議汽車零部件制造中的金屬粉末冶金工藝

吳崢

摘 要：探究金屬粉末冶金工藝技術(shù)在汽車零部件制造中的應(yīng)用，梳理粉末冶金工藝在油泵、剎車真空助力泵等汽車構(gòu)件制造中的應(yīng)用，闡解粉末冶金工藝的價值與具體應(yīng)用原理。介于汽車領(lǐng)域的高速發(fā)展，需積極應(yīng)用新材料、新技術(shù)，提高零件使用壽命，推動汽車業(yè)長足發(fā)展。

關(guān)鍵詞：粉末冶金;汽車零部件;冶金工藝

粉末冶金從本質(zhì)上分析就是制取金屬粉末，或者說其用金屬粉末是主要原理，在經(jīng)過了一系列的成形與燒結(jié)之后，制造成最終的金屬材料，也能夠在精細的制造工藝中集成很多復(fù)合材料或是各種工藝技術(shù)產(chǎn)品。粉末冶金技術(shù)對比傳統(tǒng)的熔鑄技術(shù)有著一定的優(yōu)勢，其優(yōu)勢顯現(xiàn)在近凈成形、顯微組織的冶煉勻稱，具有制備成難熔金屬及多孔洞材料的優(yōu)質(zhì)特點。面對目前較為傳統(tǒng)的金屬加工工藝中，所制備的材料或者部件需通過鑄造機鍛造后，在坯體上消減掉一定數(shù)量材料，這樣來獲取最終的成型產(chǎn)品的精細度。但在粉末冶金工藝中，是一種近凈成形工藝，其中95%以上的材料都含有高度的利用效率，其能耗相比于鑄造與鍛造更低，面向高功率耗能而言，也只有機器加工工藝的1/3 左右。因此，美國金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會在早年間將粉末冶金歸屬為綠色技術(shù)。此外，正是由于粉末冶金產(chǎn)品的各項異性明顯降低，在產(chǎn)品通過熱處理之后的變形很小，相比與傳統(tǒng)的加工工藝產(chǎn)品的尺寸有著更高的精細度要求。對于制造齒輪這種對于尺寸要求極為嚴格的零件工藝時，粉末冶金工藝的應(yīng)用能夠顯著減少諸多不必要的加工環(huán)節(jié)，并有效降低傳輸錯誤，有效提高傳動效率。

1 金屬粉末冶金新工藝與技術(shù)分析

1.1 金屬粉末注射成型工藝

金屬粉末注射成型工藝可分為：粉末冶金、塑料注射，基于粉末模壓基礎(chǔ)上打破產(chǎn)品形狀限制，并可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。目前，金屬粉末注射成型工藝逐漸應(yīng)用在汽車零部件生產(chǎn)，如汽車發(fā)動機、渦輪增壓器、齒輪箱、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等，多適用于制造復(fù)雜零件。弗勞恩霍夫協(xié)會生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用材料研究所借助金屬粉末注射成型工藝打造不銹鋼和硬質(zhì)合金雙組燒結(jié)件。該材料拉伸試樣如圖1所示，通過燒結(jié)可得出無縫隙并且連續(xù)性好的材料界面。此種材料具備良好的延展性與可焊接性，可用于制造汽車零部件棱角或邊緣部分，可進一步提高邊緣處耐磨性，延長零件使用壽命。

圖1 金屬粉末注射成型工藝制備的不銹鋼與硬質(zhì)合金雙分組燒結(jié)件

1.2 基于冶金工藝的增材制造工藝

增材制造工藝是要以計算機技術(shù)媒介，通過CAD數(shù)據(jù)借助材料累加法制造實體零件。該工藝是對傳統(tǒng)材料去除-切削加工技術(shù)的延展，屬于自上而下的制造方式。至上世紀80年代開始，多數(shù)制造方法及材料陸續(xù)被開發(fā)。依照ASTM分類，可將增材制造工藝界定為定向能量沉積（定向金屬沉積、激光工程近凈成形、直接制造）、粉末床熔融（選取激光燒結(jié)、定向金屬激光燒結(jié)、電子束熔融等）。考慮到PBF技術(shù)可應(yīng)用激光與電子束尺寸更小、粉末厚度更薄的材料，和DED技術(shù)相比，在汽車零件制造領(lǐng)域可保持更好的光潔度，其沉積速率相對更低。PBF適用于植被精確度高、復(fù)雜性強且尺寸小的零件，DED技術(shù)適用于對速度要求高、尺寸大的零件。

布加迪公司應(yīng)用航天級Ti6A14V鈦合金，結(jié)合選取激光熔融工藝打印出迄今為止最大的鈦合金制動卡鉗。汽車領(lǐng)域應(yīng)用3D打印技術(shù)將原本八個不同朱成成不銹鋼座椅支架，將其進行一體化設(shè)計，有效降低零件質(zhì)量，同時提高了零件強度，對汽車行業(yè)發(fā)展提供有力支持。

