汽车大型复杂精铸件技术研究与应用.pdfVIP

中国铸造行业第六届高层论坛 社会责任与可持续发展 汽车大型复杂精铸件技术研究与应用   卢定全  马波  黄华龙  成江  （东风精密铸造有限公司  湖北十堰） 摘  要：本文分析了汽车大型复杂精铸件的结构设计和工艺开发难点，详尽介绍大型复杂精铸 件结构轻量化设计的设计原则和工艺制造控制要点，保证大型复杂精铸件实现稳定批量生产。 关键词：大型复杂精铸件 轻量化设计 精密铸造 汽车零部件 前言 随着国民经济发展提速，矿山、铁路、桥梁、房产等建设步伐加快，对中重型卡车要求越来越 高、需求越来越多，集中体现为发动机功率大、载货质量大、驾乘空间大、综合油耗小等“三大一 小”需求，正是这些需求引起主机企业在设计时对各种零部件装配尺寸与装配关系进行了不同程度 变化升级，直接促进了大型复杂精铸件的诞生。 所谓汽车大型复杂精铸件（又称“极端件”），具体包括汽车极端精铸件和复杂薄壁件（如表 1），这类产品功能集成较多，设计结构、制造过程和影响因素复杂，因而面临结构设计与工艺开发、 制造上的诸多难点。 表1  汽车大型复杂精铸件定义 1 大型复杂件设计开发难点分析 大型复杂件实现功能集中，将装配范围内零部件进行功能集成，用一个零件替代多个零部件， 达到产品的系列化和功能的多样化。但大型复杂件的重量、成本应比集成前多个零部件重量总和及 总成本要低，才会有竞争优势。 102 中国铸造行业第六届高层论坛 社会责任与可持续发展 另一方面，产品设计时，根据具体情况，通常 应将功能进行合理的分配，每个分功能都要有确定的 结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调的联系， 以达到总功能的实现。同时又要求有较大的空间通 过行，不影响系统或整车内其它零部件布置。因此， 大件外形力求简洁、紧凑，所占用整车布置空间要 比集成前多个零部件在整车上所围成的空间要小。 再次，由于大件集成了众多功能，任一功能失 效都会造成整个件的失效、报废，从而增加整车维修 成本。大件的使用寿命应与整车相当甚至高于整车， 因此，对大件的结构性能设计提出了更高要求。如图 1 图1  某重卡板簧组合支架失效情况 为某重卡板簧组合支架。其中，连接兜梁部位（图示红色区域）出现疲劳断裂，但连接吊耳以及转 向部位结构完好，但由于局部出现失效，从而导致整件报废，更换维修成本相当与集成前 3 个单件 （吊耳支架、转向支座、兜梁支座）的成本。 在制造工艺上，由于大型复杂件集成了众多的装配功能、使用功能，功能集中会使零件的结构 复杂、体积大、壁厚薄不均、形状不规则，易形成较多的分散孤立热节而无法通过增加单纯的补缩 通道及简单的浇注系统进行解决；另一方面，结构复杂，又易造成铸件受阻收缩，从而导致铸件尺 寸波动大，容易出现裂纹、变形等缺陷。在使用工况上，大型复杂件受多种载荷综合作用，工作环 境恶劣，因而对内在质量要求较高，尤其是关键断面不得有缩孔、气孔、砂眼及裂纹等缺陷，且不 允许进行焊补。因此，大铸件铸造难度相对很大。为保证铸件质量，避免出现缩孔、缩松、裂纹、 气孔和夹渣等缺陷，必须采取更为复杂的工艺措施。 2 大型复杂精铸件结构设计原则 在传统的设计中，由于机械产品机构的复杂性，长期以来汽车铸件主要应用经验类比设计，在 决定实际结构时，一般都取较大的安全系数，结果使得产品都是“傻”、“大”、“粗”，使材料 的潜力得不到充分发挥，产品的性能也得不到充分的把握。随着社会的发展，无论是国家有关节能 环保的要求，还是整车企业和零部件供应商降低成本的实际需要，都要求设计人员用更系统、更科 学的设计思路和方法，提高开发效率、节约原材料、降低成本和提高产品质量。 在汽车大型复杂精铸件结构设计中，运用 VA/VE 价值分析工程，从精益设计视角重新审视产 品在系统中的功能、性能，再结合以下五条经过多年摸索总结的设计原则，能实现产品重量、成本 以及品质的合理平衡。 2.1.多道防线，安全第一 安全的结构是多层设防的，在遭受破坏力时，所有抵抗外力的结构特征都在通力合作。这时候， 如果把安全的希望全部寄托在某个单一特征上