能提升有限，降重效果不明显。
在另一些现有技术中，是采用钒钛铁素体球墨铸铁制造，钒钛铁素体球墨铸铁中的化学成分按质量百分比计为:C:3.3～3.6％，Si:3.0～3.4％，Mn:0.0％～0.4％，P≤0.06％，S≤0.02％，V:0.12～0.18％，Ti:0.05～0.10％，Cr:0.0％～0.08％，RE:0.040～0.060％，Mg:0.040～0.060％，余量为Fe和其他微量元素及杂质。这类技术中通过添加V、Ti等元素来提升其力学性能，V、Ti是强碳化物形成元素，容易形成碳化物组织，其力学性能与传统材料相比，有一定提升但是相对比较有限。
还有一些现有技术中采用添加Nb、B、Mo、Ni、Cu、W、Y、La等贵重元素等方法，包括以下成分：碳：3.9～4.1％、锰：0.2～0.4％、铜：0.6～0.9％、硅：0.02～0.06％镁：0.04～0.07％、铬：0.08～0.12％、镍：0.04～0.09％、钼：0.06～0.13％、钨：0.21～0.26％、铌：0.05～0.1％、硼：0.01～0.04％、钇：0.005～0.008％、铈：0.002～0.006％、余量为铁及不可避免的杂质。该现有技术制备出的汽车轮毂用球墨铸铁具有较高强度及延伸率等优异综合性能，但是成本较高，容易出现碳化物组织和收缩倾向，加工性能较差，容易出现缩孔缩松等缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种商用车重型车桥ADI轮毂及其铸造方法和检测方法，能够实现在不采用贵重金属的情况下明显提升轮毂的力学性能，保证轮毂的可靠性，明显降低轮毂的重量。
为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
本申请提供一种商用车重型车桥ADI轮毂，包括：
内筒，其用于装配轴承并与轴头配合；
大法兰，其设置在内筒外侧并靠近内筒的一端，呈花瓣状，每个瓣内设置有用于连接车轮以及制动鼓的第一连接孔；
小法兰，其设置在内筒外侧与大法兰相对的一端，呈花瓣状，每个瓣内设置有用于连接端盖的第二连接孔；
止口凸台，有多个，其周向均匀设置于大法兰朝向小法兰的一侧；
加强筋，其设置在大法兰和内筒的连接处，且位于远离小法兰一侧，所述加强筋和大法兰之间圆角过渡。
优选的，所述止口凸台的数量有4-6个；
所述止口凸台的高度为50-55mm，宽度为23-27mm。
优选的，所述止口凸台和内筒外壁之间通过增强筋连接；所述增强筋的厚度为13-17mm。
优选的，所述大法兰的外沿厚度为18-22mm；
所述第二连接孔的孔壁厚度为5-7mm。
优选的，所述内筒按照自小法兰向大法兰方向分为第一端口、第一支撑壁、主腔、第二支撑壁和第二端口；
所述第一端口和第二端口的壁厚为6-8mm；
所述第一支撑壁和第二支撑壁的壁厚为9-11mm；
所述主腔的壁厚为8-9mm。
优选的，所述大法兰和内筒的外壁之间采用圆角过渡，圆角值为18-22mm。
优选的，所述加强筋紧贴在大法兰和内筒之间的圆角上，所述加强筋厚度8-12mm，宽度35-45mm。
本申请还提供一种基于前述商用车重型车桥ADI轮毂的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.材料制备：采用常规的熔炼方法，将ADI材料的各组分在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；
S2.铸造：将步骤S1中得到的铁水采用包内冲入法球化孕育，浇注温度设定为1400-1480℃，浇筑冷却后得到球墨铸铁铸件；
S3.预热：将步骤S2中冷却后的铸件预热到490℃-510℃,保温8min-12min；
S4.后室加热：将步骤S3中处理完成后的铸件加热到至770℃-790℃，保温8min-12min，同时保持碳势0.6；
S5.后室保温：将步骤S4中处理完成的铸件加热到890℃-910℃，加热时间35min-45min，在900℃保温85min-95min，加热和保温过程中保持碳势0.9；
S6.淬火：将铸件放入盐浴中进行等温淬火，等温淬火温度360℃-380℃，淬火时间85min-95min，淬火结束后对外形进行修整，得到商用车重型车桥ADI轮毂。
优选的，所述ADI材料，包括以下质量百分比的组成：
