汽車鑄件工藝知識(shí)及其鑄造技術(shù)
發(fā)布者：無錫市勇盛金屬制品有限公司 發(fā)布時(shí)間：2021/9/14 15:20:21 點(diǎn)擊次數(shù)：
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鑄造是最古老的金屬成形方法之一，汽車零件中大約有15%~20%為采用不同鑄造方法生產(chǎn)的鑄件，這些鑄件主要為動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件和重要的結(jié)構(gòu)部件。
目前歐美汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車鑄件生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，環(huán)境污染小。鑄造原輔材料已形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，整個(gè)生產(chǎn)過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化。這些國(guó)家普遍采用數(shù)字化技術(shù)提升鑄造工藝設(shè)計(jì)水平，鑄件廢品率約為2%~5%，并且已經(jīng)建立跨國(guó)服務(wù)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。與之相比，我國(guó)的汽車鑄件雖然產(chǎn)量較大，但大多數(shù)都是附加值和技術(shù)含量較低，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的黑色鑄件，與國(guó)外水平差距較大。本文主要從汽車節(jié)能環(huán)保等方面的發(fā)展需求，論述了汽車鑄件和汽車技術(shù)的發(fā)展方向。
1 汽車鑄件的發(fā)展方向
1.1 汽車鑄件的集成化設(shè)計(jì)
隨著汽車節(jié)能環(huán)保以及降低生產(chǎn)成本的要求不斷增加，充分利用鑄造成形的優(yōu)勢(shì)，將原有沖壓、焊接、鍛造和鑄造成形的數(shù)個(gè)零件，通過合理的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)集成零件的鑄造成形，可以有效地降低零件的重量和減少不必要的加工工藝過程，從而實(shí)現(xiàn)零件的輕量化和高性能化。一汽集團(tuán)開發(fā)的一體化橋殼，用以代替焊接橋殼及帶半軸套管鑄造橋殼的新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)鑄件的集成化鑄造，充分利用鑄造成形的優(yōu)勢(shì)。目前常見的鑄造整體式橋殼的主要形式是在橋殼的兩端壓入無縫鋼管作為半軸套管，并用銷釘固定形成橋殼總成。為進(jìn)一步提高橋殼的強(qiáng)度、剛度和簡(jiǎn)化工藝過程，一汽集團(tuán)開發(fā)出了直接在橋殼上鑄出半軸套管(圖1橋殼兩側(cè)的部分)的一體化橋殼，其特點(diǎn)是減少加工難度，成本降低較多，橋殼結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，且橋殼剛性較好，可制成復(fù)雜而理想的形狀，壁厚能夠變化，可得到理想的應(yīng)力分布，其強(qiáng)度及剛度均較大，工作可靠。由于集成了半軸套管，鑄件尺寸顯著增加，鑄件長(zhǎng)2 258 mm，其單件重量超過200 kg。針對(duì)這一集成鑄件的特點(diǎn)，企業(yè)建立了專用生產(chǎn)線用以保證生產(chǎn)。
汽車鑄件集成化的發(fā)展趨勢(shì)在有色合金鑄件方面的發(fā)展更為明顯。為了充分利用鑄造工藝能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的生產(chǎn)的特點(diǎn)，出現(xiàn)了集成設(shè)計(jì)的車門內(nèi)板、座椅骨架、儀表板骨架、前端框架和防火墻等集成設(shè)計(jì)的高壓鑄件，其尺寸顯著大于目前生產(chǎn)的鑄件，需要4 000~5 000 t甚至更大噸位的壓鑄機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。
1.2 汽車鑄件的輕量化
在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)輕量化，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。汽車整備質(zhì)量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.3~0.6 L，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%。隨著環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流，汽車鑄件的輕量化也成為汽車鑄件的重要發(fā)展方向之一
