Höganäs公司为了分析当前的粉末冶金零部件以及未来将固体钢零部件转换为粉末钢零部件的可能性,近期对一辆中国四驱插电式混合动力汽车——比亚迪唐进行了拆解。
发 现
比亚迪唐中的粉末冶金整体渗透率高于丰田和大众帕萨特。相对而言,渗透率为2390千克整备质量的0.3 %或7.8千克,见图1。
图1:粉末冶金渗透率(以汽车重量百分比表示)
比亚迪唐中发现的大多数粉末冶金(PM)以VVT系统、气门导管、同步器齿毂和许多包含PM零件的泵的形式存在于发动机和变速器中。值得一提的是,比亚迪唐中使用的具有自动锁功能的伊顿差速器含有许多粉末冶金零件,所有零件组装成一个非常巧妙的设计。电动助力转向系统中也有很多粉末冶金零部件,总重量1千克。图2显示了不同子系统中粉末冶金零件的重量分布情况。从图3可以看出,比亚迪唐中粉末冶金零件总重量为7.8千克,其中5千克(65%)以上用在发动机和变速箱中。
图2:比亚迪Tang中粉末冶金零部件位置图
这辆车上共有54个粉末冶金部件,还发现了120个潜在粉末冶金部件。潜在粉末冶金零部件是可用粉末冶金制造、性价比更高的零部件。
判断零件是否适合PM制造(进行或不进行某些设计修改)相对容易,但很难判断零件是否具有成本效益。这取决于很多因素,而这些因素随制造商和用户的不同而有所不同。
此外,还发现一些传统上采用粉末冶金制造的零部件,由于某种原因,在比亚迪唐中未采用粉末冶金制造。例如座椅调节齿轮和集成曲轴轴承,见图3。
图3: 集成曲轴轴承盖
曲轴轴承是重要的粉末冶金(PM)部件,在汽车的PM总量中占很大比重,四缸或五缸发动机中使用的PM就有几百克。作为参考,福特F150 V6中轴承盖重1.1千克。
潜在粉末冶金零部件
在每次的拆解过程中,潜在的粉末冶金零部件被确认并记录下来。我们已对这些零部件进行了商业案例分析,以便筛选出*感兴趣的机遇。双离合变速器是个宝库,充满了大量机遇,见图4。
图4:带电机的双离合变速器
双离合变速器中的粉末冶金零部件不多,但很多钢制零部件是潜在候选。齿轮很重要,同步器齿套也是如此(大于1千克)。
变速箱中已有1.1千克的粉末冶金同步器齿毂,但仍有一个齿毂尚未转换。包括同步齿在内的总齿轮质量接近20千克。并非所有齿轮都适合用PM制造。例如,差速器壳上的大齿圈需要很大的压制压力,有些齿轮还要在轴上进行切割,因此不太容易转换。然而,从制造的角度看,大约12千克的齿轮是不错的选择。变速器还未采用逆向工程技术进行应力分析,因此尚未确定每个齿轮确切的工艺路线,但确实有转换为粉末冶金部件的潜力。
除了齿轮,还有超过8千克的其他部件。这些部件大部分由2个差速器壳和上文提到的一个(未转换的)同步器齿毂构成。
差速器壳可能不是普通的金属粉末部件,但可使用三种不同的工具由四种粉末冶金部件制成。优点在于可减轻重量、减少加工、提高刚度,并且很有可能降低成本。Höganäs与Alvier粉末冶金技术公司和KBE+共同对此进行了深入设计研究,在此过程中已将丰田雅力士混合动力汽车的当前设计进行了数字化,并与Alvier、Höganäs和KBE+开发的粉末冶金设计进行了对比,见图5。
图5:由4种粉末冶金部件制成的差速器壳示例,轴仍是钢件
在这种前后桥均有差速器的车辆中,差速器壳的总重量超过8千克。差速器壳还是一种可用于任何车辆的部件,无论动力传动系统的类型如何(电池型、内燃型、混合动力等)。
在内燃机中,有几个不错的选择,如连杆(4x691克)和三个平衡轴齿轮(总重1.1千克)。此外,还可使用软磁复合材料粉末来制造电动机械。由于尚未重新设计电机,更换钢件所需的确切重量还是未知数,但据合理推测,每个大约重4至6千克。
结论
Höganäs对一款中国混合动力汽车比亚迪唐进行了拆解结果发现,这辆车中的粉末冶金渗透率(相对于其重量)略高于丰田雅力士和大众帕萨特 GTE,但大大低于福特F150。
在比亚迪唐中,有很多进行转换和提高粉末冶金含量的机会。我们发现,大多数粉末冶金零部件在变速器中,其中很多齿轮都是进行转换的理想选择。发动机中还有3.5千克齿轮和连杆可用粉末冶金制造,电动机械中还有10千克零部件可用软磁复合材料技术制造。