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半固态压铸成形技术为汽车轻量化开启“绿色通道”
作者:管理员 来源:中国汽车供应商网 发布时间:2018/8/13

在当前全球能源危机和环保压力下,各国节能降耗政策日益严苛,轻量化作为有效节能降耗的途径成为汽车行业关注的热点。特别是在新能源汽车的迅猛发展浪潮下,受动力电池重量、动力电池续航里程的限制,车身轻量化成为新能源车企首先考虑的问题。在众多车身轻量化材料中,从美观耐用、轻量节能、成本较低等综合方面看,铝合金无疑是汽车工业化和轻量化的首选材料。
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研制高性能汽车用铝合金零部件对提高我国汽车工业的国际竞争力具有举足轻重的作用,同时也将产生重大的经济和社会效益。目前铝合金件最主要的成形方式是常规压铸,该工艺具有生产效率高、成本低等优势,但是铸件致密度低,气孔和缩孔含量高,严重减低了铸件的力学性能和疲劳寿命,不能满足汽车等行业对于高质量、高性能、长寿命零部件的需求。在市场需求下,半固态压铸成形技术的推出满足了汽车制造商对零部件高质轻量的要求。
有关资料显示,半固态压铸成形技术是指,铝合金在由液态向固态凝固的过程中,温度降至液相线和固相线之间(固液两相区)时,通过施加一定外界影响方式,使铝合金的显微组织呈为一种液相包围球状固相的组织,在此温度区间内,铝合金既可以像固体一样具有一定固定形状,也可以在受到轻微的外力挤压后轻易流动,并利用铝合金在这种状态下进行压铸成形的工艺。
据了解,半固态压铸成形技术始创于上世纪70年代美国,目前在欧美日韩等发达国家和地区,半固态压铸成形件已在汽车领域得到批量化应用。该技术由徐州戴卡斯町公司引入我国,目前这项半固态技术已达到国际先进及国内领先水平。
以独特技术优势突破铸造“瓶颈”
由于半固态压铸成形技术打破了传统的枝晶凝固模式,在成分及组织均匀性,提高成形零件的综合力学性能及降低成形内部缺陷等方面具有独特的优势。“半固态压铸温度比常规压铸低,凝固收缩小从而铸造疏松少(或无),充型平稳从而气孔缺陷和氧化物夹杂少(或无),可以进行T6热处理和后续的焊接,可有效改善传统铸造方法存在的铸造质量问题。”徐州戴卡斯町总经理佟宝群在接受盖世汽车采访时说到。
据佟宝群介绍,半固态压铸成形技术较低的成形温度使得模具热冲击小,延长模具寿命。相对锻造等热变形成形工艺,半固态成形变形抗力小,从而可一次大变形量加工成形形状复杂且精密度及性能要求较高的零部件,克服传统锻造方中成本高、不能成形复杂件的缺点,具有净成形、高质量、高性能、低能耗、低成本等诸多独特的优点,被国内外研究学者誉为21世纪最具前途的金属加工技术之一。
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铸造工艺对比
具体来说,半固态压铸成形技术和其它成形工艺相比,其优势主要有体现在以下几方面:
首先,半固态压铸成形可以有效控制铸件内部气孔缺陷含量。在流动过程中,半固态金属呈现出有序、可控的宏观流动状态,不同于液态金属的混乱、不可控的宏观流动状态。利用这一特性,可以使金属流体按设计顺序有序充填金属模具型腔,将型腔空气推至型腔末端,最后通过排气槽排出,避免了型腔气体的卷入,减少气孔缺陷,提高铸件的致密性。
半固态压铸成形还可以有效控制铸件内部缩孔缺陷含量。金属从液态凝固到固态,需要经历液态收缩和凝固收缩两个体积收缩过程,从半固态凝固到固态,仅需要经历凝固收缩一个体积收缩过程。与液态金属相比,半固态金属在凝固过程中的体积收缩率较小。在自然凝固的条件下,同等体积的半固态金属产生的缩孔体积要比液态金属少。
此外,半固态压铸成形还能有效减少铸件的热裂倾向。热裂产生的根源是合金在凝固过程产生的内应力,半固态压铸成形技术,消除了枝晶搭接产生的内应力,同时减小合金收缩量,从而减小热裂的发生倾向。
优质的半固态压铸成形件,由于内部没有气孔,铸件可进行高温热处理,从而可进一步提升产能,且铸件具有良好的可焊性。半固态压铸成形技术也沿袭了常规压铸成形生产效率高的特点,非常适合大批量零部件的制备。
成熟的技术产业化助力车辆减重
