擠壓鑄造在汽車、摩托車上的應(yīng)用

1、圖3、作者的合作廠生產(chǎn)的汽車空調(diào)壓縮機(jī)零件照片。圖4、作者的合作廠生產(chǎn)的摩托車零件照片。上述不少產(chǎn)品的生產(chǎn)量是非常大的。例如：日本豐田公司輪轂生產(chǎn)廠擁有14臺(tái)VSC1500VSC1800全立式擠壓鑄造機(jī)，已形成年產(chǎn)400萬只高檔汽車鋁輪的生產(chǎn)能力。此外，該廠還有120萬只復(fù)合材料活塞的生產(chǎn)能力。目前，國外最大的擠壓鑄造機(jī)合模力已達(dá)35000KN，可生產(chǎn)27in的載重汽車鋁輪轂和外部尺寸為1200×400×300mm大型汽車底盤橫梁。采用自動(dòng)供鋁的全自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)出了發(fā)動(dòng)機(jī)箱體，空調(diào)壓縮缸體等復(fù)雜零件，以及如轉(zhuǎn)向節(jié)等復(fù)雜的重要受力件。采用陶瓷增強(qiáng)技術(shù)，已批量生產(chǎn)出陶瓷增強(qiáng)的鋁

2、復(fù)合材料活塞和制動(dòng)轂等零件。2、生產(chǎn)實(shí)例：本節(jié)選取幾種已大批生產(chǎn)的典型零件，介紹其工藝 模具及應(yīng)用情況4。2,1 汽車鋁輪轂用宇部VSC12003500型立式擠壓鑄造機(jī)，日本豐田公司以每年500萬只的數(shù)量高效率地生產(chǎn)了1427in汽車鋁合金輪轂（圖1）。其設(shè)備及模具的動(dòng)作程序參見圖5，可見對(duì)厚大輪轂部位是實(shí)施了二次補(bǔ)壓措施的。DHXV350型自動(dòng)臥式擠壓鑄造機(jī)大批量生產(chǎn)。圖7是V5型缸體鑄件系統(tǒng)照片。其缸體毛坯尺寸為130mm，高45mm。鋁液是從模具下面充型，上部設(shè)置了集渣及排氣系統(tǒng)。東芝DHXV350型臥式擠壓鑄造機(jī)的動(dòng)作原理參見圖8，它用電磁泵自動(dòng)定量供鋁液。V5型缸體擠壓鑄造工藝參數(shù)參

3、見表5，所用合金為日本ADC14高硅鋁合金。此擠壓鑄件冶金質(zhì)量良好，無縮孔、縮松、氣孔，經(jīng)1.7MPa試壓無滲漏，鑄件金相檢查初晶硅最大尺寸小于0.05mm，且均勻分布，共晶硅呈點(diǎn)狀。圖7 汽車空調(diào)壓縮機(jī)V5型缸體鑄件照片1，料餅，2、內(nèi)澆道 3、缸體 4、集渣及排氣系統(tǒng)圖8 東芝DHXV350型臥式擠壓鑄造機(jī)動(dòng)作原理圖圖12 雙重?cái)D壓鑄造（雙控成形）工藝流程示意圖3、國內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展3.1 產(chǎn)品的大型化、組合化為生產(chǎn)大型鑄件的需要，國內(nèi)外擠壓鑄造機(jī)都在向大型化發(fā)展，目前日本宇部公司已生產(chǎn)了合模力最大為35000KN全自動(dòng)立式擠壓鑄造機(jī)（VSC3500）我國也開發(fā)出合模力最大為20000KN立

4、式擠壓鑄造機(jī)，生產(chǎn)的大型鑄件除日本27in汽車大型鋁輪轂，英國的輕型坦克負(fù)重輪外，日本還有外廊尺寸為1200×400×300MM的汽車橫梁（十字梁，Cross Menber），（圖1）此件原為多個(gè)鋁鑄件焊裝而成，而現(xiàn)在只一次整體擠壓鑄造就出來了，大大節(jié)省了工時(shí)。此外，日本還批量生產(chǎn)出較大型的發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜缸體（圖1）。在我國，已生產(chǎn)出來的大型擠壓鑄件有系列的特種車輛鋁輪，其毛坯重量為25-50公升，用20000KN擠壓鑄造機(jī)生產(chǎn)。3.2 產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)化，多功能化。根據(jù)汽車、摩托車發(fā)展的需要，對(duì)不同鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，力學(xué)性能，耐磨性，甚至膨脹性能均提出不同的要求。因此，擠壓鑄造技術(shù)也

