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探究熔模精密铸造技术在汽车工业的发展及应用

作者:2017-06-06 15:48文章来源:未知
  据统计,2014 年,中国汽车年产销已达2400 万辆,已成为世界第一汽车生产大国。因此,精铸件的市场需求量也在不断快速增长和发展, 这也给国内从事汽车企业熔模精密铸造工艺带来了巨大的发展机遇,竞争优势很明显。其特点是很高的尺寸精度和表面光洁度,加工余量少,适合复杂的合金铸件,已广泛应用于国内外精铸行业。
  1 熔模精密铸造技术在汽车工业的应用
  1.1 熔模铸造技术特点与工艺流程
  熔模铸造最早起源于2500 年前的春秋时期,1978 年在湖北随州出土的曾侯乙墓的尊和盘是早期熔模铸造的代表作。我国精铸行业在20 世纪50年代中期已经建立,逐渐得到推广应用。现在它在航空、船舶、汽车、仪表、军工等行业得到了广泛的应用,并向日常化、民用化发展。
  精铸工艺流程多且较为复杂,影响因素比较多,不易控制。
  1.2 国外熔模精密铸造技术在汽车工业的应用现状
  在20 世纪,国外熔模铸造技术发展很快。1965年,通用汽车公司的Henzel 和Keverian 等利用有限差分法对发动机缸体铸件进行了凝固模拟, 结果与实验情况吻合。前苏联高尔基汽车精铸熔模铸造车间从制蜡、制壳、焙烧、浇注完全自动化,由于精铸可以生产少切削或无切削的复杂合金件, 故前苏联把这种工艺作为90 年代的重点发展工艺。在90 年代,又出现了SUP 法的一种工艺,该工艺是用水溶性尿素树脂代替蜡料作模料, 采用低压注射成型的精铸法,最大优点是成本低,适用于批量生产,产品表面光洁度好、尺寸精度高。近年来,随着新材料和新技术的不断发现,产生了很多新工艺、新技术、新设备。目前,在日本、英国、德国等已成功地把精铸工艺采用流水线来生产低成本的汽车零件。
  1.3 国内熔模精密铸造技术在汽车工业的应用现状
  随着我国汽车发动机机盖、支架、齿轮、铰链、摇臂等精铸零件的研制, 我国精铸工业化进程也加速发展。在20 世纪50 年代,中科院研究所开发了水玻璃制壳工艺,成功用于汽车领域。1975 年,我国从英国引进斯贝航空发动机的制造技术, 在消化吸收过程中,实现了熔模精密铸造工艺材料的国产化。近年来, 北京隆源自动成型系统有限公司用SLS 法制作了聚苯乙烯粉末浸蜡模的等离子发生器、汽车发动机缸体等模型。据统计,到2009 年为止,全国精铸厂高达3000 多家,产值达到200 多亿。经过50 多年发展, 熔模铸造已成为我国汽车制造业中不可缺少的基础工艺,并形成了一个独特的行业。
  2 熔模铸造中工序对铸件的影响
  2.1 合金杂质的控制对铸件的影响
  铸件是合金的载体,合金成分品质直接影响最终铸件的好坏。当合金液体中有氢、氧、氟等气体杂质时, 将在合金结晶过程中析出在结晶液膜处,会切割合金组织,减弱晶粒之间的联系,降低合金的强度,加大热裂倾向,甚至会导致缩孔、缩松、渣气孔等缺陷产生。
  2.2 蜡模质量的控制对铸件的影响
  蜡模本身有高的尺寸精度和表面光洁度, 但由于制造蜡模过程工序复杂、影响因素多,故蜡模品质变化范围大。因此,必须选择合适的制模材料和制模工艺。蜡模质量的影响因素以及控制方法见表2。
  2.3 型壳性能对铸件的影响
  制壳是熔模精铸技术关键工序之一, 是研究精铸领域的核心课题。涂料的工艺性能对型壳性能有一定的影响, 而涂料的性能又受到不同的粘结剂和耐火材料的影响。
  2.4 浇注过程对铸件质量的影响
  浇注过程主要控制两个因素: 浇注温度和浇注速度。随着浇注温度提高,金属液流动性不断提高并趋于稳定, 但浇注温度过高, 金属液中气体成分增多,影响铸件质量;浇注速度主要影响型腔金属液质量,浇注速度过快,型腔中杂质卷入量会较多,影响铸件内部质量,甚至影响铸件性能。
  3 我国汽车精铸行业所面临的主要问题
