汽车中频电炉铸件的轻量化发展

    在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备重量，实现轻量化，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。汽车整备重量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6 L，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%到8%。随着环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流，汽车铸件的轻量化也成为汽车铸件的重要发展方向之一。

汽车铸件的轻量化设计

    出于中频电炉铸件整体安全系数的需要，等厚度设计是汽车铸件主要设计方法之一。然而等厚设计的主要弊端是无法充分发挥结构性能，并导致铸件重量的增加。采用CAE分析、拓扑优化等手段，对零部件进行优化设计，使零部件各个部位的应力值接近，即各个部位

的壁厚不一致，受力小的部位减薄料厚，从而减轻零件的重量。考虑到铸造成形可以实现复杂结构铸件的成形，可以实现各种不规则的异型截面。设计时，采用CAE或拓扑优化等手段，对零部件进行应力分析。根据力的分布，确定零部件的形状和具体局部的材料厚度。通过对铸件加筋、挖孔和改变截面，可使零部件的重量大大降低。

东风精密铸造有限公司对商用车支座进行优化设计前后的铸件外形对比可见铸件初始重量

为6.6 kg，其设计为典型的等厚设计。该铸件经过加筋、挖孔和变截面等一系列轻量化设计方法后，铸件重量变为3.0 kg，减重效果可达50V0以上。

轻合金汽车铸件

    使用铝镁等轻合金材料是目前各国汽车制造商的主要减重措施。铝的密度仅为钢的1/3，且有优良的耐蚀性和延展性。镁的密度更小，只有铝的2/3，在高压铸造条件流动性优异。铝和镁的比强度  （强度与质量之比）  都相当高，对减轻自重，提高燃油效率有举足轻重的作用。美国汽车业近两年竞争力提高，与其大幅度采用铝镁结构铸件和集成铸件具有密切关系。

    德国宝马公司推出的新5系列由于搭载了Z新一代镁铝复合直列六缸发动机缸体，重量较上一代减少了10kg，大幅提高了性能与油耗经济性。但是需要注意的是由于铝镁等轻合金的原材料价格要远远高于钢铁材料，限制了其在汽车工业中更广泛的应用。但是尽管原材料价格较高，目前镁、铝铸件的单车用量却连年上升。这一方面是通过技术进步弥补了成本增加，另一方面则是市场竞争迫使汽车厂商降低利润而采用更多的轻合金。然而，要使轻合金用量得到大幅度提高，降低镁铝锭的采购价格，开发先进成形技术是关

键之一。

 汽车铸件材料的高性能化

提高材料的性能，使得单位重量的零件能够承受更高的载荷，是有效降低铸件重量的方法之一。支架类结构铸件占汽车铸件相当大的比例，因而其铸件的开发也成为关注的重点之一。通过热处理等措施，使材料显微组织改变，从而提高零件的强度、刚度或韧

性，可以有效地降低零件重量。用1吨一拖二中频炉 等温淬火生产的球墨铸铁，不仅强度比普通铸钢材料有所提高，而且密度比钢要低，其密度为7.1 g／cm3，而铸钢的密度为7.8 g／cm3，是近年来广泛推荐采用的材料。采用等温淬火球墨铸铁，在铸件尺寸相同的条件下，比铸钢件轻10%。东风汽车公司在某型商用车进行了采用等温淬火球墨铸铁替代铸钢件‘的轻量化验证工作，并针对等温淬火球墨铸铁件高强度特点，对14个悬架类零件进行重新设计。表1为采用等温淬火球墨铸铁材料替代后的轻量化效果，总重量减轻近40效果显著。需要说明的是表1中的轻量化效果不仅仅是材料替代产生的，还包括轻量化设计的贡献。一般来说，汽车铸件的材料替换往往伴随着零件的轻量化设计。在铝合金和镁合金铸件方面也采用了高强、高韧的材料进行替代，在原有轻合金减重的基础上，应用高性能材料进行进一步减重，美国通用汽车公司采用高性能的AE44合金取代原有的铝合金，采用高压铸造的方法生产副车架，在铝合金减重的基础上进一步减重6kg。