铸造铝合金零件在重型货车底盘上的应用

５结束语
图３铸造铝合金连接件
近２０年来，世界汽车工业中铝铸件的应用在不
断增加。据统计，全世界铝铸件的总产量每年大约
４．３合理使用加强筋 在需要的地方进行加强，对铸件强度影响较
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按３％以上的速度增长，而在铝铸件的总产量中，有
６０％一７０％的铝铸件应用于汽车制造。铝铸件在重 型货车上的应用目前在国内正处于起步阶段，发展
３．２轮毂
图１康迈公司铸造铝合金零件
零件能够满足承载要求。
由于铸造铝合金质量轻、强度高、散热性好、 外表美观等一系列突出的优点，重型货车轮毂也
开始使用铸造铝合金材料。与普通轮毂相比，铸
造铝合金轮毂具有散热性好，防止轮胎过热，尺寸 精度高，减少横向和纵向的振动等一系列优点。
３．３底盘的连接及承载件 铸造铝合金零件在重型货车发动机及轮毂上
铸造铝合金继承了铝元素的密度小、导电、导
热、耐腐蚀、易铸造成型等特点，加入合金后提高
了材料的强度、硬度。但铸造铝合金也存在许多 缺点，阻碍其在重型货车上的大规模应用，原因主 要有以下几方面。
３铸造铝合金在重型货车上的应用领域
采用铸造铝合金零件对于提升整车综合性能
是非常有益的，采用现代虚拟验证、模拟铸造、拓 扑优化等先进设计手段，能够很好地解决阻碍铸 造铝合金大规模应用的问题，从而使铸造铝合金
ｆｏｒ
ｗｉｄｅ ｍｎｇｅ
ｏｆ ｓｔｒａｉｎ
ｐａｇｅｓ
ｒａｔｅｓ【Ｊ】ＪＯＵＲＮＡＬ
ＤＥ
ＰＨＹｓＩＱｕＥ ＩＶ，２００３０７２４，
３８５—３９０．
［５】Ｗ．Ｂｌｅｃｋ ａｎｄ Ｐ．Ｌ邱ｕｒ，Ｍｅ鹊ｕｒｅｍｅｎｔ ０ｆ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐ—
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｂｉｅｎｔ
ｃａｒ
ｂｏｄｙ ｓｈｅｅｔ ｓｔｅｅｌｓ
铸造铝合金零件在重型货车底盘上的应用
摘要：分析铸造铝合金零件的基本性能，对阻碍其在重型货车领域大规模应用的原因进行 研究分析，详细介绍了铸造铝合金在重型货车底盘上的连接及承载的零部件上的应用，以及铸 造铝合金零部件的基本设计思路，并且对铸造铝合金在重卡底盘上的应用进行了预测。 关键词：重型货车铸造铝合金汽车轻量化 中图分类号：ｕ４６５．２＋２ 文献标识码：Ｂ
【４】Ｓ．Ｔａｎｉｍｕｍ，Ｋ．Ｍｉｎｕｒａ
ｎｉｑｕｅｓ
ｔｏ
蛐ｄ
Ｔ．Ｕｍｅｄａ，Ｎｅｗ
ｃｕｒｖｅｓ
ｔｅｓｔｉｎｇ
ａ
ｔｅｃｈ－
ｃ．对于同种材料，厚度的变化对材料应变速率 的敏感性影响很小，材料的力学性能变化不大； ｄ．材料的延伸率随应变速率的变化比较复杂，
这可能与应变速率对位错运动的热激活能和抑制
ｏｂｔａｉｎ ｔｅｎｓ订ｅ ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ
构进行替代，见图４。
接近产品最终状态时，减少机械加工。在铸 造时，可以通过型块填充模具的方法得到一定的 特殊形状，从而减少后续机械加工的工作量。避
ｆ】】肖永清．铝合金是现代汽车轻量化的首选材料［Ｊ】．铝加 工，２００５，１６４期：３６—３９． ［２】高荣新．汽车轻量化的现状与展望［Ｎ】汽车工程师，
２０１２（２）．
横梁
横向支架
料的导热性能好，抗腐蚀能力强，而铝合 金在这些方面具有非常突出的优势，所以 铸造铝合金零件率先在重型货车发动机
上得以应用。目前国外大部分先进重型 货车的发动机已经实现铝合金化，采用铝 合金的部件有气缸体、气缸盖、活塞、进
前悬支架横梁支架 发动机支架 弹簧限位支架 邮箱托架 电池托架
气歧管、散热器及一些附件的壳体和支架 等，轻量化效果可达３０％一４０％Ⅲ。全铝发动机技 术已基本成熟，在许多乘用车中已有使用。
ａｔ
ｈｉｇｎ ｓｔｍｉｎ ｍｔｅｓ ａｎｄ ｎｏｎ枷－ ＤＥ
缩颈的综合影响有关。
参考文献：
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ【Ｊ】Ｊ０ｕＲＮＡＬ
ＰＨＹｓＩＱｕＥ
ＩＶ，
２００３０７４１，ｐａｇｅｓ ４８９—４９４．
［１］马鸣图．先进汽车用钢．北京：化学工业出版社，２００７．卜
１３０
圈
（上接第１６页）
４．１
Ｋｇ降为１．８ Ｋｇ，并将两个形状复杂的冲压件合
大的并非铸件壁厚，而是铸件的加强筋，但是对于 铸件模具来说，零件上一个细小的筋就等于模具
里的一条深沟，这样容易导致模具上出现小裂纹、
前景非常乐观，相信铸造铝合金零件的应用将会成
为未来各重型货车厂家产品发展的方向。
