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5G背景下智能汽車部件精密鑄造趨勢

文章出處:精密鑄造廠 人氣:發表時間:2019-03-06 11:16

  鑄造是最古老的金屬成型方法之一。約15%至20%的汽車零件是通過不同鑄造方法生產的鑄件。這些鑄件主要是電力系統和重要結構部件的關鍵部件。目前,歐美發達國家的汽車鑄件生產工藝先進,產品質量好,生產效率高,環境污染小。鑄造原輔材料已經過系列化和標準化,整個生產過程已經機械化,自動化和智能化。在這些國家,數字技術被廣泛用于提高鑄造工藝的設計水平。鑄件廢品率約為2%至5%,建立了跨國服務體系,并建立了網絡技術支持。相比之下,雖然中國的汽車鑄件產量很大,但大多數都是黑色鑄件,具有附加值,技術含量低,結構相對簡單,遠遠沒有達到國外水平。本文主要從汽車節能和環保的發展需求出發,探討汽車鑄件和汽車技術的發展方向。
  汽車鑄件的一體化設計
  隨著節能環保要求的提高和生產成本的降低,鑄造成型的優勢得到充分利用,原始沖壓,焊接,鍛造,鑄造成型的原有部件通過合理的設計和結構優化得到優化。成型可以有效地減輕零件的重量,減少不必要的加工過程,從而實現輕量化和高性能的零件。
  目前,鑄造整體式橋殼的主要形式是在軸殼的兩端按壓無縫鋼管作為半軸襯套,并用銷釘固定,形成橋殼組件。為了進一步提高橋殼的強度和剛度并簡化工藝,一汽集團開發了一種集成軸殼,可在軸殼上直接鑄造半軸襯套(圖中軸殼兩側的部件) 1)。加工難度大,成本降低更多,軸殼結構趨于簡單,軸殼剛性好,可制作復雜理想的外形,可改變壁厚,可以獲得理想的應力分布,并且強度和剛度都很大。 ,可靠的工作。由于集成半軸襯套,鑄件尺寸顯著增加,鑄件長度為2258mm,一件式重量超過200kg。為了響應這種一體化鑄件的特點,公司建立了專門的生產線以確保生產。
  汽車鑄件一體化的發展趨勢在有色金屬合金鑄件的發展中更為明顯。為了充分利用鑄造工藝實現復雜結構鑄件生產的特點,高壓鑄件一體化設計,門內板,座椅框架,儀表板骨架,前框架和防火墻一體化設計,這顯著大于目前的產量。鑄件需要能夠生產4000至5000噸或更多的壓鑄機。
  輕量化的汽車鑄件
  在保證汽車強度和安全性能的前提下,盡可能降低汽車的整備質量,減輕重量,從而提高汽車動力,降低油耗,減少尾氣污染。每減少100公斤車輛整備重量,每100公里的油耗可降低0.3~0.6L。如果車輛重量減少10%,燃油效率可提高6%~8%。隨著環保和節能的需要,汽車的輕量化已成為世界汽車發展的趨勢。汽車鑄件的輕量化也成為汽車鑄件的重要發展方向之一。汽車鑄件的輕量化設計
  由于鑄件的整體安全系數,厚度設計是汽車鑄件的主要設計方法之一。然而,等厚度設計的主要缺點是不能充分利用結構性能并導致鑄件重量的增加。 CAE分析,拓撲優化和其他手段用于優化零件的設計,使零件的應力值彼此接近,即每個零件的壁厚不一致,零件的尺寸小力是更薄或更少的材料,從而減少零件。的重量。考慮到鑄造可以實現復雜結構鑄件的形成,可以實現各種不規則的異形截面。在設計時,使用CAE或拓撲優化對組件執行應力分析。根據力的分布,確定部件的形狀和特定的局部材料厚度。通過對鑄件進行加固,鏜孔和加厚,可以大大減輕零件的重量。
  輕合金汽車鑄件
  鋁和鎂等輕合金材料的使用目前是各國汽車制造商的主要減重措施。鋁的密度僅為鋼的1/3,具有優異的耐腐蝕性和延展性。鎂具有較低的密度,僅為鋁的2/3,并且在高壓鑄造條件下具有優異的流動性。鋁和鎂的比強度(強度與質量比)非常高,這在減輕自重和提高燃料效率方面起著重要作用。過去兩年美國汽車工業的競爭力與其大量使用鋁鎂結構鑄件和一體化鑄件密切相關。
