【汽车与环境】银宝山新压铸科技高级技术顾问Steve Midson:用于
来源:    发布时间: 2019-01-09 04:55   15 次浏览   大小:  16px  14px  12px
【汽车与环境】银宝山新压铸科技高级技术顾问Steve Midson:用于轻型汽车应用的铝合金压铸和半固态铸造

  【汽车与环境】银宝山新压铸科技高级技术顾问Steve Midson:用于轻型汽车应用的铝合金压铸和半固态铸造

  2018年12月7日-8日,以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。本次论坛完整覆盖汽车行业技术领域的研讨,旨在进一步促进整车企业与零部件企业之间对技术发展趋势的探讨、加强汽车行业专家之间的交流互动、增强整车与零部件企业的交流、搭建合作平台,通过活动促进汽车零部件产业创新转型升级、打造更具竞争力的整零协同创新关系,助力实现向汽车强国的转变。以下是深圳市银宝山新压铸科技有限公司高级技术顾问Steve Midson的发言:

  大家早上好,我的名字叫Steve Midson,我现在在深圳市银宝山新科技股份有限公司工作,今天我会给大家讲一下“用于轻型汽车应用的铝合金压铸和半固态铸造”。

  压铸是一个非常常见的工艺,用于制造企业的零配件,而且是一个成本非常低的方法,能够制造形状复杂的滤制部件,在北美每年生产量超过70亿美金。铝铸件大概35%用于其他的应用,65%是用于汽车工艺。

  压铸能够制造出非常复杂的形状,而且能够有比较薄的壁,非常好的表面,而且复杂的形状也有尺寸的公差,生产力高、低成本、长寿命的优点。缺点是残余孔隙率比较高,机械性能比较差。它的填充是有问题的,因为它在压铸的过程中是有一个枪的,我们要以非常高的速度喷射一些液体流到模腔中。赋予它一些金属的特性,160%Mpa,35%的孔隙率。半固态铸造是50%是固体,50%是液体,是一个高度粘合的材料,可以填充。我们能够非常好地控制填充,可以看到直接在金属前就把这个气体放进去,流动非常好。比较高黏度的液体,控制度比较方便,可以减少空气的滞留。这里有70%Mpa,有更多的固体填充进去,有更好的控制性的流动和高压,可以最大限度的减少收缩孔隙率。

  固体的制造我们有一个很好的微观结构,常规的铸造半固态的话是稠状的结构,白色的是固体,黑色的是液体,同时他们的工艺跟球状的会不同。我们可以看看这个流程,首先倾倒钢,然后放进去的液体就会冷却下来,空气就会加热,开始旋转它,比较温和的去旋转它,直到我们得到一个比较好的温度,就可以把它转换到一个压铸的容器当中。我有一个视频,这个就是我刚刚跟大家讲过的机器,机器人把它放到C的单位当中去,接下来倾斜,完全液化的铝在有控制的温度之下。把它倒到容器当中。我们在坩埚当中会把它加热到足够的温度,之后就可以得到一个半固态的铸造结构了,控制的进行旋转,得到B的分布,接下来就能得到很好的液体状态,用不同的机器人,倒到压铸的器械当中,慢慢的通过有控制的把它进行注射。给大家看到通过热能的角度看一下情况。

  上面有一个坩埚,下面有一些不同的位置,可以去看钢的温度,这边可以看到有铝,都是铝。随着坩埚变热,我们就可以有一个很好的温度,灰色就是我们生产的温度变化,就可以得到正确的温度,把它转移到我们压铸的机器当中。

  首先看一下模拟,首先是浇铸,通过浇铸不断的进行旋转,在此可以看到非常好的进行控制,我们要尽量的降低敏感化,看看整个压铸的充型非常统一的充型状态,我们就不会当中出现任何泄露。这边是半铸造的好处,我们想说,我们保留了非常好的优势,我们有一些非常好的机械的性能,比方说有非常好的机械的填充性,可以非常好的进行焊接,我们有非常好的模具寿命。

  接下来我们可以看到作为两个半固态,像319S,我们可以得到非常好的刚度,320的Mpa,我们可以看到延伸长也是非常好的。这个是我们讲的半固态浇铸,通过比较大的流程,和传统的方法比较,可以降低制造成本。我们在生产当中,在基础压铸当中我们可以看到,基础压铸在深圳有一个工厂,有一些传统的压铸,同时也有一些半固态压铸,所以我们可以有两台840吨的机械。这边给大家看的气罐支架,可以将我们的储气罐连接起来,很好的用制动系统控制。之前是双刹制造的,重1.54Kg,修整铸造。之后把这个设计改了一下,我们变化了一下,加进去更多的摩擦,我们可以看到可以有更好的流动性,并且有更好的刚度。

