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國外壓鑄技術-壓鑄在電動汽車部件結構輕量化的潛力

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國外壓鑄技術-壓鑄在電動汽車部件結構輕量化的潛力

發布日期:2019-05-24 作者: 點擊:

 

      由于技術的日新月異以及目標設定和發展趨勢,汽車開發的復雜性不斷增加。一方面是經濟上的著眼點,另一方面需要負責任地使用能源和資源,導致汽車制造商和零配件供應商的任務設定相互沖突。可以預見,這一情況將進一步變得更加嚴重。

 

 

      在這一背景下,目前沒有什么比得上電動車更能成為汽車行業的驅動力。為了使個人交通工具在未來更加環保,正在研究大量新方法,以便用電動機來取代有百年歷史的車輛內燃機。

      這不僅會對設備制造商(OEM)本身產生影響,還會影響很多供應商的產品、技術和整個商業模式。對鑄造行業同樣提出了這一問題,這一變革(演變)將帶來哪些挑戰和機遇。

用鋁壓鑄工藝制成的帶有齒圈和集成管道的變速箱外殼

 

      在電動化的第一輪狂熱后是明顯的冷靜階段。在APP和眾籌的快節奏時代,將汽車轉變為電動驅動是如此簡單,而其細節實現又是如此復雜。目前還無法下結論,哪些技術概念會得到普遍認同。另外還存在其它一些替代方案,比如燃料電池,它有時會在電子移動技術陰影下受到媒體炒作。電力-燃氣技術同樣是一個比較誘人的解決方案,但它也必須在技術和經濟性方面證明自己,并相應的具備配套的基礎設施。

 

      到目前為止唯一實現了的就是消費者的不確定感。這體現在普華永道咨詢公司最近公開的一份研究報告中。根據這一研究,僅有1%的潛在新車購買者愿意購買純電動車。這并不奇怪,因為各種新穎的,部分并不成熟的技術概念超出了客戶的理解范圍。關于成本,行使里程,充電基礎設施的可用性,尤其是電池壽命等太多問題尚未得到令人滿意的答案。在這一背景下,“消費者”這一重要因素往往被忽視。但是影響汽車購買的因素,不僅有這些客觀事實,還有人的直覺。

      關注一下媒體,我們就很清楚,比以往任何時候我們都更有必要找到新的解決方案。減少二氧化碳的排放量為當今世界最為緊迫的問題之一,全球變暖及其氣候影響正日益加劇。

      電動汽車是解決上述問題的關鍵嗎?對此有兩個重要方面需要考慮。首先純電力驅動具有更好的整體效率。但是電力僅是載體,而非能源。如果電力主要是由化石資源所產生的, 那么在二氧化碳平衡中它并不比汽油和柴油發動機具有太多優勢。從這一角度來看,能源轉型現在對于交通也具有重要意義。此外,被考慮得越來越多的不僅有車輛行駛產生的二氧化碳排放,還有在材料,半成品,產品和組件生產時的二氧化碳排放。目標是對從原材料來源到使用結束后的回收車輛生命周期進行整體考慮。將來,在車輛設計的框架內進行材料和工藝選擇時必須越來越多的考慮到這一事實。

對鑄造業的影響

 

      未來,將有多少汽車是由電力驅動,這是一個還將持續數年的無用之爭。事實是,無論未來情況如何, 產品多樣性早已發生變化。畢竟,混合及縮小尺寸如今已對被視作經典鑄件的部件產生了影響,從而使其成為電動汽車的先驅部件(圖1)。發動機和傳動系統的所有部件都受此影響。這些部件包括比如氣缸蓋,曲軸箱以及曲軸。這些部件最初變得比較小,同時承受更高的負載。但是在純電力驅動的情況下,它們最終被完全取消。這不僅對于載重考慮,同樣對于材料和生產工藝都是一大挑戰。

 

 

      汽車的所有其它部件都面臨著結構輕量化的壓力。不管是混合動力汽車還是電動汽車都必須更輕,以抵消電池增加的重量,并延長行駛里程。盡管需要對所有技術細節加以關注,但也不能忽略成本。特別是價格敏感型汽車,由于其銷量大,從而成為二氧化碳的主要排放源。

鑄件的新潛力

 

      除了電動汽車不再需要的部件外,還出現了一些新的應用部件。對于這些新的部件, 壓鑄工藝提供了實現極薄壁厚的可能。圖2展示了薄壁電池外殼和支架,它們通過冷卻通道實現電池調溫。

      另外, 電動機自身具有進一步的潛力, 同樣能夠將鑄件的其它功能和冷卻流道進行集成。圖3展示了在由蘇黎世聯邦理工學院和喬治費歇爾公司舉辦的大學生方程式設計大賽中的一個鑄造輪架示例,其中可以集成行星齒輪變速器和電機。

 

 

 

 

鑄件輕質結構解決方案

      特別是對于電動汽車,輕質結構是必須實現的。這一目標可以通過各種方式實現:結構和材料的選擇,以及加工工藝都會對產品重量產生決定性的影響。而鑄造工藝提供了使產品更輕的眾多可能性。它允許高度的設計自由度,以便將正確的材料放置在正確的位置,并有助于將多個功能集成到一個產品中。通過使用SiboDur或AluSiDur等高強度鑄造材料,可以使承重橫截面更小,從而更輕。而仿生學使得可以從給定的結構空間中識別出最合適的負載路徑,然后最經濟地在鑄件中實現。“形式追隨功能”- 在不需要的地方去除材料的藝術。

      進行了相應外形調整的轉向節同樣繼續保留在電動汽車中。表1展示了不同設計之間的比較情況。比較情況證實了,如果我們持續利用仿生學和集成的所有潛能,并擴展系統邊界,那么由含有球狀石墨的高強度鑄鐵制成的部件一定不會比鋁制部件重。每一處避免了的接口不僅減輕了重量,而且節省了加工和組裝的成本。

 

 

      鑄造還同樣使得電動汽車的車身具有輕質結構。特別是對于具有高負載和復雜形狀的區域,鑄造更具優勢。圖4以一件鋁壓鑄制成的減震支柱罩作為示例。薄壁區域與重負載傳力區域的骨位相結合,使得材料得以有效利用。通過上橫向導臂連接集成到鑄件中避免了材料加倍,從而實現了輕質結構。

 


總結和展望

      電動汽車同樣改變著汽車供應商的世界。對于鑄造廠來說,某些汽車組件消失了,但是同樣會出現新的機遇。我們需要認識這些新的挑戰,并成功實施產品解決方案。

      鑄造提供了非常廣泛的解決方案,即使在不斷變化的環境中也能為汽車零部件應用提供具有吸引力的方法。新材料,創新設計理念和現代制造工藝在未來將繼續為具有競爭力且價格合理的輕質結構提供基礎。特別應該提到的是,鑄造材料易于再循環,并因此具有持續的二氧化碳效率。

      為了能為未來為汽車提供更有價值的解決方案,需要進行更進一步的構想。具有增強特性的材料,結合最小壁厚的新產品界限將有助于繼續實現具有吸引力的,經濟的輕質結構。智能化選擇的多材料結構也可以開辟出新的可能性,根據“世界上最好的“這一理念來提出新的解決方案。


本文網址:http://cheddarpie.com/news/439.html

關鍵詞:壓鑄技術,電動車壓鑄,結構件壓鑄

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