當前汽車正在向高性價比、節能、輕量化和電氣化的方向發展。隨之相適應的是,粉末冶金材料和工藝技術的研發目標正轉向提高產品力學性能、改善尺寸精度、降低產品價格以及滿足健康和安全法規要求,以期為汽車產業的多種發展趨勢提供有力的支持。下文帶大家看看粉末冶金技術在汽車零件的應用情況。
一、粉末冶金技術在國內外汽車領域的發展
北美地區在粉末冶金領域的開放程度很高,研發、生產及咨詢分工明確,合作密切。美國金屬粉末工業聯合會與美國能源部早在2001年就制訂了短中長期發展規劃,爭取到2020年使得與汽車制造業相關的粉末冶金市場以每年12%的幅度遞增,并使從事全行業的勞動生產率以每年8%的幅度增長。歐洲地區的粉末冶金生產技術先進,管理制度也比較完善,每年有大量的新技術、新產品被開發和應用。北歐地區尤為發達,比較典型的是代表原歐洲共同體國家的粉末冶金工業。日本汽車在1980年使用粉末冶金零件的質量為3g/輛,但應用比率卻以每年6%的幅度遞增。中國汽車的粉末冶金零件總用量平均不到6kg/輛,與發達國家的差距較大。
二、汽車上的粉末冶金零件
1、變速器同步器錐環
在汽車機械式變速器中,同步器的作用是方便換擋,減少換擋時汽車受到的沖擊。同步器錐環可以有效應對來自換擋時的各種力矩沖擊,減少對同步器造成的磨損,實現變速器順利換擋。
傳統的同步器錐環主要是由鋁錳黃銅精心鍛造,雖然效果比較好,但制造成本卻很高。因此,在同步器錐環制造中采用粉末冶金技術就可以降低成本,提高使用壽命,精度高,抗磨損性能優良。
2、正時齒輪和凸輪軸正時齒輪
曲軸正時齒輪和凸輪軸正時齒輪能夠在發動機進行一系列操作時起到相應的控制作用,目的是降低燃油消耗,確保發動機順利點火、噴油。
傳統的正時齒輪和凸輪軸正時齒輪主要采用45鋼或40Gr經調質處理,為了進一步降低制造成本,優化加工流程,部分汽車生產商開始采用粉末冶金技術制造上述零件,效果良好。制造正時齒輪時,要提高精度,就需要嚴格控制設計環節與制造環節,借助模具與電火花加工的方式提高齒輪精度。
3、發動機連桿
發動機之所以可以正常工作,離不開曲軸與活塞的支持。連接這兩個部位是連桿,活塞在做往復運動時會產生相應的動力,借此就可以傳遞給曲軸,實現曲軸旋轉。在這一過程中,連桿起到很重要的作用,需要承受各種力,還要接受力的多種變化,如果連桿的承受力度有限,剛度與強度不到位,就會直接造成連桿斷裂,產生非常嚴重的事故;此外,剛度不到位的連桿還會出現變形的情況,致使活塞、曲軸等部位不能正常工作,發生位置上的偏差或磨損。
發動機連桿的工藝主要以鑄造、鍛造為主,材質為鋼。目前,德國寶馬、美國通用汽車公司已經開始采用粉末冶金技術制造連桿。
4、凸輪軸
凸輪軸的作用是控制氣門的開啟與關閉,其位于活塞發動機之中。通常,在設計中要突出凸輪軸的強度與支撐性能,這是因為凸輪軸在旋轉時會承受很大的扭矩,如果強度不夠,支撐力度有限,就會影響發動機正常運行。凸輪軸與氣門運動有密切關系,與發動機的動力更是密不可分,因此,要采用合理的方式制造凸輪軸,提高性能。
近幾年來,新型組合式中空凸輪軸被人提出,這一類型的凸輪軸不僅重量輕便,而且能夠起到有效的節能降耗效果。該類凸輪軸主要是應用粉末冶金技術進行制造,再結合燒結工藝,使凸輪軸的結構保持中空,從而提高其性能。
如上僅為部分粉末冶金汽車零件的舉例,隨著汽車產銷量的不斷提高,人們對粉末冶金技術與經濟特點的不斷深入,不少優異材料、新型工藝、諸多新零件將被開發,粉末冶金材料在汽車零件上的用量不斷提高,制造的零件產品也更多更廣。研究表明,汽車行業現在待開發的粉末冶金零件應用部分,大體上發動機零件為16~20公斤,變速器零件為15~18公斤,分動器零件為8~10公斤,其它為7~9公斤。
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