  寶馬德國推出的新5系列配備了最新一代鎂鋁復合直列六缸發動機缸體,比上一代減少了10kg,大大提高了性能和燃油經濟性。然而,應該指出的是,鋁鎂合金和輕合金等原材料的價格遠遠高于鋼材,這限制了其在汽車工業中的廣泛應用。然而,盡管原材料價格居高不下,目前鎂鋁鑄件的消耗量逐年增加。這方面由技術進步構成,以彌補成本的增加。另一方面,市場競爭迫使汽車制造商減少利潤并采用更多輕合金。但是,為了大大增加輕合金的數量,降低鎂鋁錠的采購價格,先進成形技術的發展是關鍵之一。
  高性能的汽車鑄造材料
  提高材料的性能以使部件的單位重量能夠承受更高的載荷是有效減輕鑄件重量的方法之一。支架狀結構鑄件占汽車鑄件的相當大比例,鑄件的開發也成為人們關注的焦點。通過熱處理和其它措施,改變材料的微觀結構,從而提高部件的強度,剛性或韌性,并且可以有效地減輕部件的重量。
  等溫淬火球墨鑄鐵不僅比普通鑄鋼具有更高的強度,而且密度低于鋼,密度為7.1g/cm3,鑄鋼密度為7.8g/cm3,近年來被廣泛推薦。 。使用等溫淬火球墨鑄鐵,在相同的鑄造尺寸下比鑄鋼輕10%。東風汽車有限公司在商用車上進行了等溫球墨鑄鐵代替鑄鋼的輕量化驗證工作,并將14個懸掛部件重新設計成奧氏體球墨鑄鐵件高強度特性的專家論壇。通常,汽車鑄件的材料替換通常伴隨著部件的輕量化設計。高強度,高韌性材料也用于鋁合金和鎂合金鑄件。基于原始輕合金重量減輕,高性能材料用于進一步減輕重量。 GM使用高性能AE44合金代替。原鋁合金采用高壓鑄造法生產,在鋁合金減重的基礎上,重量進一步減少6kg。
  汽車鑄件開發的數字化
  汽車鑄造開發與數字技術的全面結合可以顯著提高鑄造技術水平,縮短產品設計和試驗周期。目前,數字化制造技術已廣泛應用于汽車鑄件的開發。在鑄造結構和鑄造工藝的設計中,Pro/E,CATIA,UG等三維設計軟件得到了廣泛的應用,一些先進的鑄造企業實現了無紙化設計。 MAGMA,ProCAST和Huazhu CAE已廣泛應用于汽車鑄造凝固過程,微觀結構,成分偏析和材料性能的模擬,以及鑄造過程中的速度場,濃度場,溫度場,相位。在現場,應力場等模擬中,確保在批量生產之前優化過程解決方案。
  為了滿足汽車鑄件快速發展的需要,基于CAD/CAE的設計和開發,RP(快速成型技術)已廣泛應用于汽車鑄件的快速試制。在獲得CAD/CAE原始數據之后,通過逐層堆疊的粘合,燒結或燒結獲得鑄造原型或形成鑄件所需的模具原型。前者可用于通過熔模鑄造,石膏鑄造等測試鑄件。后者可直接制造砂芯作為模具,并通過型芯成型鑄造鑄件。另外,還可以通過粉末激光燒結(SLS)直接形成砂芯和砂型,從而獲得鑄造試制所需的砂型。對于結構相對簡單的外模,也可以使用數控機床用可加工塑料加工CAM,從而獲得芯盒和鑄件試制所需的圖案,或直接加工砂塊直接加工獲得外模的砂模。
  總的來說,數字技術已經滲透到鑄件設計,開發和試制的各個方面,有效地提高了鑄件的開發速度和效率。目前,主要問題是設計,分析和快速制造中的數字技術是獨立的。當開發過程從一個階段轉換到另一個階段時,需要進行相當繁瑣的數據轉換。希望將來能夠為鑄造開發各個部分應用的數字技術開發統一的數據接口平臺,建立標準化的數據轉換標準,實現不同軟件之間數據的無縫轉換,從而進一步提高鑄件的開發速度。
  薄壁復雜結構鑄件的生產技術
  隨著汽車工業的發展和節能減排的需求,汽車零部件變得越來越輕。較薄的壁設計是發動機缸體的重要發展方向。例如,一汽鑄造有限公司為一汽大眾生產鑄鐵氣缸。 06A氣缸壁厚的早期生產為4.5mm1.5mm,EA111氣缸壁厚為4mm1mm,EA888Evo2氣缸壁厚的當前量產為3.5mm0.8mm。新一代EA888Gen.3氣缸產品結構更加復雜,壁厚僅為3mm0.5mm,是最薄的灰鑄鐵氣缸體。雖然核心生產存在問題,如破芯,漂芯和大壁厚波動,但通過控制砂芯和型砂的質量,廣泛使用的臥式臥式鑄造工藝仍能滿足EA888Evo2氣缸的生產要求。 。但是,不能滿足EA888Gen.3氣缸的生產要求,必須使用整個堆芯工藝。鋁鎂合金大型結構件制造技術
