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汽车铸件工艺常识及其锻造技术发展趋向
公布工夫:2018.04.09  新闻来源:   阅读次数:   [ 返回 ] [ 打印 ]

  锻造是最陈腐的金属成形要领之一,汽车零件中约莫有15%~20%为接纳差别锻造要领消费的铸件,这些铸件重要为动力体系要害部件和主要的构造部件。

现在西欧汽车工业发达国家的汽车铸件生产技术先辈,产品质量好,消费效力下,环境污染小。锻造本辅质料已构成系列化和标准化,全部生产过程曾经实现了机械化、自动化和智能化。这些国度广泛接纳数字化手艺提拔锻造工艺设想程度,铸件废品率约为2%~5%,而且曾经竖立跨国效劳体系并实现网络技术支持。与之比拟,我国的汽车铸件固然产量较大,但大多数都是附加值和手艺含量较低,构造相对简朴的玄色铸件,取外洋程度差异较大。本文重要从汽车节能环保等方面的生长需求,叙述了汽车铸件和汽车技术的发展方向。

1 汽车铸件的发展方向

1.1 汽车铸件的集成化设想

跟着汽车节能环保和低落生产成本的要求络续增添,充分利用锻造成形的上风,将原有冲压、焊接、铸造和锻造成形的数个零件,经由过程公道的设想和构造优化,实现集成零件的锻造成形,能够有效地低落零件的重量和削减不必要的加工工艺历程,从而实现零件的沉量化和下机能化。

图1为一汽集团开辟的一体化桥壳,用以替代焊接桥壳及带半轴套管锻造桥壳的新产品,实现铸件的集成化锻造,充分利用锻造成形的上风。现在常见的锻造整体式桥壳的重要情势是正在桥壳的两头压入无缝钢管作为半轴套管,并用销钉流动构成桥壳总成。为进一步进步桥壳的强度、刚度和简化工艺历程,一汽集团开辟出了间接正在桥壳上铸出半轴套管(图1桥壳两侧的局部)的一体化桥壳,其特性是削减加工难度,本钱低落较多,桥壳构造趋于简朴,且桥壳刚性较好,可制成庞大而幻想的外形,壁薄可以或许转变,可得到幻想的应力散布,其强度及刚度均较大,事情牢靠。因为集成了半轴套管,铸件尺寸明显增添,铸件少2 258 mm,其单件重量凌驾200 kg。针对那一集成铸件的特性,企业竖立了公用生产线用以包管消费。

汽车铸件集成化的发展趋势正在有色合金铸件方面的生长更加显着。为了充分利用锻造工艺可以或许实现庞大构造铸件的消费的特性,泛起了集成设想的车门内板、座椅骨架、仪表板骨架、前端框架和防火墙等集成设想的高压铸件,其尺寸明显大于现在消费的铸件,需求4 000~5 000 t以至更大吨位的压铸机停止消费。

1.2 汽车铸件的沉量化

正在包管汽车的强度和平安机能的条件下,尽量天低落汽车的整备质量,实现沉量化,从而进步汽车的动力性,削减燃料斲丧,低落排气净化。汽车整备质量每削减100 kg,百千米油耗可低落0.3~0.6 L,若汽车整车重量低落10%,燃油效力可进步6%~8%。跟着环保和节能的需求,汽车的沉量化曾经成为天下汽车生长的潮水,汽车铸件的沉量化也成为汽车铸件的主要发展方向之一。

1.2.1 汽车铸件的沉量化设想

出于铸件整体安全系数的需求,等厚度设想是汽车铸件重要设想要领之一。但是等薄设想的重要毛病是没法充分发挥构造机能,并致使铸件重量的增添。接纳CAE 剖析、拓扑优化等手腕,对零部件停止优化设想,使零部件各个部位的应力值靠近,即各个部位的壁薄不一致,受力小的部位减薄料厚或不要质料,从而减轻零件的重量。考虑到锻造成形能够实现庞大构造铸件的成形,能够实现种种不规则的异型截面。设计时,接纳CAE或拓扑优化等手腕,对零部件停止应力剖析。凭据力的散布,肯定零部件的外形和详细部分的质料厚度。经由过程对铸件加筋、挖孔和变厚化,可使零部件的重量大大低落。