  因此的话,我们就可以看到有非常好的ProCAST,变成一个非流动黏性的,接下来给大家看一下具体的形状、固体分数,,可以看到合金的319S,罐装速度是0.2M/秒。给大家看一下我们在原创设计当中跟改良设计填充的差别。改良设计填充不会有任何滞留的气体,之前的填充缺乏一些控制,我们做了一些改良之后就有更好的流动性。半固态的流动会更好一些,更重要的是我们讲到的凝固,在一开始的时候,我们有一些小的问题,绿色的是半固态的,蓝色的是凝固了的。我们碰撞它可以看到有更多半固态的压缩,这个已经不是跟我们的铸体相关的,我们没有任何压力就可以做了,可以得到一个收缩气孔。接下来我们把它们放回来,就可以看到有更好的凝固的收缩会更好。

  这里给大家看一下我们应力的分析,一开始是228Mpa,我们做了一个改良之后,我们可以看到降低了应力变成了162Mpa,这是一个非常好的改良。优化之后我们就开始生产,可以做各种各样的流程发展工具。我们可以看到有微观的结构评估,所以我们可以看到完全没有任何缺陷的。拉伸样品的话也是有铸件加工而成的,拉伸最高是450。这里是X光内部质量的情况,没有任何缺陷。这边的话是第二个变形支架,右手边就可以看到,一开始每个支架是3.2Kg,后来319S是1.6Kg重。左边这个是原来的设计,经过半固态的设计模态的改变,渠道做了改变,降低收缩孔隙率,同时减重了71%。

  在这边也是比较好的连接器,作为电动公交车的连接器,所以我们有4个这样的支架,我们可以看到在200-500之间,500个连接器同时使用。左边是转向节,是A356-T6,可以有非常好的防撞。右边是一个减震塔,比较高的半固态铸造,这个是一个半固态的。我们再看一下控制壁,也是有比较好的拉伸度,右边是合金319S。

  最后让我们来看一看关于生产成本,像我提到的半固态是最基础的一种铸造生产方式,我们看一看铸造工艺和它的价格是什么情况?通常来说压铸是3倍,金属压铸是3-5倍。我们假设铸造生产3公斤的组份,如果是铝我们计算每公斤是2.2美元,部件中铝的成本大概在7.25美元,这样售价就是金属价值的4-6倍,这样可以看到铸造的价格就会是29美元,增长到43.5美元。但是我们看一下半固态的铸造它是非常接近传统的压铸,因为传统的压铸是成本最低的,压铸一般是生产复杂形状铝部件的方法,2013年,在美国,我们有一家叫Koch的公司进行了非常详细的成本估算,半固态铸造、高压压铸、重力永久模具、挤压压铸,他们进行了非常详细的分析,半固态的铸造比高压压铸要高4%,但是重力永久模具会高15%,挤压铸造高25%,永久模具增加了90%,所以看起来半固态的铸造方法还是在成本上有一定的优势的。

  最后作为一个总结,半固态的铸件可以生产比传统压铸更高质量的部件,因为它的强度更高,而且有更好的延展性,有更长的模具寿命。我们看到现在有很多的半固态的铸件正在开发或者已经被生产了,非常感谢大家的聆听,谢谢。

  南方科技大学朱强教授:我有两个问题,第一个是你的总结说它是高强度的,但是演讲过程说它的强度只有240%。Steve Midson:其实我们要看一下客户的要求,因为这些是我们客户的要求,客户最低的要求是240,其实它可以达到更高的强度。

  南方科技大学朱强教授:第二,你谈到了温度变化,液态铝的结构,在温度上是很相似的,能不能回到那张图上,200度但是你模拟的结果是在5度,5度是不是一个标准?

  Steve Midson:是看一看这个温度是不是一致的,有一个温度的曲线。我们不管它的温度是怎么样,我们要看一看它的温度的分布是怎样的,我们看到这个工艺,这个液态的铝温度是比较高的,但是原理上来说一些温度热量会转移,而这个能够控制温度。另外,如果是没有办法进行温度控制的话,会在工艺中发现很多的问题。所以要看坩埚里面的温度的控制,这个对于产品的一致性非常重要的,今天、明天、后天的产品具一致性是非常重要的,非常感谢。