一汽鑄造佟國棟二0一一年八月鋁鎂資料在汽車上的運用現(xiàn)狀及開展趨勢一、概述二、鋁在汽車上的運用三、鎂在汽車上的運用四、我國壓鑄現(xiàn)狀五、汽車有色鑄造砂芯六、壓鑄新技術終了語汽車工業(yè)節(jié)能、平安、環(huán)保成為開展的三大主題，對汽車工業(yè)提出了減輕汽車質量、降低燃油耗費，提高構造強度，改善NVH〔噪聲、振動、沖擊〕的迫切要求。汽車的輕量化已成為世界范圍內汽車工業(yè)開展趨勢，要求汽車消費者積極開發(fā)和運用新型汽車資料消費分量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車。采用鋁、鎂資料是降低汽車排放、提高燃油經(jīng)濟性的最有效的措施之一。汽車資料開展趨勢：

◆轎車車身的本身質量及資料耗費量逐年降低，但鋼鐵、有色金屬等資料依然是轎車的主要資料。

◆轎車用金屬資料中鋼鐵資料在減少，而有色金屬資料在添加，尤其是鋁和鎂。北美每輛轎車資料構成比材料名稱鋼鑄鐵鋁合成材料橡膠玻璃鎂其它構成比%549.88.37.67.40.312.6鋁替代傳統(tǒng)的鋼鐵制造汽車，可使整車分量減輕30%～40%，制造發(fā)動機可減重30%，鋁質散熱器比一樣的銅制品輕20%～40%，轎車鋁車身比原鋼材制品輕40%以上。用鋁材替代鑄鐵和鋼材制造汽車零部件有顯著的減重效果，汽車上每運用1kg鋁，可降低自重2.25kg，減重效果高達125%，同時，在汽車整個運用壽命期內，可減少廢氣排放20kg。即用鋁的減重和排放效果比1:2.25:20。鑄件變形材鍛件％79.817.03.2德國汽車用鋁比例鋁在汽車上的運用一輛轎車鋁及其合金用量歐洲北美日本1990年5379612000年73120902004年99130107年代2002年2003年2009年平均用量124127156北美轎車與輕卡用鋁〔kg/輛〕歐洲轎車用鋁〔kg/輛〕年代2004年2008年2010年平均用量99150180鑄造鋁合金在汽車上的運用鋁合金鑄造工藝壓鑄〔缸體及各類殼體、支架〕金屬型重力鑄造〔缸蓋、進氣管、活塞〕低壓鑄造〔缸蓋、缸體〕砂型鑄造〔進氣管、缸體、橫梁〕擠壓鑄造〔活塞、轉向節(jié)〕半固態(tài)壓鑄〔性能要求高的零件：轉向節(jié)、轉向臂〕鑄鍛結合工藝〔轉向節(jié)、轉向橫拉桿〕部件系統(tǒng)零件名稱發(fā)動機系發(fā)動機缸體、缸蓋、活塞、進氣岐管、水泵殼、發(fā)動機殼、啟動機殼、搖臂、搖臂蓋、濾清器底座、發(fā)動機支架、正時鏈條蓋、發(fā)電機支架、分電器座、氣門室罩蓋、油底殼等傳動系變速箱殼、離合器殼、連接過度板、換擋撥叉、傳動箱換擋端蓋等底盤行走系橫梁、上/下臂、轉向機殼、制動總泵殼、制動分泵殼、制動鉗、車輪、操縱叉等其它系統(tǒng)部件離合器踏板、剎車踏板、方向盤、轉向節(jié)、發(fā)動機框架、ABS系統(tǒng)部件等汽車主要系統(tǒng)中的鋁鑄件半固態(tài)鑄件的運用

控制臂CONTROLARMS車體銜接件SPACEFRAMENODES輪轂轉向架KNUCKLES支架MOUNTINGBRACKETS車閘主缸體MASTERBRAKECYLINDERS油料管架FUELRAILS防滑制動閘閥體ABSHOUSINGS機殼類件A/CHOUSINGS擠壓鑄造件的運用國內開展趨勢及現(xiàn)狀

