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最新汽车瘦身术:中空铸造、伞状压花与Al线束 已有1人参与
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通过中空一体铸造减重4成 KOIWAI（总部：神奈川县秦野市）开发出了有利于减轻汽车及摩托车等配备的长1m左右的大型部件重量的铸造技术。此次该公司展出了重量比原来减轻4成的摩托车油箱框架. 这种油箱框架是中空、一体成型的铝（Al）合金大型铸造件，厚度只有2.5mm。另外，生产时间为180秒，可作为量产工艺使用。该公司专务董事小岩井修二表示“拥有可量产这么薄的中空大型部件的铸造技术的，全球目前还只有我们公司”。 新油箱框架虽然薄，但保持了刚性。因为这是中空形状（截面为“口”字形）且一体成型（没有接缝）的成形品。原来的油箱框架由6个部件接合而成（图7）。具体而言，使用4个“コ”字形铸件和2个金属板冲压件，焊接制成油箱框架。需要进一步提高刚性的中央部分是用金属板冲压件盖住铸件开口部分以形成封闭截面而制成的。不过，“由于采用的是焊接工艺，为确保足够的刚性，需要将壁厚增至3.5～4mm”. 利用RP技术制造中空砂芯 在加工新油箱框架上最为关键的技术是“3D砂型层叠工艺”，该技术用来制造复杂形状的砂型砂芯。KOIWAI利于基于RP（快速成型）技术的层叠装置来制造油箱框架的中空部分。 材料采用的是涂布有硬化剂的铸砂，从喷墨方式的喷头向铸砂上喷射树脂。硬化剂与树脂像双液性粘合剂那样发生反应，然后凝固。利用这种特征，只向希望凝固的部位喷射树脂以制成所需要的形状。具体操作流程是， 薄薄地铺一层铸砂，然后喷射树脂，并反复重复同一工序。这样，去除掉未喷射树脂的那部分铸砂，就形成了砂芯。制造时间不足10小时。由于是一体成形，强度也很出色。 此外，也有不使用3D砂型层叠工法而使用分割砂芯的方法，但这种方法的缺点是强度低。另外，不能制造中空的砂芯。实际上，用于成型新油箱框架的砂芯本身也变成中空。因此，砂芯中所含的树脂用量很少。树脂在铸造时受热而气化，有可能造成铸造缺陷，而利用3D砂型层叠工法制造的中空砂芯还有减少铸造缺陷的效果。 铸造机是由KOIWAI结合低压铸造和真空铸造开发出来的。在模具内，通过完美配合低压铸造挤压熔融金属的作用力和真空铸造拉伸熔融金属的作用力，从而使熔融金属也能够渗透到薄壁部分。模具的温度调低至150℃，提高了成型品的强度。因为“模具温度低，熔融金属就会迅速凝固，因此组织变密，伸展性提高”（小岩井）。 设备和模具的价格也很低。“普通压铸机价格为7亿日元，模具为1亿～2亿日元，而我们公司的铸造机为1亿日元左右，模具为8000万日元左右”（小岩井）。 KOIWAI还展出了汽车的前悬架（副车架）（图8）。这也是中空一体成型的大型Al合金制品，壁厚为2.5mm。重量为8.8kg，用铜板冲压件焊接而成的现有车架为15.5kg，新车架比现有车架减轻约45％。小岩井表示，还可以进一步提高刚性，可以将壁厚降至2.0mm。这样也就意味着还能够进一步减轻汽车重量。 另外，摩托车用前悬架和汽车用前悬架的价格“都跟原来一样”. 利用“伞”状压花减轻3成 深井制作所（总部：栃木县足利市）展出了用于减轻金属板冲压件的压花金属板。在压花的形状上下了工夫。压花通常是球面的一部分，而该公司的压花“蜂窝压花”从正上方看呈正六角形，连接对角的线呈圆弧状。这种形状比喻成在6根骨架上铺一层布制成的“伞”状比较形象。压花的尺寸方面，相互平行的边的距离（对边）为13mm，压花的高度（深度）为2mm。 通过实施伞状压花，金属板刚性提高3成。这有利于减轻汽车重量。比如，如果用新型压花金属板来制造与厚0.5mm的金属板（无压花的普通金属板）冲压件相同刚性的部件，可以将厚度降至0.35mm。也就是说，使重量减轻3成。 深井制作所还公布了在汽车中应用的实例。比如，铃木新款“雨燕”汽车中所采用的隔热板（图9）。隔热板夹在了消音器与油箱之间。是用厚0.5mm的Al合金压花金属板加工而成的。有趣的是，雨燕原来使用非压花金属板的隔热板的厚度也是0.5mm。也就是说，没有充分发挥通过减小厚度能减轻重量的新压花金属板的优势。可能是初次采用，为慎重起见，未决定改变板厚。 采用伞状压花还有利于降低成本。虽然利用冲压机和辊轧成形加工压花需要费用，但由于厚度变薄，因此材料费也随之减少。据深井制作所的解说员介绍，“希望由此将成本降低15％”。 利用Al线束减轻4成 住友电装（总部：三重县四日市市）展出了汽车用轻量线束（图10）。通过将导体由铜（Cu）换成比重小的Al合金减轻了重量。这些线束已在丰田的“Ractis”上采用，重量比原来的线束“减轻了4成”（住友电装的解说员）。 因为每吨Al的价格大约是Cu的约1/3，因此材料费更加便宜。面临的课题是端子部分的加工。与Cu相比，Al不容易变形，Al导体与端子难以紧密接合。因此，在端子内面（与Al导体的接合面）形成凹凸状把柄，利用压接机使其铆接Al导体，从而提高了紧密性。 另外还实施了耐腐蚀措施。端子是在Cu上镀锡（Sn）制成的。镀层剥落后，作为端子基材的Cu和Al导体连接且两种材料之间夹有水分的话，Al就会变成离子而溶解到水中。因此，通过在端子与导体的接合部分覆盖树脂管进行压接，提高了防水性。 先固定接头插入孔再焊接 通快（Trumpf）日本（总部：横浜市）针对金属部件接合，研究出了更加简单的焊接方法。能够在保持接合力的同时，省去法兰。 首先在一块部材上设置接头，并在另一个部材上开孔。然后，将接头插入孔中，临时固定部材，在这种状态下进行普通的焊接。通快将接头垂直插入孔的方法叫做“K-Joint”，而将接头斜插入孔的方法叫做“ Interlock Joint”（图11）。 原来是在其中一块部材上设置法兰，然后将两块部材合在一起进行焊接。新焊接方法可以省去法兰，因此能够减轻汽车重量并提高设计的自由度。另外，也不需要临时固定部材的夹具。据通快介绍，目前已采用新型焊接方法制造了电动汽车用地板。 |
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liqi_sywj
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2楼2014-07-23 00:11:20
