通用汽车再发力轻量化技术 推出镁合金立式挤压铸造机

盖世汽车网 综合报道

位于上海的通用汽车中国公司前沿技术中心日前对外宣布了其镁合金立式挤压铸造(VSC)机器已经可以用于实际生产中,打造该机器的目的是为了研发全新的镁合金铸件。通用公司还提到,这款立式挤压铸造机器的出现,标志着轻量化材料领域有了重大突破。

挤压铸造工艺中,熔融状态下的金属材料在最小的湍流扰动条件下被引入铸造模腔,然后在高压(通常高于100兆帕)和封闭模具条件下固化成型。熔融金属由于有效地降低了液态湍流,而且采用较高的作用压力,能够最大程度上降低铸造件上气孔的出现。目前汽车上使用的绝大多数镁合金压模铸件都是通过冷室压铸工艺生产的,在该工艺流程中,熔融金属镁首先被注入喷射气缸中,然后利用一个活塞把液态金属以5到10米/秒的速度注射到模腔中,最后在35到140兆帕的高压下,金属固化形成所需的铸造零部件。

典型的铸造零部件包括仪表板横梁、散热器支架、发动机架、座椅构架、发动机缸体、变速箱以及油底壳。图2(a)是第一款大尺寸整体式压模铸造镁合金仪表板横梁,由通用公司在1996年应用在全尺寸厢式货车Savana和雪佛莱Express上。这款12.3公斤重的仪表板横梁公称厚度为4毫米,在当时是全世界最大的镁合金压模铸造件,与选用钢铁作为原料的相同零部件相比,重量降低了32%;防撞性能和减震性能也获得了大幅度提升;得益于部件整合在一起的设计(镁合金产品含有25个部件,钢铁产品67个部件),生产成本也得到了降低。最近十年日趋完善的镁合金压模铸造技术帮助通用公司实现了更加高效的仪表板设计,现在能够整合在一起的部件数量更多,降低的重量达到了40%到45%。图2(b)展示的为别克LaCrosse上使用的镁合金仪表板横梁,重量6.9公斤。

虽然较高的生产率得到保障,但是传统的镁合金或铝合金高压压模铸造工艺存在一个很大的缺点,那就是高速喷射熔融金属过程生成的滞留气会最终导致铸造件的高空隙率。而挤压铸造除了可以最大程度上阻止湍流的出现,还能够通过利用熔融金属过热量的绝对最小值来降低铸造件的空隙率。熔融金属往往需要较高的铸造温度,但液态金属并不是模具填充所必须的,因为高压也能让金属发生形变,所以挤压铸造是一种可实现的铸造工艺。大断面部件的铸造过程中,孔隙出现的概率会增大,这时在作用压力下液态或半液态金属从热点注入已存在的气孔中以防止气泡进一步膨胀。拥有较大凝固范围的合金可调节性较强,这样在较低的作用压力下就能够制造出致密铸造件。

通用公司声称通过在生产工艺中应用较高的挤注压力,立式积压铸造系统有效提高了铸造一体化水平;更重要的是,全密封的镁合金熔化和传输系统大幅度提高了铸造件的性能表现和质量,因为熔融金属表面基本上完全与空气隔绝,防止了氧化物产生造成的合金纯度下降。挤压铸造的另一优势为可以使用铸造件代替锻造件,从而节约成本;推广镁合金材料的目的不仅是为了满足消费者更低花销、更高燃油经济性、更优异性能的需要,更是为了更好地利用中国范围内材料镁实用性高的优势。数据显示,中国的金属镁出口量占全球总量的80%。

金属镁的密度比铝更轻,因此可以进一步提高汽车的燃油经济性,通用公司全新的铸造技术让使用镁作为原材料加工生产汽车零部件变得更加方便。在汽车材料领域中,镁合金是迄今为止能够大批量生产的密度最低金属材料;和铝合金材料相比,选用镁合金的相同尺寸零部件重量要轻30%,而早先的研究显示:汽车的重量每降低150公斤,燃油经济性将提高7%。

立式挤压铸造机器的设计研发是由美国底特律和中国上海的通用轻量化材料研发团队共同完成的,该机器放置在前沿技术中心内的微型铸造和成型实验室中;前沿技术中心还拥有机械试验设备、微结构分析、金属学、电化学等实验室,同样致力于研发高性价比的轻量化技术。2013年5月,通用公司与泛亚汽车技术中心就凭借成功研发并大批量生产的镁合金强化行李箱盖获得了2013年国际镁协会优秀奖。

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