1.2.1 汽車鑄件的輕量化設(shè)計(jì)
出于鑄件整體安全系數(shù)的需要，等厚度設(shè)計(jì)是汽車鑄件主要設(shè)計(jì)方法之一。然而等厚設(shè)計(jì)的主要弊端是無法充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)性能，并導(dǎo)致鑄件重量的增加。采用CAE 分析、拓?fù)鋬?yōu)化等手段，對(duì)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使零部件各個(gè)部位的應(yīng)力值接近，即各個(gè)部位的壁厚不一致，受力小的部位減薄料厚或不要材料，從而減輕零件的重量。考慮到鑄造成形可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的成形，可以實(shí)現(xiàn)各種不規(guī)則的異型截面。設(shè)計(jì)時(shí)，采用CAE或拓?fù)鋬?yōu)化等手段，對(duì)零部件進(jìn)行應(yīng)力分析。根據(jù)力的分布，確定零部件的形狀和具體局部的材料厚度。通過對(duì)鑄件加筋、挖孔和變厚化，可使零部件的重量大大降低。是東風(fēng)精密鑄造有限公司對(duì)商用車支座進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的鑄件外形對(duì)比，可見鑄件初始重量為6.6 kg，其設(shè)計(jì)為典型的等厚設(shè)計(jì)。該鑄件經(jīng)過加筋、挖孔和變截面等一系列輕量化設(shè)計(jì)方法后，鑄件重量變?yōu)?.0 kg，減重效果可達(dá)50%以上。
1.2.2 輕合金汽車鑄件
使用鋁鎂等輕合金材料是目前各國(guó)汽車制造商的主要減重措施。鋁的密度僅為鋼的1/3，且有優(yōu)良的耐蝕性和延展性。鎂的密度更小，只有鋁的2/3，在高壓鑄造條件流動(dòng)性優(yōu)異。鋁和鎂的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與質(zhì)量之比)都相當(dāng)高，對(duì)減輕自重，提高燃油效率有舉足輕重的作用。美國(guó)汽車業(yè)近兩年競(jìng)爭(zhēng)力提高，與其大幅度采用鋁鎂結(jié)構(gòu)鑄件和集成鑄件具有密切關(guān)系。
德國(guó)寶馬公司推出的新5 系列由于搭載了最新一代鎂鋁復(fù)合直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，重量較上一代減少了10 kg，大幅提高了性能與油耗經(jīng)濟(jì)性。但是需要注意的是由于鋁鎂等輕合金的原材料價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼鐵材料，限制了其在汽車工業(yè)中更廣泛的應(yīng)用。但是盡管原材料價(jià)格較高，目前鎂、鋁鑄件的單車用量卻連年上升。這一方面是通過技術(shù)進(jìn)步彌補(bǔ)了成本增加，另一方面則是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使汽車廠商降低利潤(rùn)而采用更多的輕合金。然而，要使輕合金用量得到大幅度提高，降低鎂鋁錠的采購價(jià)格，開發(fā)先進(jìn)成形技術(shù)是關(guān)鍵之一。
1.2.3 汽車鑄件材料的高性能化
提高材料的性能，使得單位重量的零件能夠承受更高的載荷，是有效降低鑄件重量的方法之一。支架類結(jié)構(gòu)鑄件占汽車鑄件相當(dāng)大的比例，因而其鑄件的開發(fā)也成為關(guān)注的重點(diǎn)之一。通過熱處理等措施，使材料顯微組織改變，從而提高零件的強(qiáng)度、剛度或韌性，可以有效地降低零件重量。
等溫淬火球墨鑄鐵，不僅強(qiáng)度比普通鑄鋼材料有所提高，而且密度比鋼要低，其密度為7.1 g/cm3，而鑄鋼的密度為7.8 g/cm3，是近年來廣泛推薦采用的材料。采用等溫淬火球墨鑄鐵，在鑄件尺寸相同的條件下，比鑄鋼件輕10%。東風(fēng)汽車公司在某型商用車進(jìn)行了采用等溫淬火球墨鑄鐵替代鑄鋼件的輕量化驗(yàn)證工作，并針對(duì)等溫淬火球墨鑄鐵件高強(qiáng)度特點(diǎn)，對(duì)14個(gè)懸架類零件進(jìn)專家論壇行重新設(shè)計(jì)。表1為采用等溫淬火球墨鑄鐵材料替代后的輕量化效果，總重量減輕近40%，效果顯著。需要說明的是表1 中的輕量化效果不僅僅是材料替代產(chǎn)生的，還包括輕量化設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)。一般來說，汽車鑄件的材料替換往往伴隨著零件的輕量化設(shè)計(jì)。
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精密鑄造 
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