  我国汽车精铸业在经过“计划经济”转入“市场经济”的过程中。经历了起步、稳定、发展、成熟4 个阶段,取得了令世人瞩目的成绩。但是,我们必须清醒地认识汽车精铸业的历史重任及与发达国家的现实差距。与国外相比,精铸企业平均规模和经济规模有较大差距; 铸造企业整体技术装备水平有较大差距,企业间技术装备水平差距较大;我国铸造企业普遍存在劳动强度高、能耗高、资源消耗高、环境污染程度高现象;铸造企业的研发与创新能力低,从整体来看,铸件的技术和附加值较低;铸造企业工程技术人员和技术工人严重断层,研发人员缺乏;同时,由于精铸企业缺乏明确的发展定位和方向, 客户以实用性原则对待产品品质, 也制约了国内精铸行业在品质和技术方面的快速提升。
  4 熔模精密铸造技术在汽车工业的发展趋势
  4.1 确立“精、优、轻、绿”的产品开发思想
  (1) “精”指精密、精确。在设计、生产等过程中要严格遵循精益化的思想, 充分利用精铸工艺以及各方面的技术,使我国汽车铸件的尺寸精度、表面粗糙度等赶上国际水平,提高企业的竞争和生存能力。
  (2) “ 优”指无缺陷。提高质量检测技术和控制,最好汽车铸造厂从原材料进厂到成品铸件出厂,都有严格的质量控制和检验制度。认真抓好贯彻国际标准, 按ISO9000 标准的严格要求,满足国际市场的需求。
  (3) “轻”指轻质结构和材质轻量化。在保证汽车强度和安全性能前提下, 尽可能降低汽车整备质量, 实现轻量化, 从而提高汽车动力性和燃油经济性。随着环保和节能的需要,汽车铸件轻量化也成为汽车铸件的重要发展方向之一。如东风精密铸造有限公司对商用车支座优化设计前后的铸件对比,铸件初始质量为6.6kg,经过加筋、挖孔和变截面等轻量化设计后,其质量变为3.0kg,质量减少50%以上。
  (4) “绿”指绿色铸造。绿色铸造是指产品在整个生命周期内,提高资源利用率,减少对环境污染。现在汽车铸造业应以循环经济3R 为行业准则。即减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recyele)来开展工作。如大连(林)精密铸造有限公司采用全自动化生产线, 主要面向汽车对铸件需求批量比较大的行业,极大地提高了公司生产和对环境的保护。
  4.2 坚持产品“集成化、精益化、系列化、模块化、成品化”发展思想
  集成化是以铸代锻,以铸代冲,将原有冲压、焊接、锻造和铸造成形的数个零件,通过合理的设计以及结构优化,实现集成零件的铸造成形。精益化是以杜绝浪费和资源利用率高来制造增值的产品。系列化是按市场需要,对已有产品做系列规划,开发新的产品。模块化是对已有产品的横向开发,以工艺产品为主,提高企业的竞争力。成品化指现代产品越来越趋向于复杂化、成本大,而精铸工艺产品拥有少切削和精度高等特点, 为客户创造了价值和降低使用成本,实现了“双赢”的市场格局。
  4.3 精铸工艺与装备技术升级
  随着产品的要求不断提高, 围绕精铸工艺和装备技术,推广这几大技术:①硅溶胶型壳技术;②复合制壳技术;③机械手(人)技术;④装备节能技术;⑤精铸型芯技术; ⑥铸造检测技术; ⑦绿色制造技术;⑧计算机辅助技术。通过引用这些技术,精铸公司的铸件质量、产品尺寸精度、铸件生产效率等制造技术得以有效提高, 又节约了有效成本和铸造成品时间,不仅提高了企业经营业绩,更为客户创造了更多的价值。
  4.4 计算机软件的引入
  计算机技术的发展为传统铸造行业带来了革命性进步, 在复杂整体铸件造型、工艺方案设计与优化、工艺过程精确控制等方面起到了重要作用。
  5 结语
  我国汽车精铸领域起步于20 世纪60 年代,特别是在改革开放后的20 余年里得到长足的发展和壮大。近10 余年来,精铸技术在航空工业、仪表工业以及军工业得到较快的发展, 而在汽车领域的应用还有很大的不足。汽车产量的不断增长迫切要求精铸生产向高质量、优性能、近净形、多品种、低消耗、低成本的方向发展。为了满足我国汽车行业的较快发展, 精铸技术已成为现代汽车铸造技术里必不可少的一环。为了进一步研发汽车整体精密铸件,持续企业的科研创新能力,可以厂校所相互配合,发挥各自优势,加快成果转化。
 

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