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一体式压铸是汽车制造的终局吗?(下)

浏览数量: 19     作者: 正和     发布时间: 2022-07-28      来源: 本站

一体式压铸是汽车制造的终局吗?(下)

03 破题攻坚10%

一体式压铸的难点在于需要材料、工艺、模具、设备的配合。汽车工业冲、焊、涂、总四大工艺也是经过近百年的时间才形成了如今完备的工艺技艺、稳定生产流程和高度适配量产需求的良品率。从特斯拉发布采用一体化后地板的Model Y至今,一体式压铸工艺才问世不到两年时间,人员、机器、材料、工艺方法、环境系统仍在面向100%成熟的道路上艰难跋涉。

3.1 免热处理丧失的好处

免热材料是制约一体式压铸技术广泛铺开的核心原因。热处理是传统压铸件获得/强化性能(强度、塑性、冲击韧性、硬度、疲劳强度等),调整内部晶体均衡度的主要手段。

热处理示意图

压铸件一般会通过T7\T6两种热处理方式。分别具体为T7:固溶处理加稳定化处理,人工矫形的难度会很大;T6 :固溶处理加完全人工时效,该热处理方式后工件变形只能矫平。但热处理导致的二次热胀冷缩会带来产品尺寸变形,或并产生气孔。小型零件可以通过整形工装(用模具整形的方式)等方式矫正。大型结构件压铸过程中的温度、压力、模流更加难以控制,热处理导致的产品变形问题将更多。通过后期整形的成本极高,且工艺更加复杂,导致难以实现商业化。

3.2 到底要什么样的免热材料?

目前免热材料性能的提升症结并不在于材料配方,而在行业未能明确到底需要什么样性能的免热材料。

因为要明确免热材料所需的材料性能,需要从最初的原始设计开始,重新设计和研究计划一体化零件的结构性;之后通过模拟分析判断出每个部位所需的强度高低和碰撞下的延展率需求如何。而这只能从主机厂出发。材料专家表示:“目前来看(2021年年底)国内主机厂提出的一些需求是非常粗糙的,都还很不准确。车企对一体式压铸也在尝试,材料厂更是不清楚具体的情况。”目前,一些企业在较为成型的免热铝合金铸造材料上已有所突破。德国莱茵菲尔登、美国铝业以及中国立中集团、上海交大材料团队拥有免热材料专利。但有专家表示,立中集团的免热材料仍主要应用在小型铸造件上,目前一体式压铸主流商用免热材料仍集中在美国铝业的材料基础上。因此,传统压铸所采用的,需要经过热处理才可增强性能的铝合金材料,不符合一体式压铸大型构件的量产需求。从而不需要热处理,就能获得相应机械性能的免热处理铸造铝合金材料应需而生。但免热材料在避免热处理导致的矫形“麻烦”后,也失去了通过热处理获得更强机械性能、调整均衡合金内部结晶组织的机会。更大的工件尺寸和更复杂的工件形状,也进一步放大了这些问题。

因此,目前免热材料在材料本身面临两大挑战:如何获得能够与冲压零件相媲美的,更高的机械性;如何降低零件性能对合金内部缺陷/内部组织的敏感性;

在与材料紧密相关的工艺层面也存在两大问题:如何保证大型零件整体性能的均衡性,避免一处与另一处的强度/韧性等性能表现不一致;如何解决因材料延展性不足,而导致的连接工艺性能变差的问题。

的工艺层面也存在两大问题:如何保证大型零件整体性能的均衡性,避免一处与另一处的强度/韧性等性能表现不一致;如何解决因材料延展性不足,而导致的连接工艺性能变差的问题。

3.3 到底要什么样的免热材料?

目前免热材料性能的提升症结并不在于材料配方,而在行业未能明确到底需要什么样性能的免热材料。

因为要明确免热材料所需的材料性能,需要从最初的原始设计开始,重新设计和研究计划一体化零件的结构性;之后通过模拟分析判断出每个部位所需的强度高低和碰撞下的延展率需求如何。而这只能从主机厂出发。材料专家表示:“目前来看(2021年年底)国内主机厂提出的一些需求是非常粗糙的,都还很不准确。车企对一体式压铸也在尝试,材料厂更是不清楚具体的情况。”

目前,一些企业在较为成型的免热铝合金铸造材料上已有所突破。德国莱茵菲尔登、美国铝业以及中国立中集团、上海交大材料团队拥有免热材料专利。但有专家表示,立中集团的免热材料仍主要应用在小型铸造件上,目前一体式压铸主流商用免热材料仍集中在美国铝业的材料基础上。