5、是不斷進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)各種不同的需求。 汽車上的轉(zhuǎn)向節(jié)（knuckle）（參見圖1）是一種對(duì)安全性要求非常高的重要受力零件，以前都是鍛造法生產(chǎn)，但由于形狀復(fù)雜，鍛造成本很高，后來，日本用VSC630擠壓鑄造機(jī)生產(chǎn)成功，并已大批量生產(chǎn)。但此件我國有關(guān)院校、工廠試制了多年，至今仍未正常生產(chǎn)。 汽車鋁輪也是一種重要安全件，國外擠壓鑄造鋁輪與原低壓鑄造輪相比提高了外表和內(nèi)部質(zhì)量、材料力學(xué)性能、行車安全性，并使重量減輕20%，因而效益也是非常明顯的。目前，我國擠壓鑄造汽車鋁輪還一直沒有形成大的生產(chǎn)批量，這很大程度上與擠壓設(shè)備有關(guān)。近年發(fā)展起來的雙重?cái)D壓鑄造新工藝，對(duì)鑄件實(shí)施兩次擠壓，即第一次壓力充型（壓

6、射）后，又實(shí)施第二次擠壓（閉式鍛造），對(duì)改善鑄件特定部位的致密性十分有效，上述汽車鋁輪轂及摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鎂外殼均采用了此項(xiàng)技術(shù)，相信會(huì)有較好的應(yīng)用前景7。擠壓鑄件大都是可以進(jìn)行固溶熱處理強(qiáng)化的，使其力學(xué)性能優(yōu)于其它鑄件，并可以接近同種合金鍛件的性能水平。但是這達(dá)到此種效果，是必須采取相應(yīng)技術(shù)措施的，對(duì)此，國內(nèi)外和作者均進(jìn)行了不少研究8。3.3 生產(chǎn)的自動(dòng)化和高效化擠壓鑄造機(jī)的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到很高的自動(dòng)化水平，包括日本宇部公司的VSC和HVSC系列機(jī)，東芝公司DXHV和DXV系列機(jī)都是從模具清理噴涂置入嵌鑲件合模鑄件淬火鑄件沖邊將鑄件入框（或入傳送帶）等全都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。尤其是東芝公司系列機(jī)，采用了

7、電磁泵管道式自動(dòng)供鋁液裝置，使鋁液的內(nèi)在質(zhì)量和生產(chǎn)效率進(jìn)一步得到提高。為了提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，宇部公司在大型VSC機(jī)上，設(shè)計(jì)了多工位生產(chǎn)設(shè)備，即在12000KN-15000KN機(jī)上設(shè)計(jì)成兩工位模具穿梭裝置，即一個(gè)工位進(jìn)行擠壓（壓射）保壓，另一工位進(jìn)行模具清理和噴涂，用此設(shè)備使汽車鋁輪的生產(chǎn)周期從原來的2分鐘/只可減少到1分鐘/1只。在18000KN以上的更大型設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)盤式的三工位生產(chǎn)，一個(gè)汽車鋁輪只需0.45秒。3.4 材料的多樣化擠壓鑄造工藝的一個(gè)重要優(yōu)勢，是可適應(yīng)多種材料的生產(chǎn)，包括鋁、鎂、銅、鋅甚至是鋼鐵材料。不論是鑄造性好的鑄造合金，還是鑄造性差的變形合金,甚至是需鑄造復(fù)合的金屬

8、基復(fù)合材料，都可以按不同的特點(diǎn)，在采取相應(yīng)措施后進(jìn)行生產(chǎn)的。而且鑄件是可以進(jìn)行固溶處理實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的。基于工藝的上述優(yōu)勢，因而在汽車、摩托車鑄件的生產(chǎn)上，也實(shí)現(xiàn)了材料的多樣化，除常用的鑄造鋁合金外，主要的還有如下幾個(gè)方面：3.4.1高硅鋁合金高硅鋁合金因有優(yōu)良的耐磨性和低的熱膨脹系數(shù)，因而是活塞和空調(diào)壓縮機(jī)缸體、缸蓋、活塞、斜盤、渦旋盤等的首選材料，但是此種材料的初晶硅細(xì)化問題和高的縮松、裂紋傾向問題，使材料的鑄造生產(chǎn)存在較大難度。目前，國內(nèi)外用擠壓鑄造工藝較好的解決了此問題。尤其是在厚壁，復(fù)雜鑄件上解決得較好。這些在國內(nèi)外都已形成很大的生產(chǎn)批量。圖3是作者與有關(guān)企業(yè)開發(fā)并生產(chǎn)的此類產(chǎn)品照片。3.

