2025

汽車鑄件及其鑄造技術發展趨勢

作者：

丁以剛

汽車工業是鑄造產業的主要服務對象，從技術角度說，鑄造工藝幾乎可以提供任何形式、結構、尺寸的汽車零件。基于此，在我國汽車工業飛速發展的當下，更應該重視汽車零部件鑄造工藝的發展。近些年，汽車鑄件的發展主要體現在以下幾個方面：

1、集成化。汽車鑄件的集成化是指利用鑄造成形的優勢,將傳統生產工藝中的沖壓、焊接、鍛造以及鑄造等工藝通過合理的設計實現結構的優化,最終實現集成零件的鑄造成形。集成化的生產模式不僅可以提高鑄件的質量,減少必要的加工生產流程,同時可以降低鑄件的生產成本，提高汽車鑄件生產制造的經濟性。例如,直接在橋殼上鑄造半軸套管一體化的橋殼鑄件，代替焊接橋殼。隨著大噸位壓鑄機的出現，汽車鑄件的集成化工藝在有色合金鑄件方面的發展優勢更加明顯，有色合金集成鑄件尺寸明顯大于黑色鑄件，如特斯拉一體化壓鑄車身。

2、輕量化。輕量化是汽車生產的趨勢之一,降低車輛的整體質量,對于提升汽車動力性能,減少燃料消耗具有積極作用，同時也可以減少汽車污染的排放,對生態文化的建設具有一定的推動作用,其中汽車鑄件的輕量化是汽車輕量化的主要途徑之一。

首先,針對汽車鑄件的輕量化設計,需要滿足鑄件整體安全系數的需求,在進行鑄件的輕量化設計的過程中,技術人員需要使用 CAE、拓撲優化等技術,對鑄件進行優化設計需要保證鑄件各個部位的應力值相近,每個部位的壁厚需要具有一定差異,實現各種不規則的異型截面。因此在設計時,設計人員需要對鑄件進行應力分析,并根據力的分布,確定鑄件的具體形狀以及各部分的材料厚度。

其次,使用輕合金作為材料制作汽車鑄件也是降低鑄件質量的主要措施,常見的輕合金由鋁、鎂等,其中鋁的密度約為鋼的三分之一,具有較強的耐腐蝕性和延展性，而鎂的密度更小,在高壓的鑄造條件下,具有較高的流動性,由于鎂和鋁強度和質量之比較高,可以有效減輕鑄件的重量,但是由于鋁鎂等輕合金的造價遠遠高于鋼鐵材料,導致該項鑄造工藝很難大規模的普及應用。

最后,強化鑄造材料的性能,讓單位重量的鑄件可以承受更大的負荷,也是目前生產中常用的方式之一。汽車鑄件中支架類的結構鑄件占比較大,因此,該類型的鑄件也是技術應用研發的重點之一,通過技術創新改變材料的顯微組織,實現提高鑄件強度、剛度以及韌性的目的,從而降低鑄件的質量。現階段通過合金化手段可在鑄態條件下實現高強高韌球墨鑄鐵，相比于傳統球墨鑄鐵材質,在強度和韌性上均有較大的提升。

3、數字化。汽車鑄件的數字化鑄造是指應用數字技術提升鑄造水平,數字技術在使用過程中可以縮短鑄件設計的周期和試制周期。目前,數字技術已經被廣泛應用到汽車生產工藝中，在進行鑄件結構設計以及鑄造工藝的設計選擇時,使用 Pro/E、UG等三維設計軟件,可以提升設計環節的準確性,實現無紙化設計,而 ProCAST 以及華鑄CAE等軟件已經被應用在汽車鑄件的設計模擬方面，可以對鑄件的凝固過程、顯微組織、材料成分以及材質性能等方面進行模擬,從而保證汽車鑄件的設計和技術工藝具有較高的可行性。從汽車鑄件的發展情況來看,數字化技術已經貫穿鑄件設計、開發、試制、生產的各個環節,不僅提升了鑄件的設計開發速度,同時也可以降低傳統鑄造工藝存在的弊端。

汽車行業的快速發展,要求汽車朝著高質量、高性能、輕量化、集成化、低消耗、低成本的方向發展。國內汽車鑄件鑄造技術未來發展方向包括：

1、以新型材料為突破口，基于“節能、減材、低耗、提質”的原則優化汽車零部件鑄造工藝，前期以定向實驗及相關課題方式展開探索。當前中國汽車零部件鑄造過程中主要采用球化劑為添加劑，用于改善鑄造材料的性能，缺陷是生產環境惡劣、對生態不友好。在我國開啟“汽車量產化”的時代背景下，用內球化法取代球化劑，應用在球墨鑄鐵件的流水線生產上，可以有效解決以上問題。

2、以鑄造工藝為著力點，顯著提升汽車零部件鑄造的綜合性能。此舉旨在解決汽車零部件鑄件表面光潔度不足、尺寸精度誤差大的缺陷，重點鑄造工藝改進包括離心鑄造、壓鑄等。

3、積極展開表面改性處理工藝的研發，如高頻淬火、激光表面處理等，可以有效提高車輛零部件的耐磨性、耐疲性，將引領汽車經典零部件實現質的飛躍。

4、探索合成材料在鑄造成形工藝中的應用，汽車零部件鑄造不單單是鑄造產業“分內之事”，也涉及到冶金、加工、材料等領域。從發展趨勢看，車輛零部件鑄造過程中對合成材料的應用越來越多，對于鑄件減重、成本節約等具有積極意義。