鋁鑄件

近幾年，我國汽車鋁鑄件運用獲得了較大進展，轎車發(fā)動機缸蓋、進氣岐管、變速箱殼、離合器殼等幾乎都采用了鋁鑄件，相當比例的轎車裝用了鋁車輪。鋁壓鑄缸體也曾經(jīng)開場消費運用。國內汽車的鋁鑄件的消費運用已到達一定程度。但是與歐美日比較還有很大差距，高性能鋁鑄件還需求進口，有些復雜件工藝的自主開發(fā)才干較差。采用真空壓鑄工藝很少；半固態(tài)壓鑄、鑄造-鍛造工藝處于實驗室階段，消費上還沒有采用；短少大型擠壓鑄造設備，由于日本等國家對800噸以上擠壓鑄造設備限制向中國出口，橫梁等大型擠壓鑄造零件無法國產化。由于引進車型或總成國別不同，采用的規(guī)范也不同，呵斥國內鋁合金牌號眾多，給鋁合金廠消費呵斥困難，不利于鋁合金廠大批量專業(yè)化消費和降低本錢。

自19世紀末葉到20世紀，金屬資料的耗費與日俱增，金屬礦產資源逐漸趨于枯竭。有資料闡明，有些金屬〔如銅、鉛、鋅〕只能繼續(xù)幾十年，有些〔如鋁、鐵〕也只是1至3百年的事。鎂是地球上儲量最豐富的元素之一，除在地殼表層金屬礦的資源含量為2.3%，位居常用金屬的第8位外，在鹽湖及海洋中的含量也非?？捎^。因此，在很多金屬趨于枯竭的今天，加速開發(fā)鎂金屬資料是實現(xiàn)可繼續(xù)開展的重要措施之一。鎂合金資料在汽車上的運用鎂合金資料的特性比重最小的金屬構造資料高比強度和比剛度優(yōu)良的減振降噪效果良好的消費工藝性能可回收反復利用潛在取代重量鎂重量（Kg）減輕%減輕重量（Kg）殼體12.85.4587.4內飾件31.2213310.2動力系統(tǒng)(引擎)55.2(33.5)36.2(22.2)35(34)19.1(11.3)懸掛件62.225.95836.2剎車3.91.8542.1框架14.57.2507.3轉向5.63.9421.7電氣外殼3.21.8441.4合計188.6103.24585.2鎂合金在汽車上運用輕量化效果