参考文献：
不容易对模具进行保养、模具开裂或者报废等，对
零件的质量造成影响，可使用ｕ型或者是波峰结
零件在重型货车上得到应用。
ａ．抗承载能力较弱。与钢相比，铝的抗承载力 还有一定差距，即使加入合金元素提高了材料的
２们４年第９期
汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ
１５
２０１ ４审｜汔车轻｜挫技赢亘晤毓讨会论文毫辑
铸造铝合金零件在重型货车上的应 用领域大致可以分为发动机、轮毂、底盘 的连接及承载件三个方面。
３．１发动机 发动机的气缸体和气缸盖均要求材
■
陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院
张捷刘丽丽罗强国
ｌ前言
节能、环保早已成为当今汽车技术的发展方 向，车辆质量指标对节能、环保有着重要的影响，
强度与硬度，但在汽车的一些关键受力部件上，铝 合金仍然不篚代替钢材。２０Ｄ５年奥追公司面市的 所谓全铝合金轿车，仍然装备了钢材底盘Ⅲ。
ｂ．加工难度大。由于铝导热性能良好，铝板在
减轻车辆质量可以有效地提升车辆的环保性能。
铝合金是应用较早且技术成熟的轻量化材料，它
焊接时需要用相当于钢板焊接时５倍的电流消耗 量来熔化它，铸造出的铝合金零件不能焊接。另 外，在防腐处理和喷漆工艺上，铝材都有自己的特
殊要求，与众不同。 ｃ．成本高。由于生产技术的局限性及加工流
在汽车上的用量呈持续增长的趋势。但由于成本
４．１铝制铸件的壁厚选择 经过反复试验与比对，铸造铝合金的性能特
合金研究处于领先水平，铸造工艺先进，也是最早 将铸造铝合金应用在重型货车底盘的连接及承载
零部件上的地区，目前使用铸造铝合金的零件包括
车架横梁及大部分底盘支架，主要采用普通铸造及 加压铸造工艺。康迈公司铸造铝合金零件见图１。 欧洲重型货车厂家近年新推出的车型中，底
盘的连接及承载的零部件也开始有铸造铝合金零
性比钢铁材质铸件质量轻４０％，铝制铸件的壁厚一 般不小于９ ｍｍ时铸件性能稳定，成品率高。
４．２集成设计 为了应对铸造铝合金零件成本高的缺点，同时
件的使用，说明欧洲重型货车正在对铸造铝合金 零件的应用领域进行拓宽，ｖｏｌｖｏ公司展出的最新 车型尿素箱支架见图２，该支架使用的铸造铝合金
零件，结构简单易于成型且通用性强，用于支撑塑
发挥铝合金零件质量轻的优点，在设计零件时应尽
可能将周围零件进行集成，这样既可以减轻整车质
量，又可以减低零件成本，图３所示为美国康迈公司
设计生产的铸造铝合金连接件，其质量由原有的 （下转第２１页）
料材质尿素箱，尿素箱自重较轻，使用铸造铝合金
１６｛汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ
和超载的因素．国内重型货车铝合金的用量比较 少。随着我国治理超载力度的加大，客户对重型
货车轻量化的需求会越来越强烈，铝合金在重型 货车上的应用会越来越多。
程的特殊性，每个加工流程都必须严格管控，铸造 铝合金零件的成本大约是普通铸铁件的五倍以 上，这给以低成本抢占市场的国内重型货车企业
带来不小冲击。
２阻碍铸造铝合金大规模应用的原因
圈
汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ
２０１４年第９期
『２１
２０１４年第９期
不随应变速率的变化而改变； ｂ．双相钢的强度性能（屈服强度和抗拉强度）
【２］马鸣图．吴宝榕．双相钢一物理和力学冶金［Ｍ】．第２版一Ｅ
京：冶金工业出版社．２００９．
均随应变速率的增加而增加，而由于应变速率的
增加而引起的流变应力增加的百分数随双相钢的 强度增加而减小；
【３】田成达，李大永，彭颖红，汪晨．Ｄｆｙ７８０高强钢板动态变 形力学行为研究．塑性工程学报．
图２ ＶｏＩｖｏ公司最新产品尿素箱支架
的应用已经比较成熟，目前铸造铝合金零件的应用
趋势正在向更广泛的领域发展，铸造铝合金零件已
４铸造铝合金支架的设计思路
分析表明，铝合金零件成本的占比主要是材
在重型货车底盘的连接及承载零部件上使用。
北美地区车型轻量化设计进行得较早，铸造铝
料４０％一５０％，铸造成本２０％一４０％，热处理５％一 １０％，机械加工２０％～５０％。降低零件成本主要以 节省材料、优化铸造工艺、降低机加工量为主。
并为一个铸件，节省物流、管理及安装时间，极大地 提高了生产效率和使用成本，这样可以冲抵铝合金
铸件成本增长带来的不利影响，这也是铸造铝合金 零件设计的重要的思路与发展方向。
图４使用Ｕ型或者是波峰结构替代加强筋
免设计减重孔，减重孔会导致应力集中，从壁厚处 减轻质量，尽量避免“工”形出现，将筋条结构向零 件外部转移。