C：3.4-3.6
Si：2.2-2.4
Mn：0.3-0.4
Cu：0.4-0.5
S：<0.02
P：＜0.03
Mg：0.02-0.05
余量为Fe和不可避免的杂质。
本申请还提供一种应用于前述的商用车重型车桥ADI轮毂的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对商用车重型车桥ADI轮毂的结构进行CAE仿真分析；
计算得到商用车重型车桥ADI轮毂的轮毂CAE主应力和轮毂CAE变形量；
当轮毂CAE变形量<0.25mm时，进行下一步，否则，重新设计商用车重型车桥ADI轮毂结构；
测量实际铸造成型的商用车重型车桥ADI轮毂的轮毂屈服强度，当满足轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力时，轮毂合格，当不满足时，轮毂不合格，轮毂不合格。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
(1)本发明通过对球墨铸铁轮毂进行等温淬火处理，减少贵重合金添加量，减少元素偏析，提高了基体组织均匀性，能够明显提升球墨铸铁轮毂的力学性能，明显降低轮毂的重量。
(2)本申请提供的商用车重型车桥ADI轮毂采用独特的ADI材料，通过轻量化结构设计，设置花瓣式结构法兰结构和止口凸台结构，并在进一步的优化中针对零件受力情况对筒壁厚度进行设计，能顾在保证零件可靠性前提下，明显降低轮毂重量，并提高铸造工艺性。
(3)加强筋采用圆角过渡形式结构，能够明显降低零件使用过程中的最大应力，提高零件安全系数，保证可靠性。
(4)本申请的进一步要求轮毂屈服强度和CAE主应力满足可靠性设计判据，来保证轻量化轮毂在其寿命周期内不发生失效断裂，保证了轮毂材料的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请中一个实施例的结构示意图。
图2为图1所示实施例的另一个视角的示意图。
图3为图1所示实施例的剖视示意图
附图标记：
1、内筒；11、第一端口；12、第一支撑壁；13、主腔；14、第二支撑壁；15、第二端口；2、大法兰；21、第一连接孔；3、小法兰；31、第二连接孔；4、止口凸台；41、增强筋；5、加强筋。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请提供一种商用车重型车桥ADI轮毂的实施例，如图1所示，包括内筒1，大法兰2、小法兰3、止口凸台4和加强筋5，所述内筒1为圆筒状结构，用以承载其他结构，所述大法兰2和小法兰3设置在内筒1两端，其中大法兰2较为靠近内筒1中部，所述止口凸台4周向环绕在内筒1外，同时一端连接在大法兰2靠近小法兰3的一侧，而加强筋5设在大法兰2远离小法兰3的一侧，可以在较小的结构上实现较大的强度。而大法兰2和小法兰3均采用花瓣状结构，如图2所示，每个瓣上都开孔，其中大法兰2上开设有用于连接车轮以及制动鼓的第一连接孔21，小法兰3上开设有用于连接端盖的第二连接孔31。
在一些实施例中，止口凸台4的数量结构根据需求来设置，可以根据材料来设置七个或更多个。
在利用本申请提供的ADI材料制备的实施例中，所述止口凸台4的数量在4-6个之间为最佳，同时每个止口凸台4的高度为50-55mm，宽度为23-27mm，利用该结构和材料设计的止口凸台4替代原来的环形凸台结构，能够明显降低零件重量。
而在一些动力较为强劲的应用场景中，对止口凸台4的抗弯性有一定的要求，因此在一些优选的实施例中，所述止口凸台4和内筒1外壁之间通过增强筋41连接，增强筋41的厚度为13-17mm，增强筋41还可以进一步降低止口凸台4的用料量，使得轮毂在保证强度的情况下整体重量更低。
在前述实施例中，所述大法兰2的小法兰3的结构尺寸通常需要依照实际需求进行计算得出，而在采用本申请提供的ADI材料和铸造方法的实施例中，作为优选，所述大法兰2的外沿厚度为18-22mm，第二连接孔31的孔壁厚度为5-7mm，配合大法兰2和小法兰3的花瓣形结构，有助于减轻零件重量，同时也有利于零件传热，使得本实施例提供的轮毂在高强度活动中也能长期保持足够的强度。
在前述实施例中，内筒1的结构通常是根据计算得出，在一些较为简单的实施例中内筒1为圆筒形，部分实施例也在大法兰2和小法兰3两侧做了一定的增强。