2 汽車中粉末冶金工藝的應(yīng)用

2.1 VVT 粉末冶金零件

現(xiàn)階段，粉末冶金工藝在很多發(fā)達國家被廣泛應(yīng)用，在很多相關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查中能夠看出，以歐洲國家為代表，在汽車的制造工序中，每輛汽車平均都會應(yīng)用到大約14克左右的粉末冶金制品，這也預(yù)示著在未來的發(fā)展中，粉末冶金制品的應(yīng)用數(shù)量和范圍仍將不斷的提高和擴散。

我國的展開汽車零部件制造的環(huán)節(jié)中，也應(yīng)該充分的引用粉末冶金工藝，在粉末冶金工業(yè)的應(yīng)用下，不僅能夠有效降低生產(chǎn)制造初期投入的成本，還能夠?qū)Νh(huán)境起到一定的保護能力，為低碳環(huán)保、節(jié)約資源做出一份貢獻。應(yīng)用粉末冶金工藝所生產(chǎn)的汽車零部件會應(yīng)用在汽車的各個系統(tǒng)當中，其中最為重要的當屬車身和底盤部位，并且在汽車發(fā)動機和排氣系統(tǒng)上都會應(yīng)用到粉末冶金工藝所生產(chǎn)的零部件。現(xiàn)如今，社會經(jīng)濟的突飛猛進下，科學(xué)技術(shù)空前絕后的革新，我們參照目前情況來看，vvt 零部件變量泵以及剎車真空助力泵的零部件是極為重要的汽車零部件，在面對這三種類型的汽車零部件的制造時，都可以應(yīng)用粉末冶金工藝來實現(xiàn)。

2.2汽車油泵中的粉末冶金零件應(yīng)用

目前，我國汽車發(fā)動機與自動變速器中的所應(yīng)用的油泵都是參照定量油泵方法對油量進行控制與使用，但是這種方式在實際的油量控制當中也有著很多問題需要解決，最主要的還是由于定量油泵在實際輸出油的環(huán)節(jié)中會因為發(fā)動機不斷提升自身轉(zhuǎn)速，油泵中的運作的潤滑油就會依照原有路徑再次流回到油泵中，這樣就會促使發(fā)動機的運行功率消耗不斷增長。

因此，汽車生產(chǎn)當中所以應(yīng)用到的定量油泵沒辦法滿足實際運行與發(fā)展環(huán)節(jié)中的需要，因此要對油泵的運行進行改進和創(chuàng)新。當汽車發(fā)動機應(yīng)用變量油泵進行油量控制，這樣的方式就可以參照汽車真實的運行狀況適當?shù)娜フ{(diào)試油泵油量及油壓，這樣就能夠有效的降低并節(jié)約汽油的使用量。在汽車發(fā)動機與變速器的變量油泵制造環(huán)節(jié)中，因為系統(tǒng)相對復(fù)雜，各個零部件類型不一，因此想讓汽車在運行時的發(fā)動機能夠保持轉(zhuǎn)速持續(xù)增加的狀態(tài)，那么汽車油泵的壓力也就會增加，這樣一來其中應(yīng)用到的壓縮彈簧就會不斷縮短后齒輪的工作時間，所以必須要科學(xué)的對汽油油泵中的油量進行良好的控制，應(yīng)用粉末冶金技術(shù)制造的油泵齒輪就能夠有效滿足油泵的實際工作需求。

2.3剎車助力真空泵中粉末冶金零件

一般在發(fā)動機運行環(huán)節(jié)中，通常都應(yīng)用點燃的方法。只要進氣管，就能夠帶動真空壓力不斷增高，這就能夠借助真空助力系統(tǒng)提供真空的主要來源。但是，為了節(jié)能減排效果的提高，在進氣管無法提供有效真空壓力時，就需要真空自動處理系統(tǒng)來補充需求。因此，在發(fā)動機上設(shè)計并安裝真空泵就能夠提供一定的助力，簡單來說，真空泵的動力需要粉末冶金聯(lián)軸節(jié)帶動粉末冶金轉(zhuǎn)子，在運行的整個過程中，只要轉(zhuǎn)子和泵腔出現(xiàn)細微偏心量后，真空壓力就會顯現(xiàn)，進而有效的達到了助力作用。

結(jié)束語：在時代快速發(fā)展下，人們的生活質(zhì)量不斷提升，而我國汽車工業(yè)作為當代經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在高速發(fā)展的汽車工業(yè)征程中需要在重視技術(shù)革新的同時，重視節(jié)能減排，必須將節(jié)能減排的工藝理念深入貫徹到整個汽車發(fā)展的環(huán)節(jié)中，在制造零件時有效融入粉末冶金工藝，這樣就能達到節(jié)能減排的目的，也為人們的生產(chǎn)生活帶來更加優(yōu)質(zhì)的環(huán)境優(yōu)勢。