——鋁鑄件在國內(nèi)外汽車工業(yè)中的應用
　
　　以下簡述了鋁合金鑄件在國內(nèi)外汽車工業(yè)中的應用，敘述了典型的汽車鑄件及鑄造工藝，并對中國的鋁合金鑄件在汽車上的應用進行了展望。
 
　　盡管與傳統(tǒng)工業(yè)相比較，汽車用鋁鑄件更復雜且要求更有效的系統(tǒng)，但在鑄造技術方面的投資還十分有限。簡單的鑄造技術和設備成為主要發(fā)動機生產(chǎn)廠家的“瓶頸”，并阻礙了生產(chǎn)效率的提高。
 
　　國內(nèi)外鋁鑄件在汽車工業(yè)中的應用
 
　　采用鋁合金代替鑄鐵來生產(chǎn)汽車零件的歷史最早可追溯到20世紀40年代。當時歐洲少數(shù)汽車廠，如意大利的菲亞特公司研制出了鋁合金進氣管和氣缸蓋，并開始少量生產(chǎn)。50年代，澳大利亞引進英國一公司的低壓鑄造技術生產(chǎn)了汽車用鋁鑄件。與此同時，前西德某公司對低壓鑄造技術作了進一步改進，生產(chǎn)出了結構復雜的鋁合金零件。美國通用汽車公司也開始大量生產(chǎn)轎車用鋁鑄件，如空冷缸蓋、曲軸箱、發(fā)動機后蓋等。60年代以后，由于高壓壓鑄技術的發(fā)展，以鋁合金為主的輕金屬在汽車中的應用大大增加，奠定了現(xiàn)代汽車工業(yè)廣泛采用鋁鑄件減輕汽車自重的基礎。近20年來，世界汽車工業(yè)中鋁鑄件的應用在不斷增加，據(jù)統(tǒng)計，全世界鋁鑄件的總產(chǎn)量每年大約按3%以上的速度增長，而在鋁鑄件的總產(chǎn)量中，大約有60%—70%的鋁鑄件應用于汽車制造，使得世界鋁鑄件的生產(chǎn)和應用與汽車制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了密切的聯(lián)系。汽車工業(yè)中鋁鑄件應用的發(fā)展又以日本最為突出。在70年代初，日本許多汽車公司就開展并擴大鋁合金在汽車發(fā)動機上應用的研究，開始廣泛采用鋁鑄件代替鑄鐵來生產(chǎn)進氣管、氣缸蓋，并開始少量生產(chǎn)鋁制發(fā)動機。近年來，在發(fā)展鋁鑄件和塑料應用方面，日本一直都處于世界先進水平，日本轎車素以結構緊湊、舒適、重量輕、經(jīng)濟性好以及安全可靠而占據(jù)歐美市場。
 
　　鋁合金材料在國產(chǎn)汽車上的應用還較少，我國與歐美、日本等發(fā)達國家相比差距較大，因此我國汽車制造業(yè)在擴大鋁合金的研究與應用方面還有很大潛力可挖。
 
　　典型的汽車鑄件及鑄造工藝
 
　　1.氣缸體
 
　　氣缸體是發(fā)動機的心臟，因此其鑄造質(zhì)量就十分關鍵，控制好就可以避免或減少汽車“心臟撞擊”的危險。氣缸體既是發(fā)動機中最大的，也是最復雜的零件。采用鋁合金代替鑄鐵制造氣缸體的最大優(yōu)點是能大大減輕發(fā)動機的重量。
 
　　早期鋁制氣缸體一般采用低壓鑄造工藝和金屬型鑄造工藝，也有少量采用砂型鑄造工藝。從近年來的趨勢看，絕大多數(shù)廠家采用高壓壓鑄工藝。目前國內(nèi)鋁合金氣缸體的鑄造方法仍是采用低壓鑄造工藝。在過去很長一段時間里，鋁氣缸體并不像鋁氣缸蓋那樣被廣泛采用，原因是鋁氣缸體的成本比鑄鐵氣缸體的成本高，且通常使用的鋁合金材料在某些性能方面(如耐磨性)也不如鑄鐵好。但隨著能源需求和環(huán)保的要求致使追求車輛輕量化成為一種觀念之后，人們才認識到采用鋁合金代替鑄鐵制造氣缸體是一種必然趨勢。同時，鋁合金材料的研究和制造技術也在不斷進步，一批性能優(yōu)異的鋁合金開始用于生產(chǎn)。另一方面，鋁鑄件制造技術的不斷進步使得大批量生產(chǎn)鋁氣缸體的成本費用也在不斷下降。目前鑄鋁氣缸體的應用已十分廣泛，在現(xiàn)代轎車中的應用已經(jīng)到了普及階段。
 
