技术资料——模具行业从业者必备知识手册

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铝合金铸件在汽车上的应用

目录
一.概述

二.铝合金在汽车上的广泛应用

三.铝生产工艺

一.概述
国外汽车自重的演变

| 1975 | 2005 | 2007 | 2015 | 1975-2007变化
软钢 | 2,180 | 1,751 | 1,748 | 1,314 | －432
高强度钢 | 140 | 324 | 334 | 315 | 194
先进高强度钢 | -- | 111 | 149 | 403 | 149
其它钢材 | 65 | 76 | 76 | 77 | 11
铸铁 | 585 | 290 | 284 | 244 | －301
铝合金 | 84 | 307 | 327 | 374 | 240
镁合金 | -- | 9 | 9 | 22 | 9
其它金属 | 120 | 150 | 149 | 145 | 29
塑料/复合材料 | 180 | 335 | 340 | 364 | 160
其它材料 | 546 | 629 | 634 | 650 | 88
合计 | 3,900 | 3,982 | 4,050 | 3,908* | 150
北美轻型车材料构成变化趋势

近20 年来，世界汽车工业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按3%以上的速度增长，而在铝铸件的总产量中，有60% ～ 70%的铝铸件应用于汽车制造。在汽车工业发达国家,汽车用铝铸件占到各类铝铸件产量的大半. 例如日本,铝铸件的76 %. 压铸件的77 %为汽车铸件.
全球轻型汽车的铝含量( 在整车质量中的比例)

为什么是铝？
减重: 关键零件减重达40%
高强度: 高强度和能量吸收
可循环性：近90%
的汽车用铝可进行循环利用
适用性：高导热和高导电
耐腐性：铝氧化层防止腐蚀
卓越的成形性：出色的表面质量，锐利造型

汽车铝材用量的增加所带来的效益主要体现在以下几方面：
（1）促进汽车轻量化，节能降耗，有利环保
对于1300kg重的轿车，若其重量下降10%，其燃料消耗可降低8%，或者说每行驶100km，就可节省0.7kg汽油。
（2）铝合金零部件可回收再利用，进一步节约能源
通常铝合金的回收率不低于85%，有60%的汽车用铝合金来自回收的废旧料，至2010年，这一数值已上升至95%左右。
（3）增加抗蚀性，延长使用寿命
铝及铝合金在常温自然条件下可在表面生成一层致密的氧化膜，其耐蚀性、耐氧化性能大大高于钢铁材料。同时，铝合金具有优良的表面处理性能，适合于氧化着色、喷粉、涂漆等多种表面处理工艺。
（4）有助于提高汽车行驶的平衡性和安全性
使用铝合金车轮可使震动变小，从而可以使用更轻的反弹缓冲器；另外，由于使用铝合金材料是在不减少汽车容积的情况下减轻汽车自重，因而使汽车更稳定，在受到冲击时铝合金结构能吸收、分散更多的能量，因而更加安全和舒适。

德国莱菲尔德轮毂旋压机与制造的轮毂
铝合金汽车发动机缸体
二.铝合金铸件在汽车上的典型应用

德国KS Stag2009 年用低压压铸工艺生产的高技术乘人汽车
变速器壳，将批量装备2013 型的两款汽车
德国基兹根弗兰肯古斯公司( Franken
Guss Kitzingen) 用Poral-Guss 工艺铸造的
高应力零件，具有很好的力学性能

铝合金车身减重
铝合金在车身中的应用越来越广泛

铝合金在车身减重方面的优异表现：
• Hood: -7.6kg
• Fender: -2.4kg
• Doors: -23.7kg
• Trunk lid: -6.2kg
• Roof: -4.2kg
• Structure & others: -96kg

如上示例，相比于钢制白车身，全铝车身可减重约140kg
相比于钢制车身减重40%
10%的车身减重相当于降低6~8%油耗

Jaguar XJ
BiW Aluminum Content :88 %
BiW weight (incl. closures) : 324 Kg
结构件和覆盖件均采用铝板冲压零件，比同级车减轻100公斤以上
结构件用铝合金良好的轴向溃缩性和优异的吸能性有利于提高了安全性。

汽车用铝合金部件汇总

三.铝合金铸造工艺
压力铸造简称压铸，在一定压力作用下使熔体填充型腔，铸件组织致密、力学性能高、尺寸精密、加工余量小等。根据压力高低可大体分为低压铸造与高压铸造两类。
目前几乎全部轿车变速器壳、离合器壳、水泵壳、化油器壳、转向机壳等都为铝合金压铸件。
铝合金压铸件生产工艺流程示意图
压力铸造

国内外铝缸体采用低压铸造生产方法一览表
低压铸造是铝液在很低的压力（约30 kPa），由
下而上充填型腔。
该法的主要优缺点：
1）铸造材料利用率非常高，可以大幅度降低材料费和加工费。
2）容易形成方向性凝固，内部缺陷少，可以获得完美铸件。
3）可以使用砂芯。
4）缺点是生产周期长，生产率低，虽充型时间一般仅需10 s ～15 s，但保压时间则需3 min～6 min，整个生产循环达10 min
～11 min。

金属型铸造
金属型重力铸造工艺特点是将液体金属用重力浇注法浇入金属型形成铸件，铸件品位比铝合金砂型铸造好，是生产较高质量铸件的传统方法。美国福特汽车公司1998 年在俄亥俄州Brood Park Ohio 耗资9 900 万＄建成一个铝铸件厂，采用金属型重力铸造方法，生产铝缸体和铝气缸盖。此外美国通用汽车公司也采用金属型重力铸造方法生产V8 铝缸体。

金属型低压铸造是介于金属型铸造和压铸之间的一种工艺，铝熔体在压力作用下沿升液管从设在底部的一二个浇口填充型腔，并从远离浇口的地方开始凝固，逐步向浇口扩展。

低压铸造时铝熔体的利用率比金属型铸造的高得多，可达85% ～ 90%，而金属型铸造仅40% ～60%，且产品的力学性能较高，致密性也更好，不过它的废品率较高，生产过程也复杂一些。

金属型低压铸造、压铸及金属型铸造法的工艺参数及特性比较

Cosworth铸造法、气化模铸造
气化模铸造工艺流程图
科斯沃思铸造法工艺流程图

谢谢！

结构图解

来源：模极社资料/压铸件资料合集/铝合金压铸件在汽车上的应用.pptx

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铝合金铸件在汽车上的应用

三.铝生产工艺

一.概述 国外汽车自重的演变

为什么是铝？ 减重: 关键零件减重达40% 高强度: 高强度和能量吸收 可循环性：近90% 的汽车用铝可进行循环利用 适用性：高导热和高导电 耐腐性：铝氧化层防止腐蚀 卓越的成形性：出色的表面质量，锐利造型

德国莱菲尔德轮毂旋压机与制造的轮毂 铝合金汽车发动机缸体 二.铝合金铸件在汽车上的典型应用

德国KS Stag2009 年用低压压铸工艺生产的高技术乘人汽车 变速器壳，将批量装备2013 型的两款汽车 德国基兹根弗兰肯古斯公司( Franken Guss Kitzingen) 用Poral-Guss 工艺铸造的 高应力零件，具有很好的力学性能

如上示例，相比于钢制白车身，全铝车身可减重约140kg 相比于钢制车身减重40% 10%的车身减重相当于降低6~8%油耗

Jaguar XJ BiW Aluminum Content :88 % BiW weight (incl. closures) : 324 Kg 结构件和覆盖件均采用铝板冲压零件，比同级车减轻100公斤以上 结构件用铝合金良好的轴向溃缩性和优异的吸能性有利于提高了安全性。