通用汽車再發(fā)力輕量化技術(shù) 推出鎂合金立式擠壓鑄造機

位于上海的通用汽車中國公司前沿技術(shù)中心日前對外宣布了其鎂合金立式擠壓鑄造(VSC)機器已經(jīng)可以用于實際生產(chǎn)中，打造該機器的目的是為了研發(fā)全新的鎂合金鑄件。通用公司還提到，這款立式擠壓鑄造機器的出現(xiàn)，標志著輕量化材料領(lǐng)域有了重大突破。

擠壓鑄造工藝中，熔融狀態(tài)下的金屬材料在最小的湍流擾動條件下被引入鑄造模腔，然后在高壓(通常高于100兆帕)和封閉模具條件下固化成型。熔融金屬由于有效地降低了液態(tài)湍流，而且采用較高的作用壓力，能夠最大程度上降低鑄造件上氣孔的出現(xiàn)。目前汽車上使用的絕大多數(shù)鎂合金壓模鑄件都是通過冷室壓鑄工藝生產(chǎn)的，在該工藝流程中，熔融金屬鎂首先被注入噴射氣缸中，然后利用一個活塞把液態(tài)金屬以5到10米/秒的速度注射到模腔中，最后在35到140兆帕的高壓下，金屬固化形成所需的鑄造零部件。

典型的鑄造零部件包括儀表板橫梁、散熱器支架、發(fā)動機架、座椅構(gòu)架、發(fā)動機缸體、變速箱以及油底殼。圖2(a)是第一款大尺寸整體式壓模鑄造鎂合金儀表板橫梁，由通用公司在1996年應(yīng)用在全尺寸廂式貨車Savana和雪佛萊Express上。這款12.3公斤重的儀表板橫梁公稱厚度為4毫米，在當時是全世界最大的鎂合金壓模鑄造件，與選用鋼鐵作為原料的相同零部件相比，重量降低了32%；防撞性能和減震性能也獲得了大幅度提升；得益于部件整合在一起的設(shè)計(鎂合金產(chǎn)品含有25個部件，鋼鐵產(chǎn)品67個部件)，生產(chǎn)成本也得到了降低。最近十年日趨完善的鎂合金壓模鑄造技術(shù)幫助通用公司實現(xiàn)了更加高效的儀表板設(shè)計，現(xiàn)在能夠整合在一起的部件數(shù)量更多，降低的重量達到了40%到45%。圖2(b)展示的為別克LaCrosse上使用的鎂合金儀表板橫梁，重量6.9公斤。

雖然較高的生產(chǎn)率得到保障，但是傳統(tǒng)的鎂合金或鋁合金高壓壓模鑄造工藝存在一個很大的缺點，那就是高速噴射熔融金屬過程生成的滯留氣會最終導致鑄造件的高空隙率。而擠壓鑄造除了可以最大程度上阻止湍流的出現(xiàn)，還能夠通過利用熔融金屬過熱量的絕對最小值來降低鑄造件的空隙率。熔融金屬往往需要較高的鑄造溫度，但液態(tài)金屬并不是模具填充所必須的，因為高壓也能讓金屬發(fā)生形變，所以擠壓鑄造是一種可實現(xiàn)的鑄造工藝。大斷面部件的鑄造過程中，孔隙出現(xiàn)的概率會增大，這時在作用壓力下液態(tài)或半液態(tài)金屬從熱點注入已存在的氣孔中以防止氣泡進一步膨脹。擁有較大凝固范圍的合金可調(diào)節(jié)性較強，這樣在較低的作用壓力下就能夠制造出致密鑄造件。

通用公司聲稱通過在生產(chǎn)工藝中應(yīng)用較高的擠注壓力，立式積壓鑄造系統(tǒng)有效提高了鑄造一體化水平；更重要的是，全密封的鎂合金熔化和傳輸系統(tǒng)大幅度提高了鑄造件的性能表現(xiàn)和質(zhì)量，因為熔融金屬表面基本上完全與空氣隔絕，防止了氧化物產(chǎn)生造成的合金純度下降。擠壓鑄造的另一優(yōu)勢為可以使用鑄造件代替鍛造件，從而節(jié)約成本；推廣鎂合金材料的目的不僅是為了滿足消費者更低花銷、更高燃油經(jīng)濟性、更優(yōu)異性能的需要，更是為了更好地利用中國范圍內(nèi)材料鎂實用性高的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，中國的金屬鎂出口量占全球總量的80%。

金屬鎂的密度比鋁更輕，因此可以進一步提高汽車的燃油經(jīng)濟性，通用公司全新的鑄造技術(shù)讓使用鎂作為原材料加工生產(chǎn)汽車零部件變得更加方便。在汽車材料領(lǐng)域中，鎂合金是迄今為止能夠大批量生產(chǎn)的密度最低金屬材料；和鋁合金材料相比，選用鎂合金的相同尺寸零部件重量要輕30%，而早先的研究顯示：汽車的重量每降低150公斤，燃油經(jīng)濟性將提高7%。

立式擠壓鑄造機器的設(shè)計研發(fā)是由美國底特律和中國上海的通用輕量化材料研發(fā)團隊共同完成的，該機器放置在前沿技術(shù)中心內(nèi)的微型鑄造和成型實驗室中；前沿技術(shù)中心還擁有機械試驗設(shè)備、微結(jié)構(gòu)分析、金屬學、電化學等實驗室，同樣致力于研發(fā)高性價比的輕量化技術(shù)。2013年5月，通用公司與泛亞汽車技術(shù)中心就憑借成功研發(fā)并大批量生產(chǎn)的鎂合金強化行李箱蓋獲得了2013年國際鎂協(xié)會優(yōu)秀獎。