  隨著對節能,環保和降低部件成本的需求不斷增加,大型鋁鎂合金鑄件已成為重要的發展趨勢,其制造技術已成為發展的熱點。目前,鋁鎂合金大型結構件的主要生產技術包括高壓鑄造,擠壓鑄造和低壓鑄造。由于高壓鑄造的高生產效率,產品的質量已成為目前的主要生產工藝。其制造技術的發展主要集中在高壓鑄造過程中的易氣填充,并且在鑄件內容易形成孔隙,并且不能改善熱處理問題。
  德國Fulai公司開發了真空真空鑄造工藝,其中整個壓鑄工藝在高真空(小于30毫巴)下進行。熔融金屬通過無真空模具,壓力室和吸入管中的吸入管從爐中吸出,并且脫模劑的蒸汽也從真空系統排出。上述真空負壓吸鑄工藝的主要特點是在開始定量鑄造時整個系統處于高真空狀態;在定量鑄造過程中,腔體內的氣體和金屬熔體可以有效地排出;在澆注過程中金屬熔體沒有氧化;在鑄造過程中沒有熱量損失,可以在較低的澆注溫度下澆注,并且在實時監控下進行未受干擾的層流填充。上述工藝已成功應用于蒸汽專家論壇汽車結構鑄件的批量生產,為高品質輕合金鑄件的應用提供了先進的成型方法和工藝。
  瑞士布勒公司開發了一種用于生產結構鑄件的雙回路真空系統。這種生產技術稱為結構件生產技術。結構件的生產可以提高真空的速度,從而實現穩定的生產條件并顯著改善壓鑄。件的質量。如圖5所示,雙回路真空系統之一的吸入口設置在壓力腔的上端,主要用于壓力腔中的抽氣。當注射沖頭密封門時它被激活,并且當沖頭即將關閉吸入口時關閉。另一回路的設置方式與傳統的真空工藝相同,主要用于腔體中的抽氣。目前,該技術已成功應用于乘用車,門內板和車身導軌鋁合金一體化減震塔的制造。
  鑄造精密鑄造成型技術
  所謂的汽車鑄件精密鑄造主要是指失去泡沫和熔模鑄造技術。隨著汽車鑄造成形技術的發展,鑄件的精密成形是指一種鑄造成形方法。通過這種成型方法生產的鑄件可以直接使用而無需切割或切割。隨著鑄件尺寸精度要求的提高,鑄件精密成形技術近年來得到迅速發展,一系列新的鑄造成形方法,如精密砂鑄,消失模鑄造,控制壓鑄和壓鑄等。出現了。考斯沃斯鑄造方法是由英國使用鋯石砂芯組合并由電磁泵控制的方法。它已經成功地用于鋁合金圓筒的大規模生產,并且已經出現了許多工藝變體,例如使用低壓鑄造而不是電磁鑄造。泵鑄等工藝。這種鑄造方法可以生產壁厚為3.5~4.0mm的鋁合金圓筒,這是精密砂型鑄造的代表性工藝。自1965年以來發明了消失模鑄造工藝。主要的汽車鑄件是汽缸,汽缸蓋,進氣和排氣管等,并已形成規模生產。自20世紀90年代以來,中國引進了消失模鑄造技術,該技術已初具規模,并已被國家推廣,成為傳統鑄造業轉型中應用最廣泛的高科技。目前,水玻璃殼,復合殼和硅溶膠殼有三種熔模鑄造精密鑄造工藝。用于汽車產品的硅溶膠脫殼工藝生產的鑄件表面質量可達到Ra1.6m,尺寸精度可達到CT4。水平,最小壁厚可以是0.5~1.5mm。東風汽車精密鑄造有限公司采用硅溶膠+水玻璃復合殼體制造工藝生產復雜結構的一體化鑄件,大大降低了生產成本。熔模鑄造技術的發展趨勢是鑄件越來越接近最終產品,產品的復雜性和質量越來越高,CAD,CAM和CAE的應用成為產品開發的主要技術,專業合作。它開始出現了。
  在高壓鑄造技術的基礎上開發的真空鑄造,充氧壓鑄,半固態金屬流變或觸變壓鑄工藝,旨在消除鑄造缺陷,提高內部質量,擴大壓鑄應用范圍。部分。在擠壓鑄造過程中,熔體在壓力下充滿固化,具有光滑,無金屬飛濺,熔融金屬氧化損失小,節能,操作安全,減少鑄孔缺陷等優點,在鋁合金副框架等中,高性能鋁合金鑄件的開發和應用已得到廣泛應用。
  汽車生產的不斷發展迫切需要在高品質,優良性能,近凈形,多品種,低消耗,低成本的方向上發展鑄造生產。整車的約15%至20%的部件是鑄件。這要求鑄造業不斷應用各種新技術和新材料來提高鑄件的整體水平。鑄造精密鑄造技術可以滿足汽車鑄件的上述要求,其應用還將涵蓋汽車鑄件的不同鑄造生產工藝。

此文關鍵字:5G背景下智能汽車部件精密鑄造趨勢

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