　　盡管中國的汽車鑄造工業(yè)還未能達到國際先進水平，但也興建了一些著名的鑄造廠，不過對一些常用的汽車鑄件，如氣缸體和氣缸蓋，中國仍然主要依賴進口。我國氣缸體的生產(chǎn)還未完全國產(chǎn)化，但一些主要的鑄造廠家已經(jīng)建設了較大的壓鑄生產(chǎn)線，并開發(fā)了鋁鑄件。
 
　　2.氣缸蓋
 
　　現(xiàn)代設計的轎車發(fā)動機缸蓋都是用鋁合金制造的。氣缸蓋是既復雜又很重要的鑄造零件，燃燒室、發(fā)動機的進氣管和排氣管都安裝在氣缸蓋內(nèi)。氣缸蓋在發(fā)動機中是處于高溫狀態(tài)下工作，承受較大的熱沖擊且會導致應力集中，因而，鋁合金就成了受歡迎的制品。采用鋁合金制造氣缸蓋的優(yōu)點除了重量輕以外，還有另外一個突出的優(yōu)點就是導熱性能優(yōu)良。對于轎車、輕型車的發(fā)動機來說，使用鋁合金氣缸蓋可以使發(fā)動機熱效率更好，避免氣缸蓋內(nèi)燃燒室中的零件產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。由于氣缸蓋是一種內(nèi)腔結構復雜、壁厚又不均勻的鑄件，且缸蓋內(nèi)腔還有壓力密封性要求，給鑄造工藝帶來一定困難。傳統(tǒng)上鋁氣缸蓋鑄造多采用金屬型鑄造工藝和低壓鑄造工藝，80年代以來出現(xiàn)了兩種新的鑄造工藝——氣化模鑄造和砂型低壓鑄造，特別是前者，很適于氣缸蓋、進氣管這類內(nèi)腔復雜且需要砂芯成型的鑄件。該工藝與傳統(tǒng)工藝相比有許多優(yōu)點：不分型、不起模、不使用砂芯、鑄件容易清理、鑄件表面光潔度好、尺寸精度高、適于大批量生產(chǎn)。
 
　　氣缸蓋的傳統(tǒng)鑄造方法是底注，這有利于將鋁熔體均勻地填充到模子中，而現(xiàn)在中國廣泛采用頂注，這樣可使成形鑄件更好地冷卻且更有利于直接凝固。中國的絕大多數(shù)鋁制氣缸蓋的生產(chǎn)廠家采用低壓鑄造工藝，因為這能改善金相組織和力學性能。
 
　　3.活塞
 
　　活塞是汽車發(fā)動機中燃燒室里的一個主要構件，它們的側壁容納著活塞環(huán)，相對于氣缸的內(nèi)壁形成密封。活塞對汽車發(fā)動機的能源起著決定作用。而對活塞材料的要求是：相對密度小、導熱性好，熱膨脹系數(shù)小、足夠的高溫強度和尺寸穩(wěn)定性好等等，因而它們主要用鋁合金或纖維增強的復合材料制成。鑄造鋁合金可滿足上述大部分要求，尤其是國外應用廣泛的(國內(nèi)也已使用)高硅過共晶鋁活塞合金更能滿足這些要求。目前汽車發(fā)動機活塞幾乎百分之百用鋁合金制造，鋁活塞的成型工藝主要采用的鑄造方法是重力壓鑄、低壓鑄造和液態(tài)模鍛(也稱擠壓鑄造)。液態(tài)模鍛是一種借鑒于壓力鑄造和模鍛工藝而發(fā)展起來的新型金屬成型工藝，用此工藝生產(chǎn)的鋁合金活塞在機械性能、金相組織和鑄件致密性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬型鑄造。
 
　　4.殼類零件
 
　　鑄鋁殼體類零件包括變速器殼.離合器殼、油泵殼、搖臂罩、齒輪蓋、主制動缸殼等。這些零件幾乎都是采用高壓壓鑄工藝生產(chǎn)的，采用此工藝生產(chǎn)的鋁鑄件組織致密、機械性能好、表面光潔、尺寸精確、加工余量較金屬型鑄造工藝和低壓鑄造工藝少，盡管此工藝工裝費用較高，但由于生產(chǎn)率高，對于汽車鋁鑄件的大批量生產(chǎn)來說，總的費用相對而言并不算高。齒輪箱外殼是典型的較大的復雜鑄件，其壁厚要求很薄，絕大多數(shù)鑄造廠采用壓鑄技術來生產(chǎn)，為了提高鑄件的質(zhì)量，也采用一些其它方法，諸如低速壓鑄、雙壓力—壓射沖壓鑄造以及真空鑄造。
 