在一些优选的实施例中，将内筒1按照从小法兰3到大法兰2的方向分为五个部分，分别为第一端口11、第一支撑壁12、主腔13、第二支撑壁14和第二端口15。其中第一端口11和第二端口15收到应力较小，壁厚设置为6-8mm，第一支撑壁12和第二支撑壁14需要安装轴承零件，要承受加大应力，因此壁厚设置为9-11mm，位于中央的主腔13并不直接受力，但是也要抵抗第一支撑壁12和第二支撑壁14传递过来的分力，并且第一支撑壁12和第二支撑壁14之间的受力也不尽相同，所以主腔13的壁厚介于中间厚度，在8-9mm之间，图1、图2和图3所示实施例中，第一端口11壁厚为6.5mm、第一支撑壁12壁厚为10mm、主腔13壁厚为8.5mm、第二支撑壁14壁厚为10mm、第二端口15壁厚为6.5mm。采用这种结构一方面根据零件受力情况对筒壁厚度进行轻量化优化设计，在满足零件可靠性的前提下，最大幅度降低了零件重量；另一方面因为轮毂壁厚较薄，壁厚差异较小，有利于铸造成型，铸造缺陷风险较低。
前述一类实施例中，存在一些实施例在大法兰2与内筒1的连接过度部分采用直角过度，在一定程度上降低了轮毂的重量。
但是随着时代发展，轮毂使用强度越来越大，因此在一些优选的实施例中，所述大法兰2和内筒1外壁之间采用圆角过度，圆角值为18-22mm，设计圆角增强了结构的连续性，同时也有利于分散受力。
进一步的，所述加强筋5直接贴设在大法兰2和内筒1之间的圆角上，所述加强筋5的厚度为8-12mm，宽度为35-45mm，设置贴合于圆角的加强筋5能够降低零件使用过程中的最大应力，提高零件安全系数，保证零件可靠性。
本申请还提供一种应用于前述商用车重型车桥ADI轮毂的判断方法，首先要对设计的商用车重型车桥ADI轮毂的结构进行CAE仿真分析，其主要分为两部分，其中第一部分是对轮毂CAE变形量的判断，要求轮毂CAE变形量<0.25mm，这一部分主要是判断商用车重型车桥的基础设计是否合适。如果仿真模拟上出现不合格的情况，那么实际依照这个设计铸造的轮毂大概率在行驶的过程中出现损坏。
另一部分是判断实际铸造出来的商用车重型车桥ADI轮毂和设计图纸的差距，当满足轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力时，轮毂合格，也可表述为轮毂屈服强度/轮毂CAE主应力>1.25，这一部分主要判断实际生产出来的的轮毂和设计中的轮毂的差异性。
根据发明人在实践过程中统计得到，在满足相应判据时，相应工件进行7500Km综合路况实验中极大概率不会损坏开裂，而不满足相应判据时则相反。
本申请还提供一些应用于前述商用车重型车桥ADI轮毂的铸造方法的实施例，具体如下所述
实施例1
而本实施例铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构如下：
内筒1，其第一端口11壁厚为7mm、第一支撑壁12壁厚为10mm、主腔13壁厚为8.5mm、第二支撑壁14壁厚为10mm、第二端口15壁厚为7mm；
大法兰2，为花瓣状，每瓣内设置有第一连接孔21，所述大法兰2的外沿厚度为20mm，并且所述大法兰2和内筒1之间通过圆角值为19mm的圆角连接；
小法兰3，为花瓣状，其壁厚较大法兰2略大，每瓣内设置有第二连接孔31，所述第二连接孔31的孔壁厚为6mm
止口凸台4，数量有6个，其高度为53mm，宽度为25mm，并且所述止口凸台4和内筒1外壁之间通过厚度为15mm的增强筋41连接；
加强筋5，厚度为10mm，宽度为40mm，所述加强筋5紧贴在大法兰2和内筒1之间的圆角上。
而本实施例的铸造方法如下：
S1.材料制备：采用常规的熔炼方法，将ADI材料的各组分在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；
S2.铸造：将步骤S1中得到的铁水采用包内冲入法球化孕育，浇注温度设定为1450℃，浇筑冷却后得到球墨铸铁铸件；
S3.预热：将步骤S2中冷却后的铸件预热到500℃,保温11min；
S4.后室加热：将步骤S3中处理完成后的铸件加热到至780℃，保温9min，同时保持碳势0.6；
S5.后室保温：将步骤S4中处理完成的铸件加热到900℃，加热时间40min，在900℃保温90min，加热和保温过程中保持碳势0.9；
