比亞迪郭強:高性能壓鑄鋁合金在汽車輕量化領域中的應用 未來單車...

2020-11-25 上海有色金屬網

SMM 9月19日訊：比亞迪中央研究院金屬材料研究部經理郭強在《中國工博會新材料論壇—2019中國汽車新材料應用高峰論壇》上重點闡述了高性能壓鑄鋁合金在汽車輕量化領域中的應用，具體列舉了數個不同的開發方向，並且對未來汽車輕量化的發展道路進行了展望。

汽車輕量化的意義

壓鑄鋁合金開發

開發方向

科研能力

高性能壓鑄鋁合金材料

鋁合金密度小，壓鑄鋁合金可以一體成型，成本低，高性能指標可以滿足部分汽車零部件的要求，在汽車輕量化領域有很大的應用市場和應用前景。

比亞迪為滿足汽車零部件等對材料更高性能的要求，開發了針對不同牌號和性能要求的的高性能壓鑄鋁合金系列。

壓鑄鋁合金應用產品和實例

新工藝-半固態擠壓鑄造

技術介紹：在金屬凝固過程中進行強烈攪拌或振蕩等，使樹枝狀初晶破碎成等軸顆粒狀分布於液相，從而得到一種固液混合漿料，通常將此漿料稱為非枝晶半固態金屬(Semi—Solid Metal，簡稱 SSM)。下圖是半固態成形與普通鑄造、鍛造的成形過程和對應組織變化。

微觀組織

力學性能

應用案例1

K9骨架接頭/雙層巴士骨架接頭

應用案例2

大巴/雲軌扶手接頭

目前扶手接頭主要是304不鏽鋼精密鑄造件，半固態工藝採用鋁合金A356（T6）或A354（T6）評估

材料開發

研發了高性能AlSi10Mg壓鑄鋁合金及其壓鑄成形技術，可應用於汽車車身構件等，所開發的合金普通壓鑄下典型力學性能如下表所示：

德國Rheinfelden公司發明AlSiMgMn壓鑄合金，主要用於汽車車身壓鑄結構件（紅色部分）

評估項目

輕量化的應用：鑄鐵缸體改為鋁合金缸體

優勢：

1、鋁合金與鋼相比，鋁合金具有質量輕、耐腐蝕性好、易於加工等特點，由鑄鐵缸體改為鋁合金缸體，重量減輕了28.9KG。傳統燃油汽車整備重量每減少100KG，百公裡油耗可降低0.3-0.6升。新能源汽車每減少100KG重量，續航裡程可提升10%-11%，電池成本減少20%，日常損耗成本減少20%。

2、鋁合金缸體相比鑄鐵缸體散熱好。

3、鋁的導熱性更快，所以冷卻性能好，可以幫助引擎減少非正常燃燒的發生概率，同樣的壓縮比，鋁缸體引擎可以比鑄鐵缸體引擎使用更低標號的汽油；

4、生產過程中來講，鑄鐵缸體生產線佔地面積大，對環境汙染大，加工工藝複雜，而鑄鋁缸體的生產特點則剛好相反。

工藝難點：

1、產品結構複雜，壁厚不均勻。油道、水道多，耐壓要求高。密封面多，氣孔要求高（缸蓋結合面不允許有超過φ0.5mm的單個氣孔存在）。斜油孔與螺紋孔之間壁厚很薄，存在測漏不良問題。