图2 是春风周详锻造有限公司对商用车支座停止优化设想前后的铸件形状对照,可见铸件初始重量为6.6 kg,其设想为典范的等薄设想。该铸件经由加筋、挖孔和变截面等一系列沉量化设想要领后,铸件重量变成3.0 kg,加重结果可达50%以上。

1.2.2 沉合金汽车铸件

运用铝镁等沉合金材料是现在列国汽车制造商的重要加重步伐。铝的密度仅为钢的1/3,且有优秀的耐蚀性和延展性。镁的密度更小,只要铝的2/3,正在高压锻造前提流动性优秀。铝和镁的比强度(强度取质量之比)皆相称下,对减轻自重,进步燃油效力有无足轻重的感化。美国汽车业近两年竞争力进步,与其大幅度接纳铝镁构造铸件和集成铸件具有亲切干系。

德国宝马公司推出的新5 系列因为搭载了最新一代镁铝复合直列六缸发动机缸体,重量较上一代削减了10 kg,大幅进步了机能取油耗经济性。然则需求注重的是因为铝镁等沉合金的原材料价格要远远高于钢铁质料,限定了其正在汽车工业中更普遍的运用。然则只管原材料价格较下,现在镁、铝铸件的单车用量却比年上升。那一方面是经由过程技术进步补充了本钱增添,另一方面则是市场竞争迫使汽车厂商低落利润而接纳更多的沉合金。但是,要使轻合金用量获得大幅度进步,低落镁铝锭的采购价钱,开辟先辈成形手艺是要害之一。

1.2.3 汽车铸件质料的下机能化

进步质料的机能,使得单元重量的零件可以或许蒙受更高的载荷,是有用低落铸件重量的要领之一。支架类构造铸件占汽车铸件相称大的比例,因此其铸件的开辟也成为存眷的重点之一。经由过程热处理等步伐,使质料显微构造改动,从而进步零件的强度、刚度或韧性,能够有效地低落零件重量。

等温淬火球墨铸铁,不只强度比一般铸钢质料有所进步,并且密度比钢要低,其密度为7.1 g/cm3,而铸钢的密度为7.8 g/cm3,是近年来普遍推荐接纳的质料。接纳等温淬火球墨铸铁,正在铸件尺寸雷同的条件下,比铸钢件沉10%。东风汽车公司正在某型商用车停止了接纳等温淬火球墨铸铁替换铸钢件的沉量化考证事情,并针对等温淬火球墨铸铁件下强度特性,对14个悬架类零件进专家论坛止从新设想。表1为接纳等温淬火球墨铸铁质料替换后的沉量化结果,总重量减轻远40%,效果显著。需求阐明的是表1 中的沉量化结果不单单是质料替换发生的,借包孕沉量化设想的孝敬。一般来说,汽车铸件的质料交换每每伴随着零件的沉量化设想。

正在铝合金和镁合金铸件方面也接纳了高强、下韧的质料停止替换,正在原有沉合金加重的基础上,运用下机能质料停止进一步加重,美国通用汽车公司接纳下机能的AE44合金庖代原有的铝合金,接纳高压锻造的要领消费副车架,正在铝合金加重的基础上进一步加重6 kg。

1.3 汽车铸件开辟数字化

汽车铸件开辟取数字手艺的周全联合能够明显天提拔锻造技术水平,收缩产物的设想和试制周期。现在数字制造手艺曾经普遍应用于汽车铸件的开辟。正在铸件结构设计及锻造工艺设想阶段,Pro/E,CATIA,和UG 等三维设计软件曾经得到了普遍的运用,局部先辈的锻造企业曾经实现了无纸化设想。MAGMA,ProCAST和华铸CAE 等软件曾经被普遍用于汽车铸件凝固历程、显微构造、身分偏析和材质机能等方面的模仿,借能够对锻造历程中的速度场、浓度场、温度场、相场、应力场等方面的模仿,可以或许确保正在批量消费前使工艺计划获得优化。