S6.淬火：将铸件放入盐浴中进行等温淬火，等温淬火温度370℃，淬火时间90min，淬火结束后对外形进行修整，得到商用车重型车桥ADI轮毂。
在本实施例中，所述ADI材料由以下组分构成，其中数值均为质量百分比：
C：3.54
Si：2.30
Mn：0.34
Cu：0.48
S：<0.0052
P：0.020
Mg：0.03
余量为Fe和不可避免的杂质，并且本实施例在不可避免的杂质中检出Cr：0.020、Ni：0.088。
实施例2
而本实施例铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构如下：
内筒1，其第一端口11壁厚为8mm、第一支撑壁12壁厚为9mm、主腔13壁厚为9mm、第二支撑壁14壁厚为9mm、第二端口15壁厚为8mm；
大法兰2，为花瓣状，每瓣内设置有第一连接孔21，所述大法兰2的外沿厚度为18mm，并且所述大法兰2和内筒1之间通过圆角值为22mm的圆角连接；
小法兰3，为花瓣状，其壁厚较大法兰2略大，每瓣内设置有第二连接孔31，所述第二连接孔31的孔壁厚为5mm
止口凸台4，数量有6个，其高度为50mm，宽度为27mm，并且所述止口凸台4和内筒1外壁之间通过厚度为13mm的增强筋41连接；
加强筋5，厚度为12mm，宽度为35mm，所述加强筋5紧贴在大法兰2和内筒1之间的圆角上。
而本实施例的铸造方法如下：
S1.材料制备：采用常规的熔炼方法，将ADI材料的各组分在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；
S2.铸造：将步骤S1中得到的铁水采用包内冲入法球化孕育，浇注温度设定为1480℃，浇筑冷却后得到球墨铸铁铸件；
S3.预热：将步骤S2中冷却后的铸件预热到490℃,保温12min；
S4.后室加热：将步骤S3中处理完成后的铸件加热到至770℃，保温12min，同时保持碳势0.6；
S5.后室保温：将步骤S4中处理完成的铸件加热到890℃，加热时间45min，在900℃保温85min，加热和保温过程中保持碳势0.9；
S6.淬火：将铸件放入盐浴中进行等温淬火，等温淬火温度380℃，淬火时间85min，淬火结束后对外形进行修整，得到商用车重型车桥ADI轮毂。
在本实施例中，所述ADI材料由以下组分构成，其中数值均为质量百分比：
C：3.44
Si：2.36
Mn：0.32
Cu：0.47
S：<0.002
P：0.002
Mg：0.02
余量为Fe和不可避免的杂质，并且本实施例在不可避免的杂质中检出Ni：0.108。
实施例3
而本实施例铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构如下：
内筒1，其第一端口11壁厚为6mm、第一支撑壁12壁厚为11mm、主腔13壁厚为8mm、第二支撑壁14壁厚为11mm、第二端口15壁厚为6mm；
大法兰2，为花瓣状，每瓣内设置有第一连接孔21，所述大法兰2的外沿厚度为22mm，并且所述大法兰2和内筒1之间通过圆角值为18mm的圆角连接；
小法兰3，为花瓣状，其壁厚较大法兰2略大，每瓣内设置有第二连接孔31，所述第二连接孔31的孔壁厚为7mm
止口凸台4，数量有4个，其高度为55mm，宽度为23mm，并且并且所述止口凸台4和内筒1外壁之间通过厚度为17mm的增强筋41连接；
加强筋5，厚度为8mm，宽度为45mm，所述加强筋5紧贴在大法兰2和内筒1之间的圆角上。
而本实施例的铸造方法如下：
S1.材料制备：采用常规的熔炼方法，将ADI材料的各组分在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；
S2.铸造：将步骤S1中得到的铁水采用包内冲入法球化孕育，浇注温度设定为1400℃，浇筑冷却后得到球墨铸铁铸件；
S3.预热：将步骤S2中冷却后的铸件预热到510℃,保温8min；
S4.后室加热：将步骤S3中处理完成后的铸件加热到至790℃，保温8min，同时保持碳势0.6；
S5.后室保温：将步骤S4中处理完成的铸件加热到910℃，加热时间35min，在900℃保温95min，加热和保温过程中保持碳势0.9；