工藝改善措施：優化澆排系統，採用雙邊進澆（相比單邊進澆：鋁液流程短），利於成型，有效改善產品內部質量。

2、多處斜油孔不能預鑄，易有內部縮孔；模具上應用局部增壓技術，最小點冷孔做到φ3mm，點冷進水管內徑做到φ1.8mm。油孔測漏良率由80%改善至97%。

輕量化的應用：多個產品集成一體

優勢 ：

1、由最初的變速箱和電機兩個產品集成為一個產品，減少了產品數量，減少了模具數量，節約了生產時間，節約了模具成本及生產成本。

2、兩個產品集成為一體成型後，減少了連接部位，減輕了整車重量，同時節省了布局空間，提升了產品安全性能。

工藝難點 ：

1、 集成化後，產品輪廓變大，結構複雜，模具結構複雜。兩個斜油孔1和2緊挨著導致油孔1不能預鑄，局部壁厚很厚。機加工後孔內易出現縮孔，導致油道洩漏。

工藝改善措施：斜油孔位置做局部增壓

2、另外一個斜油孔鑲針由於直徑小，點冷孔內徑φ3，點冷管內徑φ2.3，點冷水運行受阻，壁厚厚大位置不能得到有效冷卻，最終形成縮孔導致油道洩漏

工藝改善措施：採用高壓點冷技術，提高點冷水壓力，改善冷卻效果；優化澆注系統和排氣系統；用石墨轉子在保溫爐內除氣，以此控制鋁液的密度當量在2%以內。

輕量化的應用：翻砂件改成壓鑄件

優勢：

1、由高壓鑄造工藝替代砂型鑄造，產品壁厚減薄，重量減少。

2、砂型鑄造生產節拍長，高壓鑄造生產節拍短，生產連續性好，產量大產出高

工藝難點：

1、該產品有內圈、外圈結構，中間是冷卻水道，內外圈之間靠筋條連接，內圈深度深，難成型、難排氣。

工藝改善措施：優化澆排系統，使產品內圈先填充，再填充外圈。

2、由高壓鑄造工藝替代砂型鑄造，產品壁減薄，且水道深腔深，成型時溫度高，容易粘料、拉模。

工藝改善措施：應用高壓點冷技術，加強冷卻水壓力，提高冷卻效果，減少拉模等問題。

鋁合金壓鑄在新能源汽車上輕量化的應用，如前面舉例的幾條：

1、材料輕量化（鋁合金缸體替代鑄鐵缸體）

2、結構設計優化（多個產品集成一體）

3、製造工藝創新（高壓鑄造替代砂型鑄造）

在確保穩定提升性能的基礎上，我們將輕量化應用到大部分複雜件、關重件上，如HAEV箱體等。汽車輕量化的意義在於降低能耗，減少環境汙染及節約有限的資源。從駕駛方面來講，汽車輕量化後，加速性、提高穩定性、噪音、振動方面均有改善。從安全性考慮，碰撞時慣性小，制動距離短，更加安全。

未來展望

中國汽車輕量化起步較晚，汽車輕量化已經從分散化、高端化、單一化的時代走向集約化、普及化、多元化的 2.0 時代。目前我國鋁合金、鎂合金在汽車上的單車使用量遠小於歐美日等汽車大國，提升空間大。

掃描二維碼，申請加入SMM汽車行業交流群，請註明公司+姓名+主營業務

 