为顺应汽车铸件快速开辟的需求,正在CAD/CAE的设想取开辟的基础上,RP(快速原型手艺)曾经被普遍用于汽车铸件的快速试制。正在得到CAD/CAE 原始数据后,接纳逐层聚积的要领,经由过程粘结,熔结或烧结的体式格局得到铸件原型或构成铸件所需模具的原型。前者可用熔模锻造,石膏型锻造等要领试制铸件样件,后者可间接作为模具制造砂芯,经由过程组芯外型而浇注出铸件。另外,借能够用粉料激光烧结法(SLS),间接完成砂芯和砂型的建造,从而得到铸件试制所需求的砂型。关于构造相对简朴的中模,借能够接纳数控机床,用可加工塑料停止CAM加工,从而得到铸件试制所需的芯盒和样子容貌,或是间接对砂块停止加工,间接得到中模的砂型。

总体上道,数字化手艺曾经贯串铸件的设想、开辟和试制的各个环节,有用进步了铸件的开辟速度和效力。现在重要存在的问题是设想、剖析和快速制造等方面的数字化手艺各自自力,当开辟历程由一个阶段背另一个阶段转化时,借需求停止相称烦琐的数据转换事情。期望正在未来可以或许针对铸件开辟各个环节所运用的数字化技术开发出同一的数据接口平台,竖立标准化的数据转换尺度,实现差别软件之间数据的无缝转换,从而更进一步的进步铸件的开辟速度。

2 汽车锻造手艺的发展方向

2.1 薄壁庞大构造铸件的生产技术

跟着汽车工业的生长和节能加排的需求,汽车零件日益沉量化,经由过程薄壁化设想,实现沉量化是发动机缸体的主要发展方向。以一汽锻造有限公司为一汽大众公司消费铸铁缸体为例,晚期消费的06A 缸体壁薄4.5mm±1.5 mm,EA111 缸体壁薄4 mm±1 mm,现在批量消费的EA888Evo2 缸体壁薄3.5 mm±0.8 mm,下一代EA888Gen.3 缸体产品结构则更加庞大,其壁厚仅为3mm±0.5 mm,是现在最薄的灰心铸铁缸体。只管批量消费中存在着断芯、漂芯和壁薄尺寸颠簸较大的题目,然则经由过程掌握砂芯和型砂的质量,接纳现在普遍运用的程度卧浇工艺照样可以或许知足EA888Evo2 缸体的消费要求,但没法知足EA888Gen.3 缸体的消费要求,必需接纳整体组芯立浇工艺。

图3示出了程度卧浇和组芯立浇示意图。针对缸体3 mm薄壁特性,组芯立浇工艺对造芯和组芯都提出了刻薄的要求。造芯中央可实现造芯消费的高度智能化、自动化。从本砂、树脂的到场,混砂、制芯、修芯、组装、涂料和烘干到外型和组下芯全过程都可以实现高度自动化,使砂芯制芯质量、组装质量即尺寸精度和涂料烘干质量等得到了稳固的包管,从而制止了果人为因素而形成的质量和尺寸风险,顺应大批量汽缸体系体例芯消费的需求。可以或许有用处理大批量消费时,废品率不稳定和居高不下的题目,同时因为砂芯尺寸精度的进步,也极大天低落了清算工作量和本钱,而且完整可以或许有用包管3mm壁薄尺寸要求。

2.2 铝镁合金大型结构件的制造手艺

跟着节能、环保和低落部件本钱的要求络续增添,铝镁合金大型构造铸件曾经成为主要的发展趋势,其制造手艺也成为现在的开辟热点。现在铝镁合金大型结构件的重要生产技术有高压锻造、挤压锻造和高压锻造。因为高压锻造消费效力下,产品质量好曾经成为现在重要的生产工艺,其制造手艺的开辟重要集中正在对高压锻造历程中轻易卷气,铸件内部轻易构成气孔,不克不及停止热处理题目的革新。

德国富去公司开辟了真空负压吸铸工艺,其事情道理如图4 所示,全部压铸历程皆正在下真空状况下(低于30 mbar)停止。金属液经由过程真空状况下的模具、压室和吸管正在无氧化状况下由吸管从熔炉中吸入,脱模剂的蒸汽也由真空体系排挤。上述真空负压吸铸工艺的主要特点是:正在最先定量浇注时,全部体系便处于下真空状况下;正在定量浇注历程中,可有效地排挤型腔和金属熔体中的气体;浇注历程中金属熔体无氧化;浇注历程中无热丧失,能够接纳更低的浇注温度停止浇注,并正在及时监控下停止无扰动层流充填。上述工艺曾经胜利天应用于汽专家论坛车构造铸件的批量消费,为下质量的沉合金铸件的运用供应了先辈的成型要领取工艺。

