導(dǎo)讀：使用鋁壓鑄工藝生產(chǎn)的車身部件，旨在降低復(fù)雜性、重量和最終成本。汽車生產(chǎn)商：特斯拉和沃爾沃，將此視為未來(lái)，特別針對(duì)電動(dòng)車型，一體化壓鑄（gigacasting）能提供什么？
沃爾沃，希望將其未來(lái)電動(dòng)汽車的大部分地板結(jié)構(gòu)鑄成一個(gè)連續(xù)鋁制部件，并為此在其位于托爾斯蘭達(dá)的主要工廠投資了相當(dāng)多的資金。 隨著電動(dòng)車的興起，輕量化大行其道。
由于電動(dòng)汽車上的電池組很重，減重和相應(yīng)的制造工藝發(fā)展勢(shì)頭迅猛。使用鋁壓鑄工藝，生產(chǎn)大型車身部件正在為汽車制造提供新的動(dòng)力。在汽車制造中，到目前為止，該工藝更多的是用于生產(chǎn)底盤部件，如：懸掛支柱圓頂或縱向構(gòu)件。將某些鋁合金制成的整個(gè)車身部件，在高壓下鑄入模具，并在凝固后進(jìn)一步加工，這聽(tīng)起來(lái)很有誘惑力。
汽車生產(chǎn)商的愿景是將眾多的獨(dú)立部件，如：鋼制方法中常見(jiàn)的那樣，減少到幾個(gè)部件，甚至是一個(gè)大部件，從而將復(fù)雜性從整個(gè)車身建造過(guò)程中剔除。關(guān)于車身部件鋁壓鑄的第一份報(bào)告，來(lái)自美國(guó)電動(dòng)汽車制造商特斯拉，該公司稱這種工藝為Gigacasting。特斯拉將這種工藝用于Model Y型車的后地板，這需要巨大的設(shè)備，模具重量在80至100噸之間。這些系統(tǒng)尺寸巨大，壓鑄機(jī)長(zhǎng)達(dá)20米，高和寬達(dá)數(shù)米。
這一領(lǐng)域的早期專家是意大利機(jī)器制造商意德拉，該公司將其加工系統(tǒng)稱為Giga Press（國(guó)內(nèi)稱之為一體化壓鑄）。
一、沃爾沃承諾通過(guò) Megacasting 實(shí)現(xiàn)更高的靈活性
沃爾沃汽車公司則宣布，將在其位于瑞典托斯蘭達(dá)的主要工廠引入鋁壓鑄技術(shù)。從2025年起，未來(lái)幾代E型車的車身下體結(jié)構(gòu)，將在這里采用壓鑄工藝生產(chǎn)。
沃爾沃稱這一過(guò)程為Megacasting（巨型鑄造）。
沃爾沃正在哥德堡附近投資約10億歐元用于生產(chǎn)，這將用于新的電池組裝配線，升級(jí)涂裝、物流和車輛裝配，以及鋁壓鑄。正如沃爾沃汽車公司車輛平臺(tái)解決方案設(shè)計(jì)師，菲默爾所說(shuō)，Megacast部件將用于新型車輛平臺(tái)的車身下體區(qū)域。他說(shuō)：“將 Megacast 零件的開(kāi)發(fā)和使用重點(diǎn)放在車身的這一部分是有意義的?！?
看看所需的座椅、懸架和動(dòng)力總成配置就知道。生產(chǎn)這些部件的相應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)提供55,000噸的年產(chǎn)能，每層的循環(huán)時(shí)間為140秒。最重要的是，與傳統(tǒng)平臺(tái)相比，Megacasting具有更大的靈活性。菲默爾說(shuō)：“Megacasting將能夠?yàn)槿魏萎a(chǎn)品生產(chǎn)各種底座”。特別是，沃爾沃希望通過(guò)將不同的車身部件和功能集成到一個(gè)部件中來(lái)降低復(fù)雜性。
特斯拉希望做到 70 比 1 的減比，但，沃爾沃希望達(dá)到 100 比 1 的縮減比例。菲默爾解釋說(shuō)，多虧采用了Megacasting工藝，需要運(yùn)輸和存儲(chǔ)的零件更少，加工操作也減少了。對(duì)于沃爾沃來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)加分項(xiàng)，在質(zhì)量方面也是如此。
在OEM中可以看到另一個(gè)支持Megacasting的論據(jù)是再生鋁的使用率很高。鋁鑄件中使用的所有材料都應(yīng)在熔爐現(xiàn)場(chǎng)回收。而在鋼鐵加工中，必須先將剩余的廢鋼送回加工成新的卷材，然后再裝運(yùn)。
據(jù)德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)成型技術(shù)和鑄造工程系主任沃爾克教授說(shuō)，這種壓鑄工藝特別適合于地板中心和后部，因?yàn)樗鼈冊(cè)诎l(fā)生碰撞時(shí)不需要這么高的延展性。
他認(rèn)為這種工藝在車身前面的用途有限。