S6.淬火：将铸件放入盐浴中进行等温淬火，等温淬火温度360℃℃，淬火时间95min，淬火结束后对外形进行修整，得到商用车重型车桥ADI轮毂。
在本实施例中，所述ADI材料由以下组分构成，其中数值均为质量百分比：
C：3.56
Si：2.24
Mn：0.37
Cu：0.46
S：0.016
P：0.01
Mg：0.05
余量为Fe和不可避免的杂质，并且本实施例在不可避免的杂质中检出Cr：0.030、Ni：0.058。
上述实施例1～3均经过CAE仿真分析，确保铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构满足轮毂CAE变形量<0.25mm，同时在铸造完成后对轮毂的强度进行检测，确保铸造的商用车重型车桥ADI轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力。
对比例1
本对比例铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构如下：
内筒1，其壁厚为16mm；
大法兰2，为花瓣状，每瓣内设置有第一连接孔21，所述大法兰2的外沿厚度为25mm；
小法兰3，为花瓣状，其壁厚较大法兰2略大，每瓣内设置有第二连接孔31，所述第二连接孔31的孔壁厚为12mm；
环形凸台，其在轮毂上的相对位置与实施例1中的止口凸台相当，环绕轮毂设置，其高度为55mm，宽度为27mm。
而本对比例的铸造方法如下：
S1.材料制备：采用常规的熔炼方法，将ADI材料的各组分在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；
S2.铸造：将步骤S1中得到的铁水采用包内冲入法球化孕育，浇注温度设定为1400℃，浇筑冷却后得到球墨铸铁铸件；
S3.预热：将步骤S2中冷却后的铸件预热到490℃,保温8min；
S4.后室加热：将步骤S3中处理完成后的铸件加热到至770℃，保温8min，同时保持碳势0.6；
S5.后室保温：将步骤S4中处理完成的铸件加热到890℃，加热时间35min，在900℃保温95min，加热和保温过程中保持碳势0.9；
S6.淬火：将铸件放入盐浴中进行等温淬火，等温淬火温度360℃，淬火时间95min，淬火结束后对外形进行修整，得到商用车重型车桥ADI轮毂。
本对比例采用与对比例1同一批次的材料制造，因此成分含量相同，具体以下组分构成，其中数值均为质量百分比：
C：3.54
Si：2.30
Mn：0.34
Cu：0.48
S：<0.0052
P：0.020
Mg：0.03
余量为Fe和不可避免的杂质，并且本对比例在不可避免的杂质中检出Cr：0.020、Ni：0.088。
本对比例中，在CAE仿真过程中不满足轮毂CAE变形量<0.25mm，在实测时不满足轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力。
对比例2
而本实施例铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构如下：
内筒1，其壁厚为13mm；
大法兰2，为花瓣状，每瓣内设置有第一连接孔21，所述大法兰2的外沿厚度为22mm，并且所述大法兰2和内筒1之间通过直角连接；
小法兰3，为花瓣状，其壁厚较大法兰2略大，每瓣内设置有第二连接孔31，所述第二连接孔31的孔壁厚为9mm
止口凸台4，数量有6个，其高度为53mm，宽度为25mm，并且所述止口凸台4和内筒1外壁之间通过厚度为15mm的增强筋41连接；
加强筋5，厚度为12mm，宽度为45mm，所述加强筋5紧贴在大法兰2和内筒1之间的直角上。
本对比例采用与对比例1同一批次的材料制造，因此成分含量相同，具体以下组分构成，其中数值均为质量百分比：
C：3.54
Si：2.30
Mn：0.34
Cu：0.48
S：<0.0052
P：0.020
Mg：0.03
余量为Fe和不可避免的杂质，并且本对比例在不可避免的杂质中检出Cr：0.020、Ni：0.088。
本对比例中，在CAE仿真过程中满足轮毂CAE变形量＞0.25mm，在实测时不满足轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力。
对比例3
本实施例铸造的商用车重型车桥ADI轮毂结构如下：
