Santu Technology (Liaoning) Co., LTD
鋁是地球上蘊藏量最多的金屬元素,制成鋁合金后具有密度小、比強度高、耐腐蝕佳、熱穩(wěn)定性好、機械加工性能好、回收再生性能穩(wěn)定、回收效率高、成本低等優(yōu)點。1994年3月,奧迪在日內瓦車展上推出了款擁有世界上的奧迪全鋁車身框架結構(Aluminum Space Frame,ASF)的豪華轎車AudiA8,整車減重50%,強度性能提升60%。2013年,美國福特百年車型Ford GT整車采用全鋁質結構,絕大部分車身外覆蓋件制造均采用鋁合金超塑性成形技術,實現(xiàn)了64%的全車減重。目前就全球汽車行業(yè)制造而言,每輛汽車的鋁合金平均用量均超出120 kg,約占全車總重的10%,以鋁代鋼的趨勢不斷增顯。南岸汽保設備配件
隨著汽車市場競爭愈加激烈,各制造廠商都在向高質量、高可靠性、輕量化、節(jié)能環(huán)保、低成本方向發(fā)展,且隨著汽車排放標準和國際環(huán)保政策的逐年加嚴,新能源汽車已成為未來汽車領域的重點發(fā)展方向,高強韌、高質量新能源汽車結構部件(汽車車身、立柱、底盤、減震塔等)也越來越多需要采用壓鑄成形工藝來進行制造。這些都說明,鋁合金壓鑄在壓鑄行業(yè)內占有舉足輕重的地位,是壓鑄行業(yè)的主流。
1 壓鑄鋁合金的成型工藝特點
壓鑄鋁合金除了具有較好的壓鑄工藝性能及較佳的力學性能外,還需具備以下幾點工藝性能:
(1)良好的熱塑性流變性能,在過熱度不高及液、固相線溫度附近應具有良好的熱塑性流變性能,以實現(xiàn)復雜型腔的填充,形成良好的鑄造表面,避免縮孔缺陷的產生;
(2)較小的線收縮率,避免壓鑄過程產生裂紋和變形,提高制品的尺寸精度;
(3)較小的凝固溫度區(qū)間,便于實現(xiàn)快速同時凝固,減少內部收縮孔洞等缺陷的數(shù)量;
(4)良好的高溫熱強度,避免開模時產生熱裂或嚴重變形;
(5)較好的鑄件/鑄型界面性能,與壓鑄模具不發(fā)生化學反應、親和力小,避免粘型和鑄件/鑄型界面發(fā)生合金化反應;
(6)良好的物化性能,在高溫熔融狀態(tài)下不易吸氣、氧化,能滿足壓鑄過程長時間保溫的需求。
與其他制造工藝相比,壓鑄成形工藝生產效率高、尺寸精度高、力學性能優(yōu)良、材料利用率高、批量化生產經濟效益較佳。
在汽車用鋁合金中,壓鑄鋁合金與其他鑄造鋁合金約占80%,加工鋁材(板、帶、箔、管、棒、型、線、鍛、粉、膏等)僅占20%左右,壓鑄件的用量占鑄造產品總用量的70%左右,因此壓鑄鋁合金制品在汽車用鋁中約占54%~70%。
2 壓鑄鋁合金綜合力學性能的提升
壓鑄鋁合金除可通過成分設計進行力學性能優(yōu)化外,針對固溶強化型的壓鑄鋁合金還可通過調整熱處理工藝參數(shù)來調控壓鑄合金材料的強度與塑韌性,同時結合低壓速、高壓力的壓鑄工藝參數(shù)實現(xiàn)合金組織的致密化,有效提高壓鑄制品的力學性能。對于Al-Mg系壓鑄鋁合金,主要通過控制Fe元素含量,調整Si、Mg元素添加比例改善合金的工藝流動性、線收縮率與熱裂敏感性。
為了解決壓鑄制件內部存在的氣孔與縮孔缺陷,有效提高壓鑄制品的冶金質量與力學性能,國內外研究人員已提出真空壓鑄、半固態(tài)壓鑄和擠壓壓鑄等先進技術,以獲得高強、高致密性、可焊接、熱處理和扭曲的壓鑄制品。
常規(guī)壓鑄鋁合金伸長率一般不超過4%,而選用高真空壓鑄制造工藝,壓鑄結構部件的伸長率一般可達到8%左右。
3 壓鑄鋁合金在汽車上典型應用
壓鑄行業(yè)的發(fā)展與汽車行業(yè)密切相關,近年來人們對汽車的要求逐漸趨于高性能、低污染、低能耗等指標,汽車重量對燃料經濟性起著決定性作用,車重每降低100 kg,油耗可減少0.7 L/100 km,輕量化設計已成為當前燃油型與新能源車輛設計最關鍵的指標。
20世紀40年代,意大利菲亞特汽車公司研制出了鋁合金氣缸蓋并應用到部分車型上;50年代德國一家汽車公司對低壓鑄造技術進行改進,生產出了復雜結構的鋁合金壓鑄件,并開始大量生產發(fā)動機后蓋、空冷缸蓋等鋁合金壓鑄件;自60年代后,由于高壓壓鑄技術的發(fā)展,壓鑄鋁合金在汽車中的應用大幅增加,逐步取代鑄鐵,奠定了現(xiàn)代汽車工業(yè)廣泛采用鋁合金壓鑄件的基礎。
目前,國內外汽車行業(yè)鋁合金壓鑄件應用范圍按使用功能分類,已用于結構件、受力件、安全件和裝飾件等,主要包括以下幾個方面:
(1)動力系統(tǒng):缸體、缸體蓋、缸蓋罩、曲軸箱、氣缸蓋罩蓋、油底殼、活塞、泵體、泵蓋、進氣管、發(fā)電機殼體、發(fā)動機齒輪室、六座搖臂座、發(fā)動機各類支架等;
(2)傳動系統(tǒng):變速器殼體、變速器油路板、離合器殼體、換擋拔叉、變速箱支架等;
(3)轉向系統(tǒng):鏈條蓋、齒條殼體與渦輪殼體;
(4)底盤總成:懸置支架與橫梁;
(5)車身:輪轂、骨架與裝飾制品;
(6)其他:減震器下端蓋、壓縮機支架、離合器踏板及剎車踏板等。
4 壓鑄鋁合金在汽車上應用未來發(fā)展趨勢
電動新能源汽車行業(yè)近年來對動力性、安全性、舒適性、輕量化等技術指標要求的不斷提高,所需鋁合金制品逐漸向薄壁、高強、低成本與一體化集成結構方向發(fā)展,為壓鑄技術的發(fā)展提供了應用基礎與源動力。近年來,鋁合金壓鑄技術的發(fā)展總體而言,就是通過對合金材料成分進行不斷優(yōu)化調整,結合高真空壓鑄技術與熱處理工藝參數(shù)調控,充分發(fā)揮合金材料的工藝特性,借助高壓注射與低速充型不斷提高壓鑄合金材料的綜合力學性能。隨著軍民融合的不斷深入,大量環(huán)筒類彈箭結構制品由于對疲勞性能要求不高,根據(jù)結構集成一體化輕量設計,可采用壓鑄工藝進行批量化生產研制,縮短產品的研制周期、降低其生產成本,為壓鑄鋁合金的推廣應用提供了發(fā)展基礎。