根據(jù)沃爾克教授的說(shuō)法，減少零件數(shù)量本身并不帶來(lái)任何經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。此外，也并不能使車身變輕。在接受德國(guó)《汽車生產(chǎn)》雜志采訪時(shí)，他解釋說(shuō)："一個(gè)大型部件需要相應(yīng)的壁厚，同時(shí)你也失去了將相應(yīng)的材料特性帶到準(zhǔn)確位置的可能性，而在很多情況下，經(jīng)典的金屬板外殼結(jié)構(gòu)是可以做到的。
二、鈑金外殼允許更小的壁厚
特斯拉使用自硬化合金生產(chǎn)后排地板，并通過(guò)這種工藝?yán)@過(guò)了熱處理。根據(jù)沃爾克教授的說(shuō)法，對(duì)于如何使這種尺寸的部件的熱處理產(chǎn)生的變形得到控制，還沒(méi)有深刻的認(rèn)識(shí)。
沃爾克教授解釋說(shuō)，雖然壓鑄時(shí)，假定板材厚度的下限為2至3毫米，但板材外殼的壁厚可能低至0.7毫米。據(jù)他說(shuō)，如今軟質(zhì)深沖鋼的強(qiáng)度在140至1,500MPa之間。相比之下，無(wú)須熱處理的自硬化鋁合金的強(qiáng)度最多只有250至350MPa左右，而鍛造鋁合金的強(qiáng)度則可以達(dá)到500至600MPa。
沃爾沃公司的專家，菲默爾也意識(shí)到了大型部件鑄造后的變形問(wèn)題。因此，有必要使用一種能夠提供部件所需性能的合金，而無(wú)須進(jìn)行熱處理。沃爾沃公司目前正在測(cè)試不同的合金，以滿足對(duì)成本、延展性和強(qiáng)度的要求。沃爾沃將相應(yīng)的混合物稱為F-Temper合金。
菲默爾指出，其成本與一個(gè)平臺(tái)或模型周期更新一套工具或設(shè)備不可同日而語(yǔ)。他說(shuō)，Megacasting 是一項(xiàng)具有“長(zhǎng)壽命”的投資，將支持許多新的電動(dòng)汽車生命周期。
據(jù)媒體報(bào)道，通過(guò)采用Gigacasting，特斯拉有可能節(jié)省 20% 至 30% 的費(fèi)用。成本降低據(jù)說(shuō)主要是由于減少使用成型沖壓機(jī)和焊接機(jī)器人而實(shí)現(xiàn)的。
慕尼黑工業(yè)大學(xué)的沃爾克教授則警告說(shuō)，應(yīng)該謹(jǐn)慎地看待這些數(shù)字。特別是在采用焊接機(jī)器人的情況下，投資在一代型號(hào)中折舊；而在采用成型沖壓機(jī)的情況下，折舊則在三或四代型號(hào)中完成。這種技術(shù)折舊的期限為30年。
“對(duì)于已經(jīng)在現(xiàn)有的幾代汽車中使用這些機(jī)器的OEM來(lái)說(shuō)，使用新技術(shù)沒(méi)有意義，”這位代工專家說(shuō)。另一方面，由于采用了綠地方式，特斯拉可以節(jié)省典型的殼構(gòu)造投資。
三、Gigacasting縮小了件數(shù)范圍
當(dāng)被問(wèn)及合理的生產(chǎn)數(shù)量時(shí)，沃爾克教授提到了壓鑄模具的使用壽命："由于熱沖擊，經(jīng)驗(yàn)法則是壓鑄模具的使用壽命為10萬(wàn)至15萬(wàn)次。"沃爾克強(qiáng)調(diào)說(shuō)："另一方面，一個(gè)成型工具可以處理五到六百萬(wàn)個(gè)零件。因此，我們談?wù)摰氖?0到30的系數(shù)。"
據(jù)這位專家說(shuō)，基于此，這種鑄造密集型解決方案的件數(shù)顯然是有限的：因此，他認(rèn)為，在鋁壓鑄中，非常小的件數(shù)和非常大的件數(shù)都沒(méi)有吸引力。特別是，對(duì)于數(shù)百萬(wàn)范圍的大規(guī)模生產(chǎn)，需要大約六到七個(gè)昂貴的壓鑄模具。該專家還指出，鑄造工藝比冷成型工藝更復(fù)雜，而且廢品率高，很可能達(dá)到20%或更高。
對(duì)于汽車廠來(lái)說(shuō)，Gigacasting也意味著對(duì)空間的巨大需求。目前，壓鑄模具只能在起重機(jī)的幫助下進(jìn)行垂直更換。
根據(jù)沃爾克教授的說(shuō)法，更換重達(dá)100噸的模具需要10至12個(gè)小時(shí)。相比之下，目前大型沖壓廠的高效伺服壓機(jī)的換模時(shí)間在三分鐘左右。
沃爾克教授最后總結(jié)說(shuō)：無(wú)論是Gigacasting還是Megacasting既不能被歸類為高效的解決方案本身，也不能被歸類為輕量化解決方案，更不能被歸類為更高性能的工藝。
然而，這個(gè)話題為生產(chǎn)帶來(lái)了動(dòng)力和激情。Gigacasting適用于重新思考汽車車身結(jié)構(gòu)，特別是著眼于電動(dòng)汽車。因此，看到哪些概念將在未來(lái)占上風(fēng)，這仍然令人激動(dòng)。
在Gigacasting中，熔化鋁被注入一個(gè)模具中，一個(gè)沖頭以幾噸的壓力將熔液壓成形狀，然后冷卻。（來(lái)源: 沃爾沃汽車）