9、4.2 變形鋁合金用直接擠壓鑄造法可以生產(chǎn)變形鋁合金鑄件，甚至是鑄造性很差的7075、7A04合金都可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件5，而且鑄件可以進(jìn)行固熔熱處理強(qiáng)化，目前，國內(nèi)在高檔、超輕型摩托車、自行車的焊接架體件、鋁輪轂，空壓機(jī)連桿等件上，批量使用了6061類可焊強(qiáng)韌鋁合金，圖4中的長條件即為6061-T6擠壓鑄造摩托車后搖架毛坯照片。此種材料在強(qiáng)度，尤其是塑性和可焊性方面都明顯優(yōu)于A356鑄造鋁合金。但是用間接擠壓鑄造法難以生產(chǎn)變形鋁合金鑄件，主要是易產(chǎn)生裂紋。因而在一些復(fù)雜的鑄件上限制了變形合金的使用。近年發(fā)展起來的雙重?cái)D壓鑄造和半固態(tài)擠壓鑄造，可以解決此問題，并且已有成功生產(chǎn)的實(shí)例，相信今后有一

10、定的發(fā)展前景。3.4.3 鎂合金在汽車、摩托車上擴(kuò)大鎂合金構(gòu)件的使用是當(dāng)前國內(nèi)外一大發(fā)展潮流，前景廣闊。為此在鎂合金擠壓鑄造方面都進(jìn)行了大量工作，并已在鎂輪轂，鎂殼體件上實(shí)現(xiàn)了批生產(chǎn)。本文2.5節(jié)中介紹了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鎂合金外殼的擠壓鑄造工藝，就是一個(gè)比較成功的實(shí)例。又如：重慶大學(xué)研發(fā)的摩托車鎂輪轂，已批量供應(yīng)隆鑫摩托，都取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。前段時(shí)間由于原鎂價(jià)格的大幅提升，為鎂的大量使用造成了不小的阻力，加上鎂的熔煉，加工廢料回收及抗腐蝕等的技術(shù)問題，也給鎂件的，也給鎂件的生產(chǎn)造成一定難度，但畢竟在汽車、摩托車節(jié)能、環(huán)保的總趨勢下，鎂件的使用仍是方興未艾的。3.4.4 金屬基復(fù)合材料高性能

11、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是高增壓柴油機(jī)活塞，當(dāng)前一個(gè)重要發(fā)展方向是使用陶瓷纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，而這正是擠壓鑄造的工藝優(yōu)勢，日本“IZUMI”和“Art”公司早年就已大批量生產(chǎn)了這種高技術(shù)活塞，月產(chǎn)達(dá)10萬只以上，并已在豐田公司23種車型得到了使用。其它如美國的康明斯、克列威特（Clevite）和德納（DANA）公司，俄羅斯及歐盟國家的一些公司也都生產(chǎn)使用了這種擠壓鑄造活塞，我國從上世紀(jì)80年代中即開始此種活塞研制，并已在“解放”、“東風(fēng)”汽油機(jī)及特種大馬力柴油機(jī)上大批量使用。作者長年進(jìn)行擠壓鑄造鋁基復(fù)合材料研究，并與國外合作，研制成功汽車制動(dòng)轂，特種活塞和履帶板等。主要參考資料1宋才飛，中國壓鑄業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變與歷史任務(wù)J2007中外壓鑄技術(shù)交流會(huì)論文集，蘇州壓鑄技術(shù)協(xié)會(huì)，5-9。韓姝芹，汽車業(yè)對(duì)有色鑄件的需求及市場前景分析J鑄造世界報(bào)，2007.11 13-143齊丕驤，擠壓鑄造技術(shù)的最新發(fā)展J特種鑄造及有色合金2007.27（9）688-6944羅守靖，陳炳光，齊丕驤，液態(tài)模鍛與擠壓鑄