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5G背景下 智能汽车部件精密铸造趋势

文章出处:精密铸造厂 人气:发表时间:2019-03-06 11:16

  铸造是 最古老的金属成型方法之一。约15%至20%的汽车 零件是通过不同铸造方法生产的铸件。这些铸 件主要是电力系统和重要结构部件的关键部件。目前,欧美发 达国家的汽车铸件生产工艺先进,产品质量好,生产效率高,环境污染小。铸造原 辅材料已经过系列化和标准化,整个生 产过程已经机械化,自动化和智能化。在这些国家,数字技 术被广泛用于提高铸造工艺的设计水平。铸件废品率约为2%至5%,建立了跨国服务体系,并建立 了网络技术支持。相比之下,虽然中 国的汽车铸件产量很大,但大多 数都是黑色铸件,具有附加值,技术含量低,结构相对简单,远远没 有达到国外水平。本文主 要从汽车节能和环保的发展需求出发,探讨汽 车铸件和汽车技术的发展方向。
  汽车铸 件的一体化设计
  随着节 能环保要求的提高和生产成本的降低,铸造成 型的优势得到充分利用,原始冲压,焊接,锻造,铸造成 型的原有部件通过合理的设计和结构优化得到优化。成型可 以有效地减轻零件的重量,减少不 必要的加工过程,从而实 现轻量化和高性能的零件。
  目前,铸造整 体式桥壳的主要形式是在轴壳的两端按压无缝钢管作为半轴衬套,并用销钉固定,形成桥壳组件。为了进 一步提高桥壳的强度和刚度并简化工艺,一汽集 团开发了一种集成轴壳,可在轴 壳上直接铸造半轴衬套(图中轴壳两侧的部件) 1)。加工难度大,成本降低更多,轴壳结构趋于简单,轴壳刚性好,可制作 复杂理想的外形,可改变壁厚,可以获 得理想的应力分布,并且强 度和刚度都很大。 ,可靠的工作。由于集成半轴衬套,铸件尺寸显着增加,铸件长度为2258mm,一件式重量超过200kg。为了响 应这种一体化铸件的特点,公司建 立了专门的生产线以确保生产。
  汽车铸 件一体化的发展趋势在有色金属合金铸件的发展中更为明显。为了充 分利用铸造工艺实现复杂结构铸件生产的特点,高压铸件一体化设计,门内板,座椅框架,仪表板骨架,前框架 和防火墙一体化设计,这显着 大于目前的产量。铸件需要能够生产4000至5000吨或更多的压铸机。
  轻量化的汽车铸件
  在保证 汽车强度和安全性能的前提下,尽可能 降低汽车的整备质量,减轻重量,从而提高汽车动力,降低油耗,减少尾气污染。每减少100公斤车辆整备重量,每100公里的油耗可降低0.3~0.6L。如果车辆重量减少10%,燃油效率可提高6%~8%。随着环 保和节能的需要,汽车的 轻量化已成为世界汽车发展的趋势。汽车铸 件的轻量化也成为汽车铸件的重要发展方向之一。汽车铸 件的轻量化设计
  由于铸 件的整体安全系数,厚度设 计是汽车铸件的主要设计方法之一。然而,等厚度 设计的主要缺点是不能充分利用结构性能并导致铸件重量的增加。 CAE分析,拓扑优 化和其他手段用于优化零件的设计,使零件 的应力值彼此接近,即每个 零件的壁厚不一致,零件的 尺寸小力是更薄或更少的材料,从而减少零件。的重量。考虑到 铸造可以实现复杂结构铸件的形成,可以实 现各种不规则的异形截面。在设计时,使用CAE或拓扑 优化对组件执行应力分析。根据力的分布,确定部 件的形状和特定的局部材料厚度。通过对铸件进行加固,镗孔和加厚,可以大 大减轻零件的重量。
  轻合金汽车铸件
  铝和镁 等轻合金材料的使用目前是各国汽车制造商的主要减重措施。铝的密度仅为钢的1/3,具有优 异的耐腐蚀性和延展性。镁具有较低的密度,仅为铝的2/3,并且在 高压铸造条件下具有优异的流动性。铝和镁的比强度(强度与质量比)非常高,这在减 轻自重和提高燃料效率方面起着重要作用。过去两 年美国汽车工业的竞争力与其大量使用铝镁结构铸件和一体化铸件密切相关。
