最大的设计自由度

新铸造工艺提供了多种可能

凭借新开发的铸造工艺,科尔本施密特华域铝技术有限公司阔步迈入市场。公司为位于广德的中国新工厂研发了一种工艺流程,特别适用于非常复杂的发动机缸体结构和电动机壳体。

该工艺现已在内卡苏姆试验铸造厂达到批量生产的成熟度。在研发主管克里斯蒂安·科林莫施博士(Dr. Christian Klimesch)和工艺工程师鲁德格·乌尔汉恩(Ludger Urhahn)的带领下,专家们结合了不同铸造工艺的优势,研发出高质量、耐用的汽缸曲轴箱,并可在相对较短的循环时间内完成铸造。

这一新型高科技砂模铸造解决方案目前正在浇铸了灰口​铸铁轴承衬的四缸直列式发动机上进行测试。所用的轴承衬浇铸在气缸盖上几毫米处,这样可避免铣刀在随后的加工过程中行经不同的材料。这种构造形状无法在传统的低压冷铸中实现。

对于科林莫施而言,这一工艺并非全新的领域,“广德的中国工厂用同样的工艺流程为已投放中国市场的一款电动汽车生产电动机壳体。”内卡苏姆负责研发,研发成果此后转移至位于上海西部约300公里处的中国工厂。

这一曲轴箱铸造工艺进一步研发所面临的挑战之一在于:系统对轴承衬在沙子中的定位要求非常高。衬套应先在冷却状态下精确定位在包装内约22个砂芯的正中,然后在完全组装的芯包中加热。此处还须考虑衬套的热膨胀。

除此之外,轴承座区域在发动机运转过程中承载主要负荷,因此须在该区域内加入冷却铁。由于无法像冷铸那样主动冷却,因此必须通过冷却铁的质量来控制所需的散热量。通过这种方式,我们既可以实现非常高的强度,也能保证成品模块的高延展率。这也正是发动机制造商对新一代高负荷发动机所寄予的期望。

在低压填充后,发动机缸体将停留几秒钟,然后由机器人在加压环境下旋转180度。加压有助于在旋转运动期间防止熔体的移动以及由此导致的质量问题。

研发成果是高质量、耐用的气缸曲轴箱

“这种方法的最大优点是它为设计师提供了最大的设计自由度”,乌尔汉恩解释道, “例如,设计师可以设计各类底切几何形状和各种形状的通道。”另外,材料的使用量也会减少,从而实现3%和5%的减重效果。由于砂的热传导极低,在熔体的填充速度和融化温度相同的情况下,在壁厚方面也可以比冷铸件做得更薄。

如果人们能解决一些实际的操作问题,比如如何将芯包装连接到模具填充物上,那么实践证明,低压砂模铸造也是一种非常稳定的工艺,具有相对较少的变量。科林莫施评论说:“在这点上,我们多年积累的经验和我们在低压铸造方面的领先地位有了用武之地。一旦设定好了参数,一切就像椒盐脆饼烘烤一样简单。”这一工艺也赢得了时间,大大提高了生产力。与低压冷铸约8分钟的循环时间相比,新工艺最多只需要四分之一的时间。