增材制造典型应用场景案例——汽车发动机气缸盖随形水冷模具制造
2024-06-04
为落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，加快推进新型工业化，推动增材制造更好服务经济社会发展，2022年、2023年工业和信息化部共发布了两批共78项增材制造典型应用场景。中国增材制造产业联盟梳理了部分场景实例的先进经验及应用成效，在增材制造产业联盟微信公众号及网站开展持续宣传，以更好推动典型应用场景的复制与推广。本期介绍的是汽车发动机气缸盖随形水冷模具制造。
基本信息
场景类型：专用模具制作
场景项目名称：汽车发动机气缸盖随形水冷模具制造
装备制造商：西安增材制造国家研究院有限公司
服务提供商：西安增材制造国家研究院有限公司
应用单位：重庆长安汽车股份有限公司
背景概述
受传统制造工艺、材料、装备的限制，目前国内燃油汽车发动机的热作铸造模具的生产速率、模具寿命及铸造良品率的提升已停滞于瓶颈阶段。传统技术改进已无法实现生产节拍的提升，国际先进车企对其生产模具温度场的温控技术、模具制造技术进行技术封锁，而以日系为代表的水冷方式风险过高。相关技术进一步提效增值，缩短与国外差距存在巨大困难。使得国内车企生产时温控效果不理想，产品寿命较国外同类产品差距明显，生产节拍已至技术瓶颈，综合使用成本高昂，在国际竞争中短板突出。
解决方案
为实现降温提速，显著提升模具装备的使用寿命、生产效率和产品质量，需要结合先进增材制造技术和数字孪生技术，在模具中建立随形冷却管路来提高模具散热能力，从而达到生产场温度可控，提升生产节拍的目的。
充分利用增材制造在制造复杂曲面、多孔结构等构型时制造约束条件少，产品致密度高，近净成型材料浪费少的特点，研发专用新构型模具制造工艺与流程。对模具的温控结构进行原创性的革命性设计，通过多轮次多构型的对比验证，优化选择最佳的温控结构方案，实现随形冷却管路燃烧室镶块，内部环形冷却流道制造。有效改善发动机气缸盖铸造生产温度场的控制。
通过项目技术优化实施后，长安汽车发动机生产线在保持气冷温控方式下，生产节拍大幅缩短，产品质量进一步提升。本项目技术扩大应用于铸造产线其他模具装备的设计制造，可将现有燃油汽车发动机的生产速率提升提速，同时改善铸造产品的质量。或者在保持产能条件不变的条件下，为生产企业节省建设投入，并显著降低的能耗有助于汽车企业实现碳达标。同时，模具寿命的显著提升有助于企业有效提效增值，使长安汽车在激烈的国内外汽车竞争中更具优势。
应用成效推广
项目技术在汽车发动机核心模具成功应用，已具备在其他模具、其他领域开展同类技术推广应用经验及价值。研发团队针对设计、材料、工艺研究建立起的数据库，为后继项目实施提供了参考数据，可快速为工业装备提供可行的优化设计改进方案。随着国际形式的变化，有自主知识产权的先进技术是我国企业的发展根本，利用新技术实现对先进国家同类技术的追赶、超越，从而在产品上获得更好的竞争优势。所以项目技术的推广应用，是解决目前工装设备温度场控制不理想的最佳方案，通过温度场的改善，进一步提升生产效率和产品质量，为解决我国各领域装备中的温度场控制提供了新的可行方案，具有巨大的市场需求和技术优势。
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