相關焦點

  • 輕盈伴「鋁」:鋁合金底盤零部件主打汽車輕量化下半場
    替代品：不構成顯著威脅 與鋁合金相比，其他幾種輕量化材料的局限相對較多，且在底盤輕量化上大規模應用 可行性很低： 鎂合金：鎂與鋁合金實際上主要是互相促進的關係，而非替代。鎂通常作為合金元 素出現在鋁合金中，應用在汽車輪轂、電機殼體等領域。而以鎂為主要成分，完全 替代鋁的合金目前僅能應用在支架類等少數領域，如方向盤、車鏡支架等。
  • 從2017壓鑄展窺探國內外汽車輕量化技術
    面對各國日益嚴苛的油耗排放規定，汽車節能減排成為各車企以及關聯企業的頭等大事，在節能減排技術路線中，車身輕量化成為一條必經之路。隨著汽車輕量化的深入，汽車用壓鑄件、汽車鑄造結構開發設計、生產工藝等方面的技術已經獲得重大突破。在7月19-21日，CHINA DIECASTING 2017第十二屆中國壓鑄展中，三百多家國內外的壓鑄產業鏈供應商齊聚一堂，展示最新的技術及工藝，並攜最新產品亮相，展示了各自在汽車輕量化方面的強大綜合實力。
  • 鎂合金/鋁合金壓鑄的市場潛力與發展
    二、未來鋁合金壓鑄和鎂合金壓鑄的發展方向（1）進一步提高自主創新能力和產品品質。未來鋁合金壓鑄件將向著薄壁、形狀複雜、高性能、高品質等方向發展。因此，傳統生產技術的改進和創新將成為鋁合金壓鑄的重要任務。
  • 鋁合金在汽車輕量化上的應用及發展趨勢
    因此為推進汽車工業的可持續發展，在保證汽車的剛度、強度、安全性能的前提下，通過改變汽車結構和零部件的材料，實現汽車輕量化，對提高汽車的燃油效率和減少汙染物的排放具有非常大的促進作用。汽車輕量化不僅可以節能減排，還可以提升汽車在駕駛過程中的穩定性和動力學性能。本文主要闡述的是當前應用最廣的汽車輕量化材料鎂合金、鋁合金，分析了他們的特點和優勢，以及未來在汽車輕量化上的發展趨勢。
  • 鋁合金在汽車輕量化上的應用
    隨著空氣汙染問題日益惡化、資源日益減少以及汽車的快速發展，各國均要求汽車製造企業降低產品能耗、減少汙染、提高燃料的經濟性，達到以上目的，汽車輕量化勢在必行。而要減輕車重，可通過改進汽車結構或採用輕量化材料來實現。前者已無太大潛力可挖，因而汽車行業普遍注重開發輕量化材料來解決這一難題。例如採用鋁合金和碳纖維複合材料。
  • 搭上順風車:看中國壓鑄模具企業如何玩轉汽車輕量化
    而這些性能指標，對於追求續航裡程的新能源汽車而言更為重要。故在保證汽車的強度和安全性能的前提下，一眾主機廠都在尋求各種輕量化技術來降低汽車整備質量，較為常見的方法有優化車身結構設計、應用輕量化材料和先進位造工藝。在汽車眾多零件中，輕量化的壓鑄結構件正備受業內關注。
  • 2018-2022年中國鋁合金壓鑄件行業分析
    壓鑄是應用最廣泛、發展速度最快、技術最先進且效率最高的精密零部件製造技術，適應了現代製造業中產品複雜化、精密化、輕量化、節能化以及綠色環保的趨勢。　　我國汽車壓鑄件產量佔我國所有壓鑄件產量的比例已經超過了70%，而近年來急劇增加的汽車輕量化需求，帶動了汽車鋁合金精密壓鑄件產業的高速發展，鋁合金壓鑄件在汽車產業中扮演著十分重要的角色，最近幾年，在我國汽車壓鑄件用量中，鋁合金壓鑄件佔比約為80%。
  • 超全汽車輕量化解決方案大匯總,寶馬、豐田 、特斯拉都在用!
    輕量化材料的應用可能是普通消費者最容易理解的汽車輕量化技術。包括鋁合金、鎂合金、鈦合金在內的輕合金，以及碳纖維複合材料、玻璃纖維增強塑料，還有改性塑料等。甚至高強度鋼也可以劃分到這類材料中，因為可以通過相對更小的使用量達到之前傳統汽車鋼件的設計強度。
  • 中國汽車輕量化及輕量化材料行業前景預測
    其中2015年頒布的《中國製造2025》中，提出掌握汽車低碳化、輕量化材料等核心技術產業化，從關鍵零部件到整車的完整工業體系，推進輕量化產業發展；2016年發布的《新材料產業發展指南》，指出應加快調整先進基礎材料產品結構，擴展高性能複合材料應用範圍，支撐汽車輕量化發展。　　汽車輕量化發展路線與目標已確定。
  • 【擴大鋁應用】新能源汽車鋁合金電池託盤
    【鋁道網】與傳統汽車不同，新能源汽車是採用電池作為動力來驅動汽車運行，而電池託盤是將電池單體、模塊以有利於熱管理的方式排列固定在車輛上的金屬材質殼體
  • 輕合金研究所高性能鋁合金材料取得產業化應用新突破