通用公司福特公司戴-克公司歐洲單車用鎂量（kg）6.725.864.03.02004年每輛轎車鎂合金用量北美及歐洲的每輛汽車平均用鎂合金3.5㎏，目前年增長率24%，10年后鎂在汽車上的運用可達每車10㎏，F(xiàn)ord公司單車最大用鎂量方案可到達118kg。群眾公司年方案到達178kg。汽車鎂合金運用增長預測汽車鎂合金運用趨勢鎂合金鑄呵斥型壓鑄〔冷室壓鑄、熱室壓鑄〕半故態(tài)注射成型低壓鑄造〔金屬型、砂型、陶瓷型等〕金屬型重力鑄造砂型鑄造V法鑄造零件名稱應用優(yōu)點效果應用廠家變速箱殼體減重、降噪、剛度高大眾、福特、通用氣門室罩蓋減重、降噪、成型性好、扭轉剛度好通用、福特、克萊斯勒、寶馬、豐田、本田車身前蓋減重、降噪MossnerAG整體儀表板骨架減重、韌性好、集成化、設計簡化通用、奔馳、克萊斯勒、福特、大眾、菲亞特座椅骨架減重、吸震、安全通用、福特、菲亞特車門框支架減重、吸震豐田、英國Wagon公司方向盤骨架減重、吸震、安全通用、奔馳、克萊斯勒、福特、大眾、菲亞特、豐田輪轂減重、吸震克萊斯勒、法拉利汽車運用的典型鎂合金件典型汽車鎂合金零件儀表盤骨架轎車橫梁MagnesiumGearboxHousings群眾公司鎂合金變速箱(Weight:appr.10,6kg;HPDC)群眾公司鎂合金缸體Mg-SpaceframeofVolkswagen1-LITRECar群眾1L汽車鎂合金運用國外最新研討情況在美國，于2001年開場至2006年6月終了的美國與加拿大結合攻關工程“StructuralCastMgDevelopment〞，采用4000t的臥室壓鑄機和AE44合金，為新款CorvetteZ06研制出了重10.8Kg的鎂合金發(fā)動機托架〔frontEngineCradle〕，與原來16.4Kg鋁合金發(fā)動機框架相比，分量減輕了5.6kg(34%)。DemonstrationofEngineCradle〕〞的研討經(jīng)費：1.26千萬美圓。國外在閱歷了鎂合金大型、超大型鑄件等開發(fā)的階段后，進入了一個新的開展階段。針對北美地域大多數(shù)車輛前端分量較大，前端/后端質量比超越55/45的現(xiàn)狀，由美國提出，并建議“中－美－加〞參與的“鎂質車體前端構造件開發(fā)〞工程，擬將采用全鎂的前端，使車輛的前/后質量比接近50/50。這一研討計劃跨過由鋼到鋁的開展階段。這標志著，鎂在汽車上的運用正在從單體提高到子系統(tǒng)水準。國外最新研討情況我國的鎂資源菱鎂礦儲量居世界首位，約27億噸，占全球儲量的22.5%青海柴達木盆地的33個鹽湖中，共含鎂鹽31.5億噸白云石礦儲量更為豐富，現(xiàn)探明的儲量以目前的開采速度，可以開采1000年以上中國的鎂產量占世界的70%我國鎂合金壓鑄現(xiàn)狀在國家“十五〞科技攻關等工程的支持和引導下，我國的鎂深加工產業(yè)發(fā)生了根本性的變化，以運用為龍頭的鎂合金產業(yè)鏈正在構成。一汽鑄造公司、重慶隆鑫鎂業(yè)、東風、長安建成了汽車鎂壓鑄件消費基地，目前以消費中小殼體件為主，短少大件復雜件消費才干。由于資源優(yōu)勢，中國必將成為世界鎂零部件消費基地。產量分布：華北地域53000噸占5.2%東北地域104000噸占10.2%華東地域374000噸占36.6%中南地域342000噸占33.2%西南地域127000噸占12.4%西北地域24000噸占2.4%全國約有壓鑄廠、車間7000多家，各類壓鑄機約為30000臺，其中從國外進口的壓鑄機約占總數(shù)的10％，國內最大壓鑄機的合模力是40000kN壓鑄件產品主要以汽車和摩托車零件為主，次之為家用電器、電訊、鎖具、建筑裝飾、玩具、車模、五金等壓鑄件。

