先进铸造技术对汽车轻量化的贡献

先进铸造技术对汽车轻量化的贡献 2010年第 11 期52 www.mc1950.com MC策划 C PlanM ■ 山西晋城市金珂铸业制造公司/袁东洲王国平 ■山西晋城市春晨兴汇实业公司/王林慧社会对于环保节能的呼声使得节能减排成为全球汽车工业的大课题，而消费者对汽车安全性的要求越来越高，使得汽车工业的发展无论是材质还是制造工艺都面临着新的挑战，汽车及汽车零部件制造企业不得不因此寻求更坚固和更轻薄的造车材料。汽车轻量化的材料、结构设计和制造工艺，成为目前国内外轻量化技术发展的重点。作为为汽车工业服务的铸造产业，在这...

2010年第 11 期52 www.mc1950.com MC策划 C PlanM ■ 山西晋城市金珂铸业制造公司/袁东洲王国平 ■山西晋城市春晨兴汇实业公司/王林慧社会对于环保节能的呼声使得节能减排成为全球汽车工业的大课题，而消费者对汽车安全性的要求越来越高，使得汽车工业的发展无论是材质还是制造工艺都面临着新的挑战，汽车及汽车零部件制造企业不得不因此寻求更坚固和更轻薄的造车材料。汽车轻量化的材料、结构设计和制造工艺，成为目前国内外轻量化技术发展的重点。作为为汽车工业服务的铸造产业，在这样的背景下，应注重采用高强度、高韧性铸铁材料取代低档次劣质材料，开发具有优良综合性能的铸造复合材料，特别要下力开发具有高比强度和高比刚度的车用材质。铝合金、镁合金和高强度钢、超高强度钢等轻量化材料的开发与应用今后在汽车轻量化过程中将被广泛采用。同时，要求汽车零件制造企业从减轻汽车零部件的重量做起，包括选择先进的铸造方法，采用尺寸精度和表面质量较高的铸造工艺，吸收借鉴国外经验，独立开发研制自主的汽车用材体系等。铸造中轻量化材料的应用从近些年的发展来看，普通钢与铸铁在汽车生产用量上一直处于逐年减少的趋势，但是高强度钢和高强度铸铁的用量却有相当大的增加。高强度结构钢可以使零件设计趋于小型化和紧凑化，高强度铸铁可以使零件在同样强度基础上壁厚减薄，这些都有助于汽车的轻量化。以球墨铸铁为例，珠光体球铁因强度高，在一些汽车零件上可以代替锻钢件，比如带平衡块的四缸轿车发动机曲轴采用球墨铸铁加圆角滚压强化，效果为德国、法国和意大利等国家所公认。因球铁的密度比钢约小10%，所以用球墨铸铁代钢可以产生一定的轻量化效果。铁素体球墨铸铁拉伸强度可以达到500M P a，韧性也比较高，因此多用于汽车底盘零件，在有的车型上甚至可用作转向节等保安件。近年研制的用于汽车中的奥氏体—贝氏体球墨铸铁（以下称奥贝球铁）件，其强度和韧性很高，最高强度级别能达到1380MPa，有的已超过了渗碳钢和调质钢的强度水平，完全可以用奥贝球铁代替钢制造转向节臂、发动机传动齿轮、后拖钩支承座、轮毂、曲轴和连杆等。一汽和二汽在20世纪90年代将其成功用于汽车零部件生产。以曲轴为例，用奥贝球铁代替钢后质量可以减轻10%，而且使用寿命可以提高十多倍。蠕墨铸铁几乎是与球墨铸铁同时被发现，但是由于蠕化工艺不像球化工艺易于控制，生产过程受影响的因素较多，所以应用受到限制。经过诸多从事汽车制造的工程技术人员的不懈努力，已经成功用蠕墨铸铁铸造出车用发动机缸体。蠕铁的力学性能和铸造工艺性能介于灰铸铁和球铁之间，很适合制造强度要求较高和需要承受热循环负荷的零件，采用蠕墨铸铁制造汽车发动机缸体可以明显改善摩擦磨损性能，降低振动和噪声、改善排放。据资料称，蠕墨铸铁气缸体比灰铸铁气缸体降低重量15%。继续研制开发用蠕墨铸铁生产汽车零件比如缸盖、制动鼓和排气歧管等，在汽车轻量化方面将大有作为。