  宝马德国推出的新5系列配 备了最新一代镁铝复合直列六缸发动机缸体,比上一代减少了10kg,大大提 高了性能和燃油经济性。然而,应该指出的是,铝镁合 金和轻合金等原材料的价格远远高于钢材,这限制 了其在汽车工业中的广泛应用。然而,尽管原 材料价格居高不下,目前镁 铝铸件的消耗量逐年增加。这方面 由技术进步构成,以弥补成本的增加。另一方面,市场竞 争迫使汽车制造商减少利润并采用更多轻合金。但是,为了大 大增加轻合金的数量,降低镁 铝锭的采购价格,先进成 形技术的发展是关键之一。
  高性能 的汽车铸造材料
  提高材 料的性能以使部件的单位重量能够承受更高的载荷是有效减轻铸件重量的方法之一。支架状 结构铸件占汽车铸件的相当大比例,铸件的 开发也成为人们关注的焦点。通过热 处理和其它措施,改变材料的微观结构,从而提高部件的强度,刚性或韧性,并且可 以有效地减轻部件的重量。
  等温淬 火球墨铸铁不仅比普通铸钢具有更高的强度,而且密度低于钢,密度为7.1g/cm3,铸钢密度为7.8g/cm3,近年来被广泛推荐。 。使用等 温淬火球墨铸铁,在相同 的铸造尺寸下比铸钢轻10%。东风汽 车有限公司在商用车上进行了等温球墨铸铁代替铸钢的轻量化验证工作,并将14个悬挂 部件重新设计成奥氏体球墨铸铁件高强度特性的专家论坛。通常,汽车铸 件的材料替换通常伴随着部件的轻量化设计。高强度,高韧性 材料也用于铝合金和镁合金铸件。基于原 始轻合金重量减轻,高性能 材料用于进一步减轻重量。 GM使用高性能AE44合金代替。原铝合 金采用高压铸造法生产,在铝合 金减重的基础上,重量进一步减少6kg。
  汽车铸 件开发的数字化
  汽车铸 造开发与数字技术的全面结合可以显着提高铸造技术水平,缩短产 品设计和试验周期。目前,数字化 制造技术已广泛应用于汽车铸件的开发。在铸造 结构和铸造工艺的设计中,Pro/E,CATIA,UG等三维 设计软件得到了广泛的应用,一些先 进的铸造企业实现了无纸化设计。 MAGMA,ProCAST和Huazhu CAE已广泛 应用于汽车铸造凝固过程,微观结构,成分偏 析和材料性能的模拟,以及铸 造过程中的速度场,浓度场,温度场,相位。在现场,应力场等模拟中,确保在 批量生产之前优化过程解决方案。
  为了满 足汽车铸件快速发展的需要,基于CAD/CAE的设计和开发,RP(快速成型技术)已广泛 应用于汽车铸件的快速试制。在获得CAD/CAE原始数据之后,通过逐层堆叠的粘合,烧结或 烧结获得铸造原型或形成铸件所需的模具原型。前者可 用于通过熔模铸造,石膏铸造等测试铸件。后者可 直接制造砂芯作为模具,并通过 型芯成型铸造铸件。另外,还可以 通过粉末激光烧结(SLS)直接形成砂芯和砂型,从而获 得铸造试制所需的砂型。对于结 构相对简单的外模,也可以 使用数控机床用可加工塑料加工CAM,从而获 得芯盒和铸件试制所需的图案,或直接 加工砂块直接加工获得外模的砂模。
  总的来说,数字技 术已经渗透到铸件设计,开发和 试制的各个方面,有效地 提高了铸件的开发速度和效率。目前,主要问题是设计,分析和 快速制造中的数字技术是独立的。当开发 过程从一个阶段转换到另一个阶段时,需要进 行相当繁琐的数据转换。希望将 来能够为铸造开发各个部分应用的数字技术开发统一的数据接口平台,建立标 准化的数据转换标准,实现不 同软件之间数据的无缝转换,从而进 一步提高铸件的开发速度。
  薄壁复 杂结构铸件的生产技术
  随着汽 车工业的发展和节能减排的需求,汽车零 部件变得越来越轻。较薄的 壁设计是发动机缸体的重要发展方向。例如,一汽铸 造有限公司为一汽大众生产铸铁气缸。 06A气缸壁 厚的早期生产为4.5mm1.5mm,EA111气缸壁厚为4mm1mm,EA888Evo2气缸壁 厚的当前量产为3.5mm0.8mm。新一代EA888Gen.3气缸产 品结构更加复杂,壁厚仅为3mm0.5mm,是最薄 的灰铸铁气缸体。虽然核 心生产存在问题,如破芯,漂芯和大壁厚波动,但通过 控制砂芯和型砂的质量,广泛使 用的卧式卧式铸造工艺仍能满足EA888Evo2气缸的生产要求。 。但是,不能满足EA888Gen.3气缸的生产要求,必须使 用整个堆芯工艺。铝镁合 金大型结构件制造技术
