日本“素形材”行业(包括铸造锻造粉末冶金冲压等成型毛坯)每年经过评议审定后颁发产品奖励,其中:有经济产业省大臣奖一项、制造局长奖一项、中小企业厅长官奖一项、素形材中心会长奖若干项。2009年铸造获得经济产业省大臣奖和素形材中心会长奖二项,此三项产品内容介绍如下;
(1)螺纹部位不需机械加工的铝压铸技术
(螺纹部位不用再加工的油滤清容器压铸化。开发热负荷小的用于模具的脱模剂及其相应的压铸技术,使蜡纹部位不再机械加工。)
油滤清器是确保发动机必要的油压,将对发动机磨耗有害的油泥有效的滤过掉。过去油滤清器是铁板整体制造用后丢弃的型式,按汽车部件生产工厂要求改为取下后能再利用而增加螺纹部分,为使轻量化改为用铝合金制造,为使螺纹部分不再机械加工铸出即可使用,而开发了不再机械加工的压铸制造的铝合金的油滤清器。
油滤清器的压铸件螺纹部位的壁厚差别很大,而且是圆筒型,容易产生裂纹。经过试验表明,激冷时间、螺纹的壁薄部份、滑动的长短都对产生裂纹有重要影响。激冷时间与8~10秒相比4~6秒时,凝固收缩裂纹就很少产生。为防止发生裂纹,壁厚不能少于3.7mm。经过协商调正了原设计,从而解决了裂纹问题。
油性脱模剂涂敷数量多少与压铸件制品中瓦斯量呈直线关系,涂敷量大就影响产品质量,必须控制在2cc以下的极少量的范围。
此项开发到2009年4月己生产供应多种单型使用数量达644.5万个。每个使用脱模剂数量由300cc缩减到1~2cc,不仅节省了资源、空气干燥量小也节省了空气压缩机的动力。模型的寿命长,降低了产品的模具成本、废液处理成本、再加工不需螺纹的机械加工,在降低成本、节约能源上都取得了很大的效果。
(获得2009年度日本经济产业省大臣奖)
(2)用高真空压铸法开发出耐热高强度的活塞
活塞作为发动机的重要部件,在高温疲劳强度、耐磨耗性、破坏韧性、杨氏模量、热传导、热膨胀等方面都有要求。活塞要适应汽车发动机的高效率化的要求,又不能增加重量产生负面影响。因而必须开发高温领域热疲劳强度高材质,铸造质量更好的活塞。活塞的材质是 Cu、Mg 等固溶的Al母相(α相)、Si、 Ni、Fe、Mn 等构成金属化合物的结晶复合组织。在高温环境下由于应力负荷容易在α相产生龟裂,固此提高高温强度增加的结晶必须是网络状细微分散。选用Ni作比抵抗增加率,但在重力铸造时由于结晶粗大提高强度很小,压铸时可使微细结晶均一分散提高强度的效果很大。由于压铸的急冷效果和Ni的增量,而开发出高质量、高温提高强度的活塞。
控制微细组织。使AL-Ni系金属化合物有效的达到高温强度,必须控制结晶的粗大化使其微细分布。应掌握压铸在一定的冷却速度时Ni的添加对微细组织形态的影响,以及与Ni亲和性高的Fe 、Mn量变化对微细组织的影响并进行维氏硬度测定。
提高压铸的活塞质量。压铸经常容易产生内部孔洞和夹杂物的缺陷,为确保压铸制活塞比重力铸造具有更高的质量,采用高真空压铸系统,在制品的内腔部位及滑块背部由另个系统加压,在活塞壁厚大的部位设置二次加压机构,从而使气孔率达到0.08%,远低于重力铸造平均气孔率0.25%。另外采用疑固摸拟(JSCAST)使二次加压条件{zj0}化,采用{zx1}的氧化浓度摸拟(FLOW-3D)使铸造条件和模具方案{zj0}化,为降低夹杂物创造了条件。
新开发的材料与重力铸造历来所用的材料经过试验比较;在473~573K时高温疲劳强度达到1.5倍以上,磨耗量只有1/6,杨氏模量提高16%,热膨张率降低6%。新开发的活塞在发动机台架上试验表明;摩擦力降低了4.4%,油耗降低2.2%,采用压铸工艺生产周期降低到1/3,铸造时CO量降低了约65%。
(获得素形材中心会长奖)
(3)开发缸体用CV石墨铸铁的生产技术
CV石墨铸铁与普通铸铁相比,被切削性差、铸造性、质量误差大,难以用于机械部件和批量生产部件。
要使CV石墨铸铁能更好的应用于缸体,必须要解决好材料的特性能满足铸造所需的条件、轻量化与质量都好的{zj0}设计、和确保质量稳定的工艺。
为使材料的特性能适应铸造要求的条件,添加了Cu ,Sn等合金以使被切削性硬度达到最小和{zj0}状态,球化率控制在20~40%以内。通过结构解析调正形状,使缩孔领域缩小到不出问题的水平,通过这样的铸造条件的设计反馈到确保铸造质量。控制球化率重要的是对Mg量的控制,要解决好对有效镁量的计量、有效镁量的衰减、和镁的夹杂物。
由于此项开发,CV石墨铸铁已稳定用于实际生产,现已稳定用于月产5000台以上的生产线上。 (获得素形材中心会长奖)