通用汽车再发力轻量化技术 推出镁合金立式挤压铸造机

通用汽车中国公司位于上海的前沿技术中心最近宣布，其镁合金垂直挤压铸造（VSC）机器可以用于实际生产，建造这台机器的目的是开发全新的镁合金铸件。通用汽车还提到，这种垂直挤压铸造机的出现标志着轻质材料领域的重大突破。

在挤压铸造过程中，熔融金属材料在湍流扰动最小的条件下被引入铸造模腔，然后在高压（通常高于100MPa）和闭模条件下固化。熔融金属可以有效地减少液体湍流，并采用更高的压力，这可以最大限度地减少铸件上气孔的发生。目前，汽车用镁合金压铸件绝大多数采用冷室压铸工艺生产。在这个过程中，首先将熔融的镁注射到注射筒中，然后通过活塞以每秒5到10米的速度将液态金属注射到模腔中，最后在35到140MPa的高压下固化金属以形成所需的铸造部件。

典型的铸件包括仪表板横梁、散热器支架、发动机框架、座椅框架、发动机缸体、变速箱和油底壳。图2（a）是第一个大型整体压铸镁合金仪表板横梁，1996年通用汽车公司将其应用于全尺寸面包车Savana和雪佛兰Express。这根12.3公斤重的仪表板横梁的标称厚度为4毫米，是当时世界上最大的镁合金压铸件，与相同的钢制零件相比，其重量减轻了32%。防撞性能和减震性能也有了很大的提高；由于零件的集成设计（镁合金产品包含25个零件，钢产品包含67个零件），生产成本也有所降低。在过去十年中，日益完善的镁合金压铸技术帮助通用汽车实现了更高效的仪表板设计。现在，更多的部件可以集成在一起，重量减少了40%到45%。图2（b）显示了别克君越上使用的镁合金仪表板横梁，重量为6.9 kg。

虽然保证了高生产率，但镁合金或铝合金的传统高压压铸工艺有一个很大的缺点，即高速喷射熔融金属过程中产生的截留气体最终会导致铸件孔隙率高。挤压铸造不仅可以最大限度地防止湍流，而且可以利用熔融金属过热度的绝对最小值来降低铸件的孔隙率。熔融金属通常需要较高的铸造温度，但液态金属不必用于模具填充，因为高压也会使金属变形，因此挤压铸造是一种可以实现的铸造工艺。在大截面零件的铸造过程中，出现气孔的概率会增加。此时，液态或半液态金属将在作用压力下从热点注入现有孔隙中，以防止气泡进一步膨胀。凝固范围大的合金具有很强的可调节性，因此可以在较低的压力下制造致密的铸件。

Gm声称，垂直积压铸造系统通过在生产过程中施加更高的挤压压力，有效地提高了铸造一体化水平；更重要的是，全密封的镁合金熔炼和输送系统大大提高了铸件的性能和质量，因为熔融金属的表面基本上与空气完全隔离，防止了合金纯度因氧化物的产生而降低。挤压铸造的另一个优点是可以用铸造代替锻造，从而节省成本；推广镁合金材料的目的不仅是为了满足消费者对更低的费用、更高的燃油经济性和更好的性能的需求，也是为了更好地利用镁在中国的高实用性。数据显示，中国镁出口占全球总量的80%。

金属镁的密度比铝的密度轻，因此可以进一步提高汽车的燃油经济性。通用汽车全新的铸造技术使以镁为原料加工和生产汽车零部件更加方便。在汽车材料领域，镁合金是迄今为止可以大规模生产的密度最低的金属材料；

与铝合金材料相比，由镁合金制成的相同尺寸的零件重量轻30%，而之前的研究表明，汽车重量每减轻150公斤，燃油经济性就会提高7%。

立式挤压铸造机的设计和开发由美国底特律和中国上海的通用轻质材料研发团队共同完成。该机器被放置在尖端技术中心的微型铸造和成型实验室。尖端技术中心还拥有机械测试设备、微观结构分析、金相学和电化学实验室，并致力于开发具有成本效益的轻量化技术。2013年5月，通用汽车和泛亚汽车技术中心因成功研发和大规模生产镁合金增强行李箱盖而获得2013年国际镁协会卓越奖。通用汽车中国公司位于上海的前沿技术中心最近宣布，其镁合金垂直挤压铸造（VSC）机器可以用于实际生产，建造这台机器的目的是开发全新的镁合金铸件。通用汽车还提到，这种垂直挤压铸造机的出现标志着轻质材料领域的重大突破。