免热处理的铝合金牌号1

此外,国内多家车企和铸造企业已宣布具备了免热材料的开发能力。

2021年10月,蔚来与帅翼驰联合开发一体压铸免热处理强韧化压铸铝合金 材料 EZCAST 系列,将应用于第二代平台车型上。

2021 年 12 月,华人运通高合汽车与上海交通大学轻合金国家工程中心在新 材料开发、低碳轻合金开发上达成战略合作,双方全球发了免热处理的TechCast™超大铸造用低碳铝合金。今年2月,铸造企业拓普与华人运通高合联合量产下线车身后舱,长款达到 1700mm*1500mm,实现 15-20%的减重。

目前的一体压铸用的铝合金材料的开发还处于初始阶段。各主机厂、研发机构、材料供应商、压铸供应商都百家争鸣般的在推广自己的材料,但材料的最终选定还是取决于各主机厂目标零件对材料基础性能、制造性能、成本等的综合考量。从长远来看,一体压铸用的铝合金材料必定会形成差异化、系列化的牌号体系,以满足各主机厂、各零件等的个性化需求。抓准整车性能对零件的需求是把控开发目标以及合理提升产品合格率的关键。

3.4 为满足工艺而降低标准

按照流程,当免热合金材料确认之后,就是将合金液体灌入模具内,用压铸机一压了事。但目前的现状是,完美的一体式压铸浇排系统和与之配套的模具也不存在。目前全行业一体化压铸的开发体系并不健全,现有的开发项目基本还处于仿效的道路上,对基础原理的研究和细化仍待深入探索。而布局一体式压铸技术,就需要从压铸的底层原理开始重新学习。

如外界理论上以压铸机的锁模力与压铸零件的投影面积,作为什么样的机器能做多大规模工件的量化标准,但这种简单的对应关系并不适用于工艺实践。在实践过程中,还要考虑到设备运作流量,动态推动力等等。在工艺充填过程中的零件造型、壁厚的分布状态,浇注系统的造型设计等因素,也是衡量零件与设备匹配度更为重要的因素。

3.5 积累仿真数据

铝合金铸造本身是一个非常复杂的成型过程。目前还很难在零件设计之初准确预测其完成时各个部位的机械性能。这需要一体化压住各环节对试验、实践数据的收集分析,一体式压铸专业团队与仿真数据库的建立。

例如在浇排系统的设计上,零件尺寸偏大、结构复杂,且铝合金溶液有着敏感的结晶时间段。为确保铝合金能在规定时间内充满型腔,流体在模具中的流动需要非常精确的仿真,以优化进液、排气口在内的流道设计。不仅是浇排系统,车身零件设计、铸造工艺过程,都需要这样高度精确的仿真过程。“高压压铸因为其高温、高压、高流速的问题具备以下技术难点和问题,技术壁垒较高。而且,一体压铸构件也常常出现孔隙率缺陷、以及气泡问题等。”

高压压铸

这些对于主机厂和零部件企业来说都是一个全新的摸索阶段。仿真是基于前期大数据积累之后对未来的预测。所以在前期缺乏积累的情况下,预测是都是不准的(造成良品率较低等问题)。随着主机厂慢慢掌握了数据积累,甚至试模、调整工艺参数、优化流道设计等方面的基础方法后,在全产业链协同之下,成品率就会提高。仿真数据的积累过程将有赖于铸造团队和工业大数据软件的协同推进。虽然现在有压铸机和压铸厂提供团队,但并不意味着主机厂可以完全依赖供应商的交钥匙工程,而是需要自己掌握一体式压铸的KNOW HOW:一方面实现高良品率的稳定生产;另一方面则为后续零件开发积累经验。

3.6 压铸岛向更大的方向去

压铸工艺涉及到压射速度、充型时间、模具温度等等一系列参数设计,环环相扣,都会直接影响产品质量。与仍在努力攻坚克难的免热材料、浇流体系、整体工艺相比,压铸机和压铸岛等设备的技术成熟度要相对更高,而且正朝着更“大”的方向进发。

一体化压铸零部件产业化进程研判

目前,压铸机的主流结构设计分为两板式和三板式压机。其中,三板式压铸机锁模力只有一个。两板式由于采用伺服电机的行使控制(瑞士布勒长于两板式的压机设计),能够在一个区间内柔性控制锁模力。其中直压和两板式压机除在装备寿命、稳定性、压铸机尺寸方面的优势外,相比过去最明显的好处是产线的柔性更好。同吨位的直压式、两板式,与三板式压机的价格差异不大。直压、两板式,与三板的区别主要在于对压机基础零部件的要求更高,压机结构设计的要求也更高。

汽车

一体式压铸在汽车工厂已经有了立足点,长期而言,则可能改变汽车工厂。结合其他材料、工艺创新,一体式压铸可能让汽车像乐高一样高度集成、易拼接,使得人类工业难度极高的部门——汽车制造,变得轻而易举。




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