铸造工艺的发展球墨铸铁生产工艺也在不断地创新与提高，2010 年7月初在河南洛阳市召开的“第八届全国铸铁及熔炼学术会议暨先进球化处理方法研讨会”上，推广的球墨铸铁喂丝球化处理新技术就非常有普及意义。喂丝先进铸造技术先进铸造技术对汽车轻量化的贡献对汽车轻量化的贡献 www.mc1950.com 532010年第 11 期绿色制造绿色制造 Web Info 球化处理技术应用于铸造业是20世纪80年代后期，最早应用在德国、美国等汽车工业发达国家。我国随后也进行试验并取得了成功。喂丝球化处理技术在国外应用和发展较快，这种球化处理方法比冲入法从成本方面降低 25%～40%，并且用这种新技术不仅可以满足汽车自身轻量化的迫切需求，也积极响应了当前国家关于高能耗高污染行业节能减排的要求，所以，这是一项极具发展潜力的新技术，值得推荐，铸造企业认识并逐步使用喂丝球化处理技术还为时不晚。从环境保护角度看，改变球化反应时镁光与烟尘大的弊病，也很符合国家环保方针政策，可从整体上提高我国球墨铸铁生产水平。汽车铸件制造工艺不断推陈出新，压铸、金属型铸造、离心铸造和消失模铸造等特种铸造方法的应用，不仅使汽车铸件表面质量好、铸件尺寸精度高，而且提高了铸件内部组织致密度，同时有利于生产环境的改善，为从业人员创造了良好的劳动条件。国外汽车制造公司 20世纪就已经采用金属型或重力半永久型铸造汽车缸体和缸盖。特种铸造方法过去在生产中小型有色铸件上应用较多，现在已向钢铁材料大型铸件发展。如日本本田公司采用金属型压铸工艺生产汽车转向臂球墨铸铁件，自动化程度非常高，4s生产一件，年产达到近100万件的生产能力，对我们非常有借鉴作用。消失模铸造作为一种先进的特种铸造方法应用较广泛。1984年意大利铸造公司应用消失模工艺生产汽车发动机铝合金进气歧管，法国某汽车公司铸造厂1994年就开始用消失模铸造汽车发动机灰铸铁缸体。这充分显示出消失模铸造工艺特别适合具有复杂结构，尤其是复杂内腔，模样分型困难、造型困难的铸件。特别是有些用普通砂型铸造不好分型、难以起模、芯子很多而且不好下芯的铸件，采用消失模铸造工艺就简单得多了，它的铸件结构的适应性非常强。当然，采用消失模铸造时也必须谨慎，至少需要预先进行工艺试验，才能正式投入规模化生产。我公司典型的消失模铸造件消失模铸造技术是20世纪80年代国际上开发应用的新型铸造技术，在90年代末被国家科技部列入“九五” 国家科技成果重点推广计划。与传统铸造技术相比，消失模铸造具有铸件质量好、尺寸精度高、表面质量好、成本较低等优势，被国内外誉为“21世纪的铸造技术”、“铸造工业的绿色革命”。我公司前几年采用消失模铸造方法为某汽车制造公司生产减速器壳体，铸件壁厚只是原来砂型铸造的2/3（见图1），与过去传统砂型铸件相比，其加工余量可以减少50%左右。消失模铸造在减轻铸件质量、节能、节材、提高铸件内在质量等方面确实不失为一种优异的铸造工艺方法。公司用消失模铸造生产的四缸柴油机机体（见图2）和各种汽车排气管的工艺也非常成功。我公司正积极着手准备用消失模铸造生产汽车配件后桥壳（见图3泡沫样件），这种铸造方法制作工艺已趋于成熟，因而对减轻汽车配件自重、降低成本、提高内在质量、延长使用寿命方面有重大意义。图 1 图 2 图 3 关键词：铸造材料轻量化工艺查询编号201011009 （收稿日期20100920）

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