在挤压铸造过程中，熔融金属材料在湍流扰动最小的条件下被引入铸造模腔，然后在高压（通常高于100MPa）和闭模条件下固化。熔融金属可以有效地减少液体湍流，并采用更高的压力，这可以最大限度地减少铸件上气孔的发生。目前，汽车用镁合金压铸件绝大多数采用冷室压铸工艺生产。在这个过程中，首先将熔融的镁注射到注射筒中，然后通过活塞以每秒5到10米的速度将液态金属注射到模腔中，最后在35到140MPa的高压下固化金属以形成所需的铸造部件。

典型的铸件包括仪表板横梁、散热器支架、发动机框架、座椅框架、发动机缸体、变速箱和油底壳。图2（a）是第一个大型整体压铸镁合金仪表板横梁，1996年通用汽车公司将其应用于全尺寸面包车Savana和雪佛兰Express。这根12.3公斤重的仪表板横梁的标称厚度为4毫米，是当时世界上最大的镁合金压铸件，与相同的钢制零件相比，其重量减轻了32%。防撞性能和减震性能也有了很大的提高；由于零件的集成设计（镁合金产品包含25个零件，钢产品包含67个零件），生产成本也有所降低。在过去十年中，日益完善的镁合金压铸技术帮助通用汽车实现了更高效的仪表板设计。现在，更多的部件可以集成在一起，重量减少了40%到45%。图2（b）显示了别克君越上使用的镁合金仪表板横梁，重量为6.9 kg。

虽然保证了高生产率，但镁合金或铝合金的传统高压压铸工艺有一个很大的缺点，即高速喷射熔融金属过程中产生的截留气体最终会导致铸件孔隙率高。挤压铸造不仅可以最大限度地防止湍流，而且可以利用熔融金属过热度的绝对最小值来降低铸件的孔隙率。熔融金属通常需要较高的铸造温度，但液态金属不必用于模具填充，因为高压也会使金属变形，因此挤压铸造是一种可以实现的铸造工艺。在大截面零件的铸造过程中，出现气孔的概率会增加。此时，液态或半液态金属将在作用压力下从热点注入现有孔隙中，以防止气泡进一步膨胀。凝固范围大的合金具有很强的可调节性，因此可以在较低的压力下制造致密的铸件。

Gm声称，垂直积压铸造系统通过在生产过程中施加更高的挤压压力，有效地提高了铸造一体化水平；

更重要的是，全密封的镁合金熔炼和输送系统大大提高了铸件的性能和质量，因为熔融金属的表面基本上与空气完全隔离，防止了合金纯度因氧化物的产生而降低。挤压铸造的另一个优点是可以用铸造代替锻造，从而节省成本；推广镁合金材料的目的不仅是为了满足消费者对更低的费用、更高的燃油经济性和更好的性能的需求，也是为了更好地利用镁在中国的高实用性。数据显示，中国镁出口占全球总量的80%。

金属镁的密度比铝的密度轻，因此可以进一步提高汽车的燃油经济性。通用汽车全新的铸造技术使以镁为原料加工和生产汽车零部件更加方便。在汽车材料领域，镁合金是迄今为止可以大规模生产的密度最低的金属材料；与铝合金材料相比，由镁合金制成的相同尺寸的零件重量轻30%，而之前的研究表明，汽车重量每减轻150公斤，燃油经济性就会提高7%。

立式挤压铸造机的设计和开发由美国底特律和中国上海的通用轻质材料研发团队共同完成。该机器被放置在尖端技术中心的微型铸造和成型实验室。尖端技术中心还拥有机械测试设备、微观结构分析、金相学和电化学实验室，并致力于开发具有成本效益的轻量化技术。2013年5月，通用汽车和泛亚汽车技术中心因成功研发和大规模生产镁合金增强行李箱盖而获得2013年国际镁协会卓越奖。

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