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截止到 2018 年,我国汽车产销量已到达 2 800万辆,如图 1 所示。我国汽车的庞大市场需求,会使得汽车铸件的需求大幅度增加。每辆车上大约有 15%~20%的零部件为铸件,我国汽车铸件年产量约为 2 000 万 t。我国 ADI 年产量大约 20 万 t,但作为汽车零件材料较少,欧美 ADI 产量的 45%都用于汽车零件。
2.1 ADI 汽车底盘悬挂件
东风汽车集团有限公司在 2011 年对汽车底盘悬挂件进行轻量化设计,使用 ADI 铸件代替传统铸钢件,从控制铁液化学成分开始,严格控制铸造与热处理工艺,使得 ADI 铸件力学性能稳定达到 ASTM A897/A879M—2006《等温淬火球墨铸铁》标准的 1 050-750-7 等级要求,如表 3 所示[10],通过试验考核,满足设计要求。由于 ADI 特殊的轻质高强度特性,减少了零件壁厚,使得零件质量减少了 39.6%,共减轻质量 249.96 kg,大幅度降低了生产成本与汽车油耗,如图 2 所示。2.2 ADI 齿轮东风商用车有限公司铸造二厂采用 ADI 材料生产康明斯 B 系列发动机的齿轮,通过与锻钢制造的齿轮相比,可以有效减少成本,降低发动机的噪声,提高发动机的质量,同时又缩短了生产周期。该公司在此基础上扩大了产品范围,每辆车 ADI 件数量达到了 32 件。不仅减重效果好,还提高了使用安全系数。
一汽铸造有限公司对 ADI 进行了深入的研究,并大量使用在汽车零件中。早在上世纪七十年代,与郑州机械研究所共同开发了 ADI 螺旋伞齿轮。与传统精铸齿轮对比,ADI 螺旋齿轮较好地通过了 20 万 km 的试验,且磨损较小。
2.3 ADI 曲轴曲轴的工作环境恶劣,对曲轴的材料在性能上有很高的要求,需要很高的疲劳强度、刚度与耐磨性。随着柴油发动机的马力日益增大,对曲轴、塑性、疲劳强度要求越来越高,一汽铸造有限公司充分利用了 ADI 材料高强度、高塑性和高疲劳强度的特点,开发了 ADI 曲轴[13]。ADI 曲轴比传统锻钢材料曲轴质量更加可靠,且使用寿命大幅增加,同时进行了 ADI 曲轴圆角滚压工艺实验。对比试验结果可知,对 ADI 曲轴进行圆角滚压工艺,可以进一步提高曲轴的疲劳强度,通过对 ADI 材料采取圆角滚压工艺,可以大幅提高曲轴的使用寿命。
2.4 ADI 钢板弹簧板座
南京航空航天大学与南京光英炉业有限公司合作开发了 ADI 汽车钢板弹簧板座。通过对热处理工艺中不同等温温度和时间进行对比,确定了最优的热处理工艺:奥氏体加热温度为 900℃保温 30 min,等温淬火温度为 340 ℃保温 60min,最终生产的钢板弹簧板座硬度为 310~380HBS,抗拉强度大于 1 000 MPa,伸长率 5%。
2.5 其他 ADI 铸件
河南欧迪艾铸造有限公司是国内专业生产ADI 铸件的企业,目前具备 2 万多吨 ADI 铸件的年生产能力,形成了以 ADI 汽车零部件为主导,积极拓宽 ADI 材料其他应用的产品结构形式。主要产品有重卡汽车板簧支架系列、客车独立悬架系列及电动公交车悬架零部件等。
此外,ADI 材料可以制造汽车高强度与高耐磨的零件,如导向板、各类底盘支架、连杆、活塞、变速箱输出轴、悬挂控制臂、差速十字轴及吊车托臂等。
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