内筒1，其壁厚为9mm；
大法兰2，为花瓣状，每瓣内设置有第一连接孔21，所述大法兰2的外沿厚度为20mm，并且所述大法兰2和内筒1之间通过圆角值为19mm的圆角连接；
小法兰3，为花瓣状，其壁厚较大法兰2略大，每瓣内设置有第二连接孔31，所述第二连接孔31的孔壁厚为6mm
止口凸台4，数量有6个，其高度为53mm，宽度为25mm，并且所述止口凸台4和内筒1外壁之间通过厚度为15mm的增强筋41连接；
加强筋5，厚度为10mm，宽度为40mm，所述加强筋5紧贴在大法兰2和内筒1之间的圆角上。
本实施例中铸件原材料采用外购的QT500-7球墨铸铁；
本对比例中，在CAE仿真过程中满足轮毂CAE变形量＞0.25mm，在实测时不满足轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力。
对比例4
本实施例中铸造的轮毂结构如同实施例1，具体的制备方法为：
(1)铁液熔炼：配制生铁、锰铁等合金原料，中频感应电炉加热熔炼，待铁液加热至1520℃出炉；
(2)铁液球化孕育处理：采用冲入法球化孕育工艺，将FeSiMg7RE型稀土镁球化剂置于浇包底部后，在其上方覆盖HY-75Ba3型孕育剂后，最后在冲入铁液，球化孕育40秒制得球墨铸铁铁液；将上述球墨铸铁铁液在温度1400℃时浇入采用顺序凝固原则事先制好的砂型中,浇注时间35秒，成型冷却，形成铸件。得到球墨铸铁材料。
本实施例采用其中一种现有技术的配方，具体成分如下，其中各项成分均为质量百分比：
C：3.38
Si：3.06
Mn：0.52
S：0.009
P：0.018
Cr：0.35
Cu：0.42
Mo：0.37
Mg：0.022
RE：0.055
Sb：0.0042
Bi：0.032
Ni：0.27
La：0.023
余量为铁和不可避免的杂质。
对比例5
本实施例采用其中一种现有技术方案，铸造的轮毂结构如同实施例1，铸造工艺包括如下步骤：
(1)熔制原铁水：将炉料用中频感应炉熔炼，熔清后得1400～1450℃的高温铁水，然后将高温铁水保温10分钟；以使增碳剂完全溶解，最高熔炼温度不超过1450℃；
(2)铸型准备：设计铸造工艺时，铸件收缩率取1.2％，采用顶注式浇注系统，压边冒口，铸型用石英粘土砂造型，砂芯采用树脂砂造型；
(3)铁水球化、孕育处理：在烘烤后的铁水包底部放入烘烤过的球化剂，球化剂为质量百分含量为50％的FeSiMgRE8-7与质量百分含量为50％的FeSiMgRE8-5混合的球化剂。球化剂的加入量为铁水质量的1.6％，粒度5～10mm。上面覆盖烘烤过的硅钡孕育剂，再压上一块1.5mm厚钢板，再将熔制好的原铁水冲入铁水包，铁水出炉温度控制在1410～1430℃。待反应完成后扒渣，在铁水表面加入硅铁孕育剂，搅拌至完全溶解，用聚渣剂除渣；硅钡孕育剂为硅钡合金，其成分及其百分含量为：Si：60～70％，Ba：2～6％，Ca：0.5～2.0％，Al：1～2％，硅钡孕育剂的添加量为铁水质量的0.8％，粒度3～8mm。硅铁孕育剂为Fe-Si75，其成分及其百分含量为：Si：70～75％，余量为铁，其粒度为1～3mm，硅铁孕育剂加入量为铁水质量的0.6％。聚渣剂为膨胀珍珠岩，膨胀珍珠岩中的成分及其百分含量为：SiO2为68～74％、Ai2O3为10～16％，余量为Na2O、K2O、Ca0、MgO、Fe2O3和H2O。本发明申请中采用的球化剂具有适宜的RE和Mg比例，以发挥稀土中和Ti反球化作用的能力，同时减轻其促进白口化的不利影响；
(4)浇注铸件：处理后的铁水浇入汽车轮毂铸型，铸件冷却至200℃以下打箱清理，冷却至室温后即可。
本申请中具体成分如下，其中各项成分均为质量百分比：
C：3.30
Si：3.20
Mn：0.22
P：0.060
S：0.013
V：0.132
TI：0.078
Cr：0.042
RE：0.043
Mg：0.051
余量为铁和不可避免的杂质。
对比例6
本实施例一种现有技术的方法，铸造的轮毂结构如同实施例1，铸造工艺包括如下步骤：
(1)制造包含上述成分的铸铁熔汤；
(2)将铸铁熔汤经球化孕育扒渣处理后浇注成型，得到球墨铸铁材料。
球化孕育处理具体为：向浇包中堤坝的一侧倒入球化剂，在球化剂上面覆盖孕育剂，在温度为1500℃条件下，将铸铁熔汤冲入浇包包底进行球化孕育反应，其中，球化剂的加入量为铸铁熔汤总质量的0.8％，孕育剂的加入量为铸铁熔汤总质量的1％。
