中国压铸杂志

汽车结构件铸造技术概述

作者:admin 来源:原创 发表时间:2014-06-19
文:CHRIS-REHSF
 
CO2的限制排放,对于全球汽车工业是一个巨大挑战。随着人们期望值不断增高,能源燃料的枯竭以及环保意识普遍增强。对铸造技术提出新的要求。限排对革新工艺,推动现代汽车工业的发展起着积极作用。为缩短加工周期,使用了EMS(精益西格玛)方法,这在以前难以想象,或者说资金难以支持。发动机技术及加工技术的大量改革或不断发展,内燃机现今的运行如此清洁及高效,在以往是不可能的。除了功率优化及高效发动机的开发,驱动路径复合化和电气化,是显著减少CO2排量的综和的解决方法,对汽车业有着较大影响。
但是,这样的开发不可小视,对加工技术提出了重新的要求。因此, “汽车结构件铸造技术”的展望,聚焦在汽车传动机构轻量化方面。
虽然,电动机目前盛行,在广大居民的视野中好像不久达到批量生产水平,然而,内燃机在可预见的将来还是最重要的传动装置。在第83届国际汽车沙龙,维也纳发动机技术研讨会的专业会议上及德国工程师会议,“发动机结构件铸造技术”及第8届M72-专业会议“未来的传动”,内燃发动机或作为单独传动源,或作为复合式工艺技术,对优化方案进行展示。
然而,不管将来传动机构给人的印象如何,从加工技术角度看,生产轻量高强度的构件,仍然是强调的开发目标。为了正确面对未来车辆新一代的开发所提出来的挑战,按S.NIRSCH和E.FLENDER的论断,在工业与科学研究以及车辆开发和加工技术之间的密切配合是绝对必要的。在新的特殊应用情况下,优化材料及合金开发,构件内局部材料应力应变精确预测,在生态以及经济生产方面坚持最高质量要求是研究项目的聚焦点,以便能承受未来检测的构件载荷,继续推动汽车业的发展。
除了要达到复杂铸件质量要求,销售市场、生产市场,还有连续不断的有关成本质量加工条件的优化,能源、材料效能的不断提高走向前台。本文是以这样的关系来阐在发动机制造,汽车及车身结构、加工工艺、材料开发及质量保证,决定性的革新。
一、 发动机结构的趋势及结构新产品
为确保发动机标准化及全球化生产。R.SZENGEL等论述了大众公司引入的模块化横向结构厢式汽车发动机原理,例如,EA211新汽车方案。以作者之观点对新式结构要求主要是,结构紧凑,重量轻,节能减排以及标准统一。此种发动机结构系列的特征是应用四阀技术,通过齿皮带对凸轮驱动以及用铝-曲轴箱。另一些特征是,在浇铸过程就将废气弯管集成突出在缸头内【图1】,废气弯头起着有效的热交换器作用。这样,在发动机热态运转过程,废气弯头快速加热;另一方面使车辆内空间温暖舒适。在满载荷范围情况下,与此相反,废气会有100K的温度降。在此范围燃料消耗可以降20%。与普通结构-即废气弯管在外部连接于缸头上相比,由于较短的废气流程,壁热耗明显下降,促使发动机总效益更高。缸头是用AlSi10Mg(CU)合金,采用金属模铸造工艺,并辅以热处理进行加工。文献又提到,与以往发动机【EAIII系列】方案相反,曲轴箱更加刚性,是采用压铸工艺,用铝进行加工的。由于采用铝替代以前层状石墨铸铁加工缸体,节约材料16Kg,这样净重可达19Kg,只是气缸衬筒还是用EN-GTL-250材料。气缸衬筒在与铝壳体连接的外表面为粗糙的铸造表面,在内表面以4级液体喷射镗磨。通过优选发动机结构,与EAIII方案相比,可以达到NEFZ【新的欧洲行驶循环】8-10%的燃料节约。这种新式发动机,在1.2-1.4升TSI方案中用的是普通汽油;在1.4升方案中作为混合使用。功率可达63KW【1.2升】至110KW【1.4升混合】。
宝马【BMW】公司为提高内燃发动机功率的另一个出发点,Idenboeck等进行了论述。自从2004年以来为6缸-柴油发动机两级增压。双增压的运作体系,是由一个小的空气量和一个大的空气量设计的
 
涡流器组成,成功增加空气压力,达到其极限。为解决此问题,在新的六缸-柴油发动机中引入一个增压系统,这是由一个低压和一个高压机组成,在此,后一个是由两个平行安装的小高压机实现的。峰值压力水平的升高与提高废气温度有关。这样,必须涉及一种新的材料选择,要求优化结构。考虑到只有一部分废气弯管用球墨铸铁,有必要将此材料用特制钢铸件替代,因为这样可以提高耐高温性。在结构技术方面,修改密封设计,当高温膨胀时,为确保密封性,密封环增加特殊涂层,为能保证进一步低功率重量,气缸曲轴箱是以热处理高强度合金AlSiMg7Cu0.5的铸件来设计的。为提高强度,在热处理之前,对坯件进行热等压【heissisostatisch】挤压,为首要在高载荷区应用高品位材料,不仅永久模充模,而且供给系统获得一个新的设计,对置式发动机气缸头,为提高强度同样进行热等压挤压。为了克服高的点火力,这样的气缸头通过一个贯穿螺栓与曲轴主轴承相连(图2)。
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