  随着对节能,环保和 降低部件成本的需求不断增加,大型铝 镁合金铸件已成为重要的发展趋势,其制造 技术已成为发展的热点。目前,铝镁合 金大型结构件的主要生产技术包括高压铸造,挤压铸造和低压铸造。由于高 压铸造的高生产效率,产品的 质量已成为目前的主要生产工艺。其制造 技术的发展主要集中在高压铸造过程中的易气填充,并且在 铸件内容易形成孔隙,并且不 能改善热处理问题。
  德国Fulai公司开 发了真空真空铸造工艺,其中整 个压铸工艺在高真空(小于30毫巴)下进行。熔融金 属通过无真空模具,压力室 和吸入管中的吸入管从炉中吸出,并且脱 模剂的蒸汽也从真空系统排出。上述真 空负压吸铸工艺的主要特点是在开始定量铸造时整个系统处于高真空状态;在定量铸造过程中,腔体内 的气体和金属熔体可以有效地排出;在浇注 过程中金属熔体没有氧化;在铸造 过程中没有热量损失,可以在 较低的浇注温度下浇注,并且在 实时监控下进行未受干扰的层流填充。上述工 艺已成功应用于蒸汽专家论坛汽车结构铸件的批量生产,为高品 质轻合金铸件的应用提供了先进的成型方法和工艺。
  瑞士布 勒公司开发了一种用于生产结构铸件的双回路真空系统。这种生 产技术称为结构件生产技术。结构件 的生产可以提高真空的速度,从而实 现稳定的生产条件并显着改善压铸。件的质量。如图5所示,双回路 真空系统之一的吸入口设置在压力腔的上端,主要用 于压力腔中的抽气。当注射 冲头密封门时它被激活,并且当 冲头即将关闭吸入口时关闭。另一回 路的设置方式与传统的真空工艺相同,主要用 于腔体中的抽气。目前,该技术 已成功应用于乘用车,门内板 和车身导轨铝合金一体化减震塔的制造。
  铸造精 密铸造成型技术
  所谓的 汽车铸件精密铸造主要是指失去泡沫和熔模铸造技术。随着汽 车铸造成形技术的发展,铸件的 精密成形是指一种铸造成形方法。通过这 种成型方法生产的铸件可以直接使用而无需切割或切割。随着铸 件尺寸精度要求的提高,铸件精 密成形技术近年来得到迅速发展,一系列 新的铸造成形方法,如精密砂铸,消失模铸造,控制压铸和压铸等。出现了。考斯沃 斯铸造方法是由英国使用锆石砂芯组合并由电磁泵控制的方法。它已经 成功地用于铝合金圆筒的大规模生产,并且已 经出现了许多工艺变体,例如使 用低压铸造而不是电磁铸造。泵铸等工艺。这种铸 造方法可以生产壁厚为3.5~4.0mm的铝合金圆筒,这是精 密砂型铸造的代表性工艺。自1965年以来 发明了消失模铸造工艺。主要的 汽车铸件是汽缸,汽缸盖,进气和排气管等,并已形成规模生产。自20世纪90年代以来,中国引 进了消失模铸造技术,该技术已初具规模,并已被国家推广,成为传 统铸造业转型中应用最广泛的高科技。目前,水玻璃壳,复合壳 和硅溶胶壳有三种熔模铸造精密铸造工艺。用于汽 车产品的硅溶胶脱壳工艺生产的铸件表面质量可达到Ra1.6m,尺寸精度可达到CT4。水平,最小壁厚可以是0.5~1.5mm。东风汽 车精密铸造有限公司采用硅溶胶+水玻璃 复合壳体制造工艺生产复杂结构的一体化铸件,大大降低了生产成本。熔模铸 造技术的发展趋势是铸件越来越接近最终产品,产品的 复杂性和质量越来越高,CAD,CAM和CAE的应用 成为产品开发的主要技术,专业合作。它开始出现了。
  在高压 铸造技术的基础上开发的真空铸造,充氧压铸,半固态 金属流变或触变压铸工艺,旨在消除铸造缺陷,提高内部质量,扩大压铸应用范围。部分。在挤压铸造过程中,熔体在 压力下充满固化,具有光滑,无金属飞溅,熔融金属氧化损失小,节能,操作安全,减少铸孔缺陷等优点,在铝合金副框架等中,高性能 铝合金铸件的开发和应用已得到广泛应用。
  汽车生 产的不断发展迫切需要在高品质,优良性能,近净形,多品种,低消耗,低成本 的方向上发展铸造生产。整车的约15%至20%的部件是铸件。这要求 铸造业不断应用各种新技术和新材料来提高铸件的整体水平。铸造精 密铸造技术可以满足汽车铸件的上述要求,其应用 还将涵盖汽车铸件的不同铸造生产工艺。

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