壓鑄業(yè)現(xiàn)狀從消費工藝程度、自動化程度、國產壓鑄機性能和模具制造等還與世界先進程度有一定的差距。日前國內有國產壓鑄機企業(yè)約80家，其中有一定規(guī)模的己有20多家。所消費的壓鑄機總體而言，還不同程度的存在可靠性較差，構造設計不太先進，自動化程度不高，有的浸透漏油景象較嚴重等，但也有一些企業(yè)因選用了高質量的進口液壓件，選用了先進的設計技術，所消費的壓鑄機與國際先進程度相比，質量到達廿世紀九十年代初期的程度。近年國內也有壓鑄機消費企業(yè)消費出了當代先進程度的實時控制壓鑄機，但穩(wěn)定性還需進一步的考驗。模具制造跟不上壓鑄消費的要求。我國日前約有幾百家壓鑄模具廠，壓鑄模的設計、制造可以滿足摩托車、家電、輕工等行業(yè)，絕大部分汽車行業(yè)的需求。但是國內不少模具廠家消費的模具在運用上還存在著缺點率高、返修較多、穩(wěn)定性差，制約了消費率的提高，模具行業(yè)存在模具規(guī)范化程度較低，熱模鋼質量不高，多數(shù)模具加工手段相對落后。國內壓鑄模的平均價錢是國外平均價錢的1/4左右，壽命只需國外的1/2左右。汽車有色鑄件的砂芯國內目前大多采用以三乙胺硬化法的冷芯盒制芯工藝來消費。如鋁合金缸體是采用砂芯最多的鑄件，除了水套砂芯薄而復雜，依各廠條件不同，分別采用冷芯盒制芯，熱芯盒制芯或殼芯制芯外，其它的砂芯，包括曲軸箱砂芯、缸筒與頂端砂芯、前、后端面砂芯等大多采用冷芯盒制芯，以保證尺寸精度和節(jié)能。冷芯盒制芯工藝與覆膜砂、熱芯盒相比具有制芯周期短、芯盒無受熱變形，損耗小，制得的砂芯尺寸精度高和節(jié)約能源等優(yōu)點，因此冷芯盒運用越來越廣泛。無機粘結劑的運用無機粘結劑采用熱空氣硬化，澆注過程不產生有害氣體，是一種環(huán)保型粘結劑。目前無機粘結劑在寶馬、群眾等汽車鋁合金鑄件上得到運用，占制芯總量10%左右，未來幾年每年以5%速度遞增，伴隨環(huán)保日益嚴厲的要求，無機樹脂將逐漸取代有機樹脂。一汽鑄造在新基地中也將采用無機粘結劑。優(yōu)點：有利于人類安康和環(huán)境維護，無異味；符合未來的環(huán)境維護法規(guī)；可以實現(xiàn)復雜幾何外形砂芯的鑄造；在鑄造時具有高度的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性；減少砂芯發(fā)氣引起的鑄造缺陷；由于清理費用很低，降低消費本錢；在鑄模上堆積的冷凝物清理容易，極大地減少模具維護費用；新技術近年來，人們?yōu)槔硖幚韷鸿T件內部存在的氣孔和縮孔問題，使之能消費出高強度、高致密性、可焊接、能進展熱處置、可扭曲等各種性能的壓鑄件，在繼續(xù)完善善真空壓鑄以外又開展了擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄等新技術，并概括地稱之為“高密度壓鑄法〞。高真空壓鑄技術充氧壓鑄技術半固態(tài)壓鑄技術擠壓壓鑄技術擠壓鑄造采用擠壓鑄造工藝消費鋁合金零件替代鋼鐵零件。減重60%、質量穩(wěn)定、消費效率高、本錢低。轉向節(jié)、發(fā)動機支架、各類底盤支架等。高真空壓鑄可消費大面積薄壁鋁合金壓鑄價，高真空鋁合金壓鑄件可進展熱處置進一步提高強度車門等薄壁件和受力件半固態(tài)加工半固態(tài)加工可以進一步提高鑄件的性能，可以替代鋼鐵零件，對汽車輕量化發(fā)揚重要作用。觸變成形根本具備了批量消費條件，流變成形還需求進一步完善。轉向節(jié)、控制臂等承力件

推行運用新型高強度、高耐磨性的壓鑄合金，研討可著色的壓鑄合金以及用于消費有特殊平安性要求鑄件的新型壓鑄合金

開發(fā)性能穩(wěn)定、成分易于控制的壓鑄合金

簡化鋁合金成分，減少合金牌號，為實現(xiàn)綠色消費提供根底;

加速開發(fā)壓鑄新工藝(真空壓鑄、充氧壓鑄、半固態(tài)壓鑄、擠壓鑄造等)

提高對市場的快速反響才干，推行并行工程(CE)和快速原型制造技術

開展CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的研討與開發(fā)

開發(fā)和運用更多的鋁、鎂合金汽車零部件

推行運用環(huán)保型無機粘結劑幾點開展建議鋁鋰合金的運用

近年來，國內外鋁鋰合金的研制和成形技術日漸成熟，因此在航天器的設計與制造中大量運用了鋁鋰合金，如“奮進號〞航天飛機的外貯箱[9]〔圖

1〕、“