瑞士的布勒公司开辟了用于构造铸件消费的单回路真空体系,该生产技术称为结构件生产技术,如图5所示。接纳结构件生产技术能够进步抽真空的速度,从而得到稳固的生产条件,明显进步压铸件的质量。如图5所示,单回路真空体系中的一个回路的抽气口设置正在压室的上端,重要用于压室内的氛围抽出。当压射冲头前行封住浇料口时启动,正在冲头行将封住抽气口的霎时封闭。另一个回路设置取传统的真空工艺雷同,重要用于型腔内的氛围抽出。现在该手艺曾经胜利的应用于乘用车的铝合金集成减震塔,车门内板和车身纵梁等部件的制造。

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2.3 铸件准确锻造成形手艺

一般所说的汽车铸件准确锻造成形重要是指消逝模和熔模锻造手艺。跟着汽车铸件成形手艺的生长,锻造准确成形是指一类锻造成形要领。经由过程那一类成形要领消费出的铸件无需经由切削或是少切削便可间接运用。跟着对铸件尺寸精度要求的进步,锻造准确成形手艺近年来得到了迅速发展,泛起了准确砂型锻造,消逝模锻造、可控压力锻造、压力锻造等一系列新的锻造成形要领。Cosworth 锻造要领是由英国开辟的一种接纳锆砂砂芯组合并用电磁泵掌握浇注的要领,曾经胜利用于铝合金缸体的批量消费,并曾经泛起了很多工艺变种,如接纳高压浇注庖代电磁泵浇注等工艺。接纳该类锻造要领能够消费壁薄为3.5~4.0 mm的铝合金缸体,是现在准确砂型锻造的代表工艺。

消逝模锻造工艺自1965年发现至今,重要消费的汽车铸件为缸体、缸盖、进排气管等产物,并构成了范围消费。我国自20 世纪90 年月引进消逝模锻造手艺,现在已初具规模,并被国家重点推行而成为革新传统锻造业运用最为普遍的高新技术。目前我国有水玻璃造壳,复合造壳和硅溶胶制壳三种熔模周详锻造工艺,个中用于汽车产品消费硅溶胶造壳工艺的铸件外面质量能够到达Ra 1.6 μm,尺寸精度可达CT4 级,最小壁薄能够做到0.5~1.5 mm。东风汽车周详锻造有限公司接纳硅溶胶+水玻璃复合型造壳工艺消费庞大构造集成铸件,明显低落了生产成本。熔模周详锻造手艺成型工艺的发展趋势是铸件离终究产物的间隔愈来愈远,产物的庞大水平和质量层次愈来愈下,CAD、CAM和CAE的运用成为产物开辟重要手艺,专业化合作最先展现。

正在高压锻造工艺基础上开辟的真空锻造、充氧压铸、半固态金属流变或触变压铸等工艺要领,旨在消弭铸件缺点,进步内部质量,并扩大压铸件的运用局限。挤压锻造历程中,熔体正在压力下充型和凝固,具有安稳、无金属喷溅、金属液氧化丧失少、节能、操纵平安和削减铸件孔洞类缺点等长处,正在铝合金副车架等下机能铝合金铸件的开辟取运用方面得到了普遍的运用。

汽车产量的络续增进急迫要求锻造消费背下质量、优机能、近净形、多种类、低消耗、低成本的偏向生长。因为一辆整车约15%~20%的零件是铸件。那就要供锻造行业要不断运用种种新技术、新材料去提拔锻造整体程度。铸件准确锻造成形手艺可以或许知足汽车铸件的上述要求,其运用也将涵盖汽车铸件的差别锻造生产过程中。

为顺应日趋刻薄的环保法例的要求,汽车正在背沉量化偏向生长。汽车自重每低落削减10%,油耗可削减5.5%,燃料经济性可进步3%~5%,同时低落排放10%阁下。运用铝镁等有色合金铸件,开辟大型庞大构造集成铸件和普遍运用铸件准确成形手艺是实现汽车铸件沉量化的重要路子。因此要求正在普遍接纳数字手艺的基础上,经由过程下机能锻造质料,自动化装备的普遍运用等手腕实现汽车铸件的研发取消费,知足现代汽车产业的需求。



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