　　5.進氣管
 
　　由于進氣孔結構的橫截面不規(guī)則，所以生產(chǎn)汽車用進氣管總是很困難。發(fā)動機的電子噴射和噴油技術需要更復雜的進氣管生產(chǎn)技術，這也是為何EPC技術越來越受人們青睞的原因。就進氣管而言，大卡車通常采用砂型鑄造灰色鑄鐵構件，而私車則更喜歡鋁合金構件。絕大多數(shù)生產(chǎn)方法都采用鑄造工藝，包括EPC、重力壓鑄和壓力壓鑄。
 
　　6.車輪
 
　　車輪是一種要求較高的保安零件。單從成本方面來考慮，目前仍舊是鋼制車輪較為便宜，這也是目前使用鋼制車輪較多的原因之一。隨著輕量化趨勢以及轎車產(chǎn)品整體結構的發(fā)展趨勢越來越被人們認可，鋁合金車輪的應用也不斷擴大，因為鋁制車輪具有重量輕、能減輕振動及外形美觀等優(yōu)點。據(jù)測試，鋁合金車輪與鋼制車輪相比，前者的重量可減輕30%～40%，振動可減少10%—15%。鋁合金車輪的鑄造方法主要有金屬型鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造及離心鑄造。
 
　　中國汽車用鋁鑄件的前景
 
　　目前我國汽車工業(yè)中所使用的鋁制零部件還較少，這與我國汽車工業(yè)的發(fā)展尤其是與當前轎車生產(chǎn)的發(fā)展形勢很不協(xié)調(diào)，因此，加速鋁合金材料在國產(chǎn)汽車中的研制、開發(fā)和應用具有十分重要的意義。中國汽車鋁鑄件正面臨全球能源回收、環(huán)保和較大量私車需求的挑戰(zhàn)，而鋁合金鑄件將更適合將來的這些趨勢，并能滿足越來越多的需求：
 
　　第一，現(xiàn)代化汽車正向著安全、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，而汽車輕量化是節(jié)能、節(jié)油、降低公害的最有效途徑之一。鋁鑄件能較大程度地減輕汽車自身的重量，鋁合金作為典型的輕質(zhì)材料用于制造汽車零部件的優(yōu)勢已越來越為人們所認可，因而有色鑄件由更加輕量化的鋁鑄件所代替也成為一種趨勢。
 
　　第二，鑄造精度能夠生產(chǎn)出薄壁構件，這樣鋁鑄件就能達到接近成品狀，從而簡化了生產(chǎn)工藝。而中國也開發(fā)出了新的鑄造技術，在CAM數(shù)值控制處理的基礎上采用于三維CAD鑄造技術，生產(chǎn)新的鑄造產(chǎn)品。
 
　　第三，優(yōu)良的硬度和韌性有助于確保鑄件質(zhì)量，從而增強汽車的各項功能。而在過去這些與鑄件的尺寸與大小相比都不具有足夠的吸引力。原輔材料的質(zhì)量、熔煉技術、鑄造工藝本身、鑄造設備的溫度等都較大程度地影響著鑄件的質(zhì)量，因此要進行嚴格的控制和監(jiān)管。我國的鑄造廠要將更多的重點放在鑄件的內(nèi)部結構上。
 
　　第四，將傳統(tǒng)的液態(tài)壓鑄轉換為半固態(tài)壓鑄給該工藝注入了新的活力，并綜合了固態(tài)壓鑄和液態(tài)壓鑄的優(yōu)點。中國的鑄造公司應在鑄造工藝中更多地采用這些優(yōu)良技術，將這些不同的技術綜合起來能夠大大提高鋁鑄件的質(zhì)量并拓寬它們的應用領域。
 
　　第五，鑒于中國汽車用鋁鑄件的需求按每年10%的速度增加，一些外國公司也采取了很多方法想抓住中國鋁鑄造工業(yè)的市場份額，預計這種趨勢在將來會越來越突出。一些國際汽車附件生產(chǎn)廠家已加大在中國的投資開進行集中生產(chǎn)以滿足局部的需求。
 
　　第六，除了中國是全球汽車鑄造工業(yè)的參與者外，中國還是一個低附加值產(chǎn)品(如剎車構件)的供貨商。中國生產(chǎn)的氣缸體和氣缸蓋還未得到國際市場的廣泛認可，因此中國鑄造廠家必須不斷改進技術開提高產(chǎn)品的附加值。只有通過采用先進技術來加工鑄造產(chǎn)品，中國才能逐漸進入汽車附件OEMs的市場開在真正意義上具有競爭力。