目前,在欧美日韩等发达国家,半固态压铸成形件已批量化应用于汽车领域。例如意大利的Stampal公司使用半固态压铸技术为Alfa Romeo Spider跑车制备多连杆汽车悬架,英国康明斯涡轮技术公司采用了半固态压铸成形的涡轮增压器319s铝合金叶轮,美国IDRAPrince公司使用半固态压铸成形技术制备了油泵滤清器380铝合金壳体,泰国GISSCO公司使用半固态压铸成形技术制备了7075铝合金刹车卡钳。在我国,半固态压铸成形技术开发应用在汽车结构件、连接件、支架、刹车卡钳,以及对气密性有严格要求的电机、发动机、车用空调压缩机等领域。
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徐州戴卡斯町应用于汽车领域的产品
实际上,半固态铝合金压铸产品因其出色的力学性能和气密性,被广泛应用于各类车辆结构件。佟宝群对徐州戴卡斯町的产品体系进行了介绍,他指出,半固态铝合金压铸产品具有优异的力学性能,可用来制成乘用车结构件,如支臂、控制臂、发动机支架、悬置支架、减震支架、刹车制动系统卡钳、涡旋压缩机动静盘以及全铝车身中复杂连接件等;由于半固态铝合金压铸产品良好的气密性,也可用来生产车辆的各种水泵、油泵、柴油车高压泵、汽车空调压缩机外壳等。此外,在商用车领域还可用半固态铝合金压铸件取代铸铁件,如重卡 1号、2号支架以及重卡变速箱和换挡拨插等。
根据半固态铝合金压铸产品特点,徐州戴卡斯町已形成上述产品体系,满足了市场对高质量铝制汽车零部件的需求。同时,公司对产品实行严格检测制度,每种新产品试生产成功后均送到公司质检中心检测,检测合格后再送交第三方检测机构检测,对每批订单产品质检中心都在按照标准要求严格检测后出具质量报告,以确保质量稳定可靠。徐州戴卡斯町拥有国内最先进的全自动半固态压铸岛,同时设置了质量检测中心、CNC加工中心和热处理中心,确保产品具有稳定生产能力,目前每年可生产50-60万模半固态铝合金压铸产品。
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在节能环保的大势下,各种汽车零部件都在寻求轻量化制造方案,但性价比高的工艺有限,优质供应商少,尤其是国内,轻量化工艺与采购商需求迫切。徐州戴卡斯町铝合金半固态压铸成形技术的成功产业化,正好解决汽车行业轻量化的需求。对此,佟宝群坦言,“徐州戴卡斯町产品可以广泛应用于汽车轻量化领域,如汽车悬置支架,汽车底盘用转向节、控制臂等关键结构件产品,对降低汽车行业能源消耗与降低汽车行业对环境的污染有显著效果。”
国家“千人计划”专家团队提供坚实支撑
徐州戴卡斯町作为致力于高品质铝合金零部件制造技术研发和工业自动化生产高科技创新企业,坐落于江苏省徐州市贾汪区科创小镇。公司占地80亩,标准厂房面积17000平方米。公司主要从事铝合金高端零部件技术开发、产品生产、销售及技术服务,产品具有轻量化、低能耗、高性能、安全和低成本的特点,助力提高铝合金在汽车领域使用的比例,促进实现汽车轻量化。除了汽车领域,产品还广泛应用于航空航天、高铁、工程机械、电子通讯等领域,具有广阔的发展前景。 
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徐州戴卡斯町技术专家顾问、国家“千人计划”特聘专家 朱强博士
而徐州戴卡斯町以先进的半固态压铸成形技术领先行业的背后实际上源于国家“千人计划”专家团队的坚实支撑。据了解,公司由国家“千人计划”特聘专家朱强博士率领的技术团队提供技术支持,朱强博士作为徐州戴卡斯町特聘专家顾问,曾担任第十五届国际复合材料与合金半固态加工技术大会主席和中国制造2025-装备制造业转型升级主题峰会大会主席。他先后在北京科技大学、英国康明斯涡轮增压技术公司、北京有色金属研究总院学习和工作。主要从事金属材料特种铸造、金属热加工形变行为。近5年先后参与或主持国家国际合作、“863”、科技支撑、“十三五”国家重点基础材料研发计划和材料基因组等国家项目。
关于今后的发展布局和规划,佟宝群表示,除了常规的汽车铝合金结构件外,未来将重点发展新能源全铝车身特有的结构件,此外,汽车行业对气密性要求高的缸体、阀体,压缩机的壳体以及空调压缩机的动盘和静盘也都将列入产品体系。“由于汽车产品对铝合金材料的不同要求,我们需要开发出来更多适用于半固态工艺的新材料来应对市场,如颗粒增强铝基复合材料。碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有高比强、高比刚、高耐磨、低热膨胀及优良的减震性尺寸稳定性等综合性能,是航空航天、汽车制造等领域关键零部件轻量化的理想材料,希望凭借半固态压铸成形这一核心技术,在市场导向下实现企业和行业的共赢。”

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