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2019中国汽车新材料应用高峰论坛

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2019中国汽车新材料应用高峰论坛

比亚迪郭强:高性能压铸铝合金在汽车轻量化领域中的应用 未来单车使用量提升空间大

来源:SMM

SMM 9月19日讯:比亚迪中央研究院金属材料研究部经理郭强在《中国工博会新材料论坛—2019中国汽车新材料应用高峰论坛》上重点阐述了高性能压铸铝合金在汽车轻量化领域中的应用,具体列举了数个不同的开发方向,并且对未来汽车轻量化的发展道路进行了展望。

汽车轻量化的意义


压铸铝合金开发


开发方向

科研能力

高性能压铸铝合金材料

铝合金密度小,压铸铝合金可以一体成型,成本低,高性能指标可以满足部分汽车零部件的要求,在汽车轻量化领域有很大的应用市场和应用前景。

比亚迪为满足汽车零部件等对材料更高性能的要求,开发了针对不同牌号和性能要求的的高性能压铸铝合金系列。

压铸铝合金应用产品和实例

新工艺-半固态挤压铸造

技术介绍:在金属凝固过程中进行强烈搅拌或振荡等,使树枝状初晶破碎成等轴颗粒状分布于液相,从而得到一种固液混合浆料,通常将此浆料称为非枝晶半固态金属(Semi—Solid Metal,简称 SSM)。下图是半固态成形与普通铸造、锻造的成形过程和对应组织变化。

微观组织

力学性能

应用案例1

K9骨架接头/双层巴士骨架接头

应用案例2

大巴/云轨扶手接头

目前扶手接头主要是304不锈钢精密铸造件,半固态工艺采用铝合金A356(T6)或A354(T6)评估

材料开发

研发了高性能AlSi10Mg压铸铝合金及其压铸成形技术,可应用于汽车车身构件等,所开发的合金普通压铸下典型力学性能如下表所示:

德国Rheinfelden公司发明AlSiMgMn压铸合金,主要用于汽车车身压铸结构件(红色部分)

评估项目

轻量化的应用:铸铁缸体改为铝合金缸体

优势:

1、铝合金与钢相比,铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点,由铸铁缸体改为铝合金缸体,重量减轻了28.9KG。传统燃油汽车整备重量每减少100KG,百公里油耗可降低0.3-0.6升。新能源汽车每减少100KG重量,续航里程可提升10%-11%,电池成本减少20%,日常损耗成本减少20%。

2、铝合金缸体相比铸铁缸体散热好。

3、铝的导热性更快,所以冷却性能好,可以帮助引擎减少非正常燃烧的发生概率,同样的压缩比,铝缸体引擎可以比铸铁缸体引擎使用更低标号的汽油;

4、生产过程中来讲,铸铁缸体生产线占地面积大,对环境污染大,加工工艺复杂,而铸铝缸体的生产特点则刚好相反。

工艺难点:

1、产品结构复杂,壁厚不均匀。油道、水道多,耐压要求高。密封面多,气孔要求高(缸盖结合面不允许有超过φ0.5mm的单个气孔存在)。斜油孔与螺纹孔之间壁厚很薄,存在测漏不良问题。

工艺改善措施:优化浇排系统,采用双边进浇(相比单边进浇:铝液流程短),利于成型,有效改善产品内部质量。

2、多处斜油孔不能预铸,易有内部缩孔;模具上应用局部增压技术,最小点冷孔做到φ3mm,点冷进水管内径做到φ1.8mm。油孔测漏良率由80%改善至97%。

轻量化的应用:多个产品集成一体

优势 :

1、由最初的变速箱和电机两个产品集成为一个产品,减少了产品数量,减少了模具数量,节约了生产时间,节约了模具成本及生产成本。

2、两个产品集成为一体成型后,减少了连接部位,减轻了整车重量,同时节省了布局空间,提升了产品安全性能。

工艺难点 :

1、 集成化后,产品轮廓变大,结构复杂,模具结构复杂。两个斜油孔1和2紧挨着导致油孔1不能预铸,局部壁厚很厚。机加工后孔内易出现缩孔,导致油道泄漏。

工艺改善措施:斜油孔位置做局部增压

2、另外一个斜油孔镶针由于直径小,点冷孔内径φ3,点冷管内径φ2.3,点冷水运行受阻,壁厚厚大位置不能得到有效冷却,最终形成缩孔导致油道泄漏

工艺改善措施:采用高压点冷技术,提高点冷水压力,改善冷却效果;优化浇注系统和排气系统;用石墨转子在保温炉内除气,以此控制铝液的密度当量在2%以内。

轻量化的应用:翻砂件改成压铸件

优势:

1、由高压铸造工艺替代砂型铸造,产品壁厚减薄,重量减少。

2、砂型铸造生产节拍长,高压铸造生产节拍短,生产连续性好,产量大产出高

工艺难点:

1、该产品有内圈、外圈结构,中间是冷却水道,内外圈之间靠筋条连接,内圈深度深,难成型、难排气。

工艺改善措施:优化浇排系统,使产品内圈先填充,再填充外圈。

2、由高压铸造工艺替代砂型铸造,产品壁减薄,且水道深腔深,成型时温度高,容易粘料、拉模。

工艺改善措施:应用高压点冷技术,加强冷却水压力,提高冷却效果,减少拉模等问题。

铝合金压铸在新能源汽车上轻量化的应用,如前面举例的几条:

1、材料轻量化(铝合金缸体替代铸铁缸体)

2、结构设计优化(多个产品集成一体)

3、制造工艺创新(高压铸造替代砂型铸造)

在确保稳定提升性能的基础上,我们将轻量化应用到大部分复杂件、关重件上,如HAEV箱体等。汽车轻量化的意义在于降低能耗,减少环境污染及节约有限的资源。从驾驶方面来讲,汽车轻量化后,加速性、提高稳定性、噪音、振动方面均有改善。从安全性考虑,碰撞时惯性小,制动距离短,更加安全。

未来展望


中国汽车轻量化起步较晚,汽车轻量化已经从分散化、高端化、单一化的时代走向集约化、普及化、多元化的 2.0 时代。目前我国铝合金、镁合金在汽车上的单车使用量远小于欧美日等汽车大国,提升空间大。

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