其中，球化剂为钇基重稀土合金，其具体成分为：以重量百分比计：钇55-60％、硅40-45％、钙5-8％，孕育剂为稀土硅钙钡孕育剂，其具体成分为：以重量百分比计：硅≧68、钡1.5-3％、钙1-2％、铝1-2％，余量为稀土。
本实施例中的具体成分如下，其中各项成分均为质量百分比：
C：4.04
Mn：0.2
Cu：0.8
Si：0.02
Mg：0.06
Cr：0.08
Ni：0.08
Mo：0.06
W：0.24
Nb：0.05
B：0.03
Y：0.005
Ce：0.005
余量为铁及不可避免的杂质。
实施例1-3和对比例1-6均检测抗拉强度、屈服强度、屈强比、伸长率、HB硬度、冲击吸收能量、无缺口试样冲击功、中值疲劳强度以及在7500Km综合路况进行实际行驶的实验。
具体实验过程应当为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述，此外，判定值为轮毂屈服强度/轮毂CAE主应力，合格值为大于1.25，同时本申请提供的实施例1-3和对比例1-6均为少量试验性生产，采用的是逐个浇筑，统一进行热处理的工序，因此进行测量判定值的测量以及进行7500Km综合路况试验时，选取浇筑次序为最中间的工件进行测试，其余值为平均值。所有的测试结果如表1和表2所示。
表1 第一实验检测结果表
Figure BDA0003141719320000211
表2 第二实验检测结果表
Figure BDA0003141719320000212
Figure BDA0003141719320000221
可以看出，无论是在表1还是在表2中，实施例1-3设计出来的轮毂结构均有着高屈强比，可以充分发挥材料性能，提高零件安全系数，实施例1在韧性、强度、抗冲击能力上处于一种较为均衡的状态，综合性能最优；同时实施例1-3中均有着较高的延伸性，在轮毂高拉力的应用环境下有着优异的韧性；同时还具备着较高的抗冲击性能，防止零件在低频冲击下的断裂风险。并且，在对比例3-6中，一般而言是随着抗拉强度提高而疲劳性能下降，在本申请提供ADI材料的实施例中，在高抗拉强度的下，疲劳强度反而有所提升。
实施例1-3中也均未采用贵重金属，成本较低，力学性能提升明显，铸造出的商用车轮毂重量较低，铸造方便，缺陷较少。
对比例1是发明人在实施过程中的的一个初步的探索结果，其与实施例的主要区别在于没有设置加强筋、采用环形凸台以及大法兰和内筒之间采用直角连接的现有结构，而为了满足相应国标的技术条件要求，其壁厚相对于实施例显著增大，相应的整体性能有明显下降，同时不满足相应判据，其结果是多数工件在进行长路程的综合路况实验后都会开裂。
对比例2是发明人对对比例1的进一步改进，相较于对比例1，壁厚有所降低，也增添了加强筋，只是加强筋和大法兰之间采用直角过度，并且采用止口凸台，其综合重量较之对比例1低很多，但是其铸件综合性能较低，并且重量没有达到实施例1-3的程度。
虽然对比例2中抽取的样品在判定值的测试中满足相应要求，但是在发明人进行扩大试验时，扩大采样范围，发现有相当多的工件无法满足判定值，远超出合适损耗范围，说明对比例2中采样属于随机巧合，对比例2并不合适，其主要原因还是结构不合理导致主应力过高。
而实施例1-3为在对比例2上进一步改进得来，发明人发现设置止口凸台、将大法兰和内筒之间的连接转化为球形并设置加强筋后，可以最大程度的削减不必要的材料，同时降低主应力，使得绝大多数的工件都满足判定值的要求，同时其实际表现也远好于对比例1、2以及现有技术。
对比例3-6均为采用现有技术中提供的铸造方法和相应的原材料，其目标的铸造结构均与实施例1相同，但是其铸造结果和铸造稳定性都不如实施例1-3中，其中绝大多数铸件都无法达到实施例1-3的技术条件，同时成本高昂。
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于，包括：
内筒(1)，其用于装配轴承并与轴头配合；
大法兰(2)，其设置在内筒(1)外侧并靠近内筒(1)的一端，呈花瓣状，每个瓣内设置有用于连接车轮以及制动鼓的第一连接孔(21)；
小法兰(3)，其设置在内筒(1)外侧与大法兰(2)相对的一端，呈花瓣状，每个瓣内设置有用于连接端盖的第二连接孔(31)；
