汽車鑄件工藝知識(shí)及其鑄造技術(shù)
發(fā)布者：無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)零件的輕量化和高性能化。一汽集團(tuán)開(kāi)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(jiàn)的鑄造整體式橋殼的主要形式是在橋殼的兩端壓入無(wú)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(guò)程，一汽集團(tuán)開(kāi)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(guò)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(wú)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�？紤]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(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(gòu)價(jià)格，開(kāi)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(kāi)發(fā)也成為關(guān)注的重點(diǎn)之一。通過(guò)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(lái)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(shuō)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(lái)說(shuō)，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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