    輕合金研究所彭立明教授和青島宇遠新材料有限公司合作項目「高強韌輕量化鋁合金材料與高緻密度半固態壓鑄技術在商用車上的產業化應用」榮獲科技產業化一等獎，以表彰在產業技術轉化方面的突出貢獻和引領作用。 自2016年，上海交通大學丁文江院士團隊與青島宇遠新材料有限公司合作成立了山東省院士工作站，雙方就新材料、新技術及應用等方向開展了深入合作。
  • 【技術大咖】李承波:高性能鋁合金擠壓材在汽車上的應用__上海有色網
    SMM 9月19日訊：廣東和勝工業鋁材股份有限公司技術副總李承波在《2019中國汽車新材料應用高峰論壇暨第七屆鋁加工產業鏈供需交易峰會》上就高性能鋁合金擠壓材在汽車上的應用進行詳述。他說到新能源汽車有四化：輕量化、智能化、網絡化、電動化，並且多材料車身輕量化技術成為輕量化技術主要和重點發展方向，國內與國際水平尚有較大差距。
  • 宜安科技:具備鋁合金壓鑄行業的技術研發水平
    東莞宜安科技股份有限公司自設立以來就專注於鋁、鎂合金等輕合金精密壓鑄件的研發、製造服務，不僅在為下遊高端客戶持續服務中積累了豐富的行業經驗，而且在新技術、新工藝和新材料應用方面進行了多項技術革新和創造，具備了壓鑄行業的技術研發水平。
  • 壓鑄鋁合金的優缺點及應用
    一、優點：1、鋁合金的導熱性、導電性、切削性能較好；2、鋁合金線收縮較小，故具有良好的填充性能；3、鋁合金密度小、強度大，其抗拉強度與密度之比為9～15，在高溫或低溫下工作時，同樣保持良好的力學性能；4.鋁合金具有良好的耐蝕性和抗氧化性，大部分鋁合金在淡水、海水、濃硝酸、硝鹽酸、汽油及各種有機物中均有良好的耐蝕性。
  • 汽車輕量化需要什麼材料?鋁合金是如何運用的?
    汽車輕量化可以有效的實現節能減排的目的。實現汽車輕量化主要從材料、結構、工藝三個方面入手，而採用新型材料是汽車輕量化最直接也最有效的方法，因此很有必要對各種輕量化材料的力學性能進行深入研究。輕量化材料的應用是汽車輕量化中最基礎，也是最核心的手段，受到汽車業界的廣泛關注。常見的輕量化材料分為金屬和非金屬兩大陣營。金屬材料主要包括高強鋼、鋁合金、鎂合金等；非金屬材料包括工程塑料和複合材料等。這些新材料在實際應用時會遇到多種多樣的問題，比如替換材料後汽車的安全性、舒適性、動力性、操控性、經濟性往往都會有所改變，需要重新審視。
  • 收購百鍊集團完成交割 文燦股份鋁合金鑄造領域優勢凸顯
    強強聯合公開資料顯示，文燦股份主要從事汽車鋁合金精密壓鑄件的研發、生產和銷售，產品主要應用於中高檔汽車的發動機系統、變速箱系統、底盤系統、制動系統、車身結構件及其他汽車零部件。公司客戶包括採埃孚天合、威伯科、麥格納等全球知名一級汽車零部件供應商，以及通用汽車、奔馳、長城汽車、大眾、特斯拉、吉利、上海蔚來、比亞迪等整車廠商。
  • 文燦股份收購百鍊集團完成交割 鋁合金鑄造領域優勢凸顯
    強強聯合公開資料顯示，文燦股份主要從事汽車鋁合金精密壓鑄件的研發、生產和銷售，產品主要應用於中高檔汽車的發動機系統、變速箱系統、底盤系統、制動系統、車身結構件及其他汽車零部件。公司客戶包括採埃孚天合、威伯科、麥格納、加特可、法雷奧、瀚德、博世等全球知名一級汽車零部件供應商，以及通用汽車、奔馳、長城汽車、大眾、特斯拉、吉利、上海蔚來、比亞迪等整車廠商。
  • 2018年全球精密鋁合金結構製造行業市場分析 汽車市場滲透率不斷增大
    近年來汽車鋁合金使用量增長迅速，市場滲透率不斷增大。1、鋁合金在汽車領域的應用範圍及精密度要求實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車整備質量每減少100公斤，百公裡油耗可降低0.3-0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。
  • 特斯拉研發高強度鋁合金 可用於壓鑄電動汽車零部件
    來源：蓋世汽車網原標題：特斯拉研發高強度/高導電性鋁合金 可用於壓鑄電動汽車零部件蓋世汽車訊 據外媒報導，特斯拉的一份新專利顯示，該公司研發了新型鋁合金，而且該鋁合金強度高、導電性強，可用於壓鑄電動汽車零部件
  • 異種材料接合技術用於汽車鋁合金壓鑄件
    金屬方面，除了鋁合金鍛造材料之外，還可接合鋁合金壓鑄材料。增加了鋁合金壓鑄材料之後，該技術有望快速推廣到使用壓鑄件較多的汽車領域。　　目標是「可用於任何部位」　　下表列出了MEC公司測試過的材料、接合條件及接合強度。以前可接合的樹脂有聚苯硫醚（PPS）、聚醯胺（PA6）、聚醚醚酮（PEEK）、酚醛樹脂及環氧樹脂5種。