止口凸台(4)，有多个，其周向均匀设置于大法兰(2)朝向小法兰(3)的一侧；
加强筋(5)，其设置在大法兰(2)和内筒(1)的连接处，且位于远离小法兰(3)一侧，所述加强筋(5)和大法兰(2)之间圆角过渡。
2.根据权利要求1所述的一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于：所述止口凸台(4)的数量有4-6个；
所述止口凸台(4)的高度为50-55mm，宽度为23-27mm。
3.根据权利要求2所述的一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于：所述止口凸台(4)和内筒(1)外壁之间通过增强筋(41)连接；所述增强筋(41)的厚度为13-17mm。
4.根据权利要求1所述的一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于：
所述大法兰(2)的外沿厚度为18-22mm；
所述第二连接孔(31)的孔壁厚度为5-7mm。
5.根据权利要求1所述的一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于：所述内筒(1)按照自小法兰(3)向大法兰(2)方向分为第一端口(11)、第一支撑壁(12)、主腔(13)、第二支撑壁(14)和第二端口(15)；
所述第一端口(11)和第二端口(15)的壁厚为6-8mm；
所述第一支撑壁(12)和第二支撑壁(14)的壁厚为9-11mm；
所述主腔(13)的壁厚为8-9mm。
6.根据权利要求1所述的一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于：所述大法兰(2)和内筒(1)的外壁之间采用圆角过渡，圆角值为18-22mm。
7.根据权利要求6所述的一种商用车重型车桥ADI轮毂，其特征在于：所述加强筋(5)紧贴在大法兰(2)和内筒(1)之间的圆角上，所述加强筋(5)厚度8-12mm，宽度35-45mm。
8.一种基于权利要求1所述商用车重型车桥ADI轮毂的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.材料制备：采用常规的熔炼方法，将ADI材料的各组分在感应炉中冶炼时，喷吹氩气净化铁水；
S2.铸造：将步骤S1中得到的铁水采用包内冲入法球化孕育，浇注温度设定为1400-1480℃，浇筑冷却后得到球墨铸铁铸件；
S3.预热：将步骤S2中冷却后的铸件预热到490℃-510℃,保温8min-12min；
S4.后室加热：将步骤S3中处理完成后的铸件加热到至770℃-790℃，保温8min-12min，同时保持碳势0.6；
S5.后室保温：将步骤S4中处理完成的铸件加热到890℃-910℃，加热时间35min-45min，在900℃保温85min-95min，加热和保温过程中保持碳势0.9；
S6.淬火：将铸件放入盐浴中进行等温淬火，等温淬火温度360℃-380℃，淬火时间85min-95min，淬火结束后对外形进行修整，得到商用车重型车桥ADI轮毂。
9.根据权利要求8所述的商用车重型车桥ADI轮毂的铸造方法，其特征在于：所述ADI材料，包括以下质量百分比的组成：
C：3.4-3.6
Si：2.2-2.4
Mn：0.3-0.4
Cu：0.4-0.5
S：<0.02
P：＜0.03
Mg：0.02-0.05
余量为Fe和不可避免的杂质。
10.一种应用于权利要求1所述的商用车重型车桥ADI轮毂的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对商用车重型车桥ADI轮毂的结构进行CAE仿真分析；
计算得到商用车重型车桥ADI轮毂的轮毂CAE主应力和轮毂CAE变形量；
当轮毂CAE变形量<0.25mm时，进行下一步，否则，重新设计商用车重型车桥ADI轮毂结构；
测量实际铸造成型的商用车重型车桥ADI轮毂的轮毂屈服强度，当满足轮毂屈服强度/1.25＞轮毂CAE主应力时，轮毂合格，当不满足时，轮毂不合格，轮毂不合格。
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