德国专家对于“一体化压铸车身”的新思考！

关于车身一体化压铸（Gigacasting）技术，来自德国《汽车生产》杂志曾对德国慕尼黑工业大学成型技术和铸造系主任沃尔夫拉姆-沃尔克教授进行了采访。下面一起看看专家是怎么解读的。

沃尔克教授认为一体化压铸是车身制造技术的有趣替代方案。（图：慕尼黑工业大学）

问：Gigacasting或Megacasting（一体化压铸）技术的潜力是什么，它有多新？

沃尔克教授答：新颖之处是，可以用来利用一体化压铸技术生产极其巨大的车身件。在压铸技术中，之前最大的车身铸造件是减震塔和纵梁，奥迪和宝马在其较大的车型系列中使用了这种部件。将这一技术扩展到更大的部件上，尤其是车身后底板（在这个区域，变形特别关键），这是一个勇敢的决定。当然，与此同时，这也意味着必须修改既定的材料概念。

问：以什么方式？

答：特斯拉绕过了热处理的问题。这项新技术适用于自然硬化的合金。另一方面，析出硬化合金在强度和延展性方面具有优势。对于自然硬化合金，人们会做出妥协，但反过来又可以节省后续的退火处理。对于如何掌握这种尺寸的部件因热处理而产生的变形，还没有更进一步的发现。

问：特斯拉希望利用这一工艺，最终将零件的数量减少到一个部件。这有多现实呢？

答：我有机会在一个切割面上看了看Model Y。特斯拉已经大大减少了零件的数量。然而，很显然，减少零件本身并不提供任何经济优势。这是因为必须将制造和材料成本以及投资成本作为一个整体来考虑，我们也与IAO、IFAM和IWU等多个弗劳恩霍夫研究所一起确定了这些成本。此外，一体化压铸并不能使车体本身变得更轻。一个大的部件需要相应的壁厚，同时也失去了将相应的材料特性准确放置在正确位置的机会，在很多情况下，经典的金属钣金结构是可以做到这些的。钣金件的制造成本也很低，相应的连接技术也可以很好地自动化。

问：与金属钣金结构相比，大型铝压铸件的吸引力是什么？

答：钣金结构方法，加上不同变体的点焊，已经发展了几十年，成为一个经过考验的工艺。虽然在压铸过程中，铸件厚度的下限可为2至3毫米，但对于金属钣金件来说，壁厚可低至0.7毫米。因此，Gigacasting或Megacasting既不能被归类为高效的解决方案本身，也不能被归类为轻量化的解决方案，更不能被归类为更高性能的工艺。但它是一个替代方案，为汽车车身结构中相当陈旧的技术工具箱增加了一个有趣的替代方案。一体化压铸适用于重新思考汽车车身结构，特别是着眼于电动汽车。在电动车领域，电池托盘是一个需要整合的核心和基本的新组件。因此，多年来在内燃机车车身结构上取得的进步只在有限的程度上适用于电动汽车，特别是在电动车的尾部和车辆中心区域。例如，利用特斯拉在勃兰登堡采用的绿地方法，原始设备制造商可以大大节省其电动汽车的车身结构空间。另一方面，如果着眼于棕地，则重要的是要考虑一体化铝压铸是否有意义。

问：据媒体报道，有消息称，铝压铸可能节省20%至30%的成本，尤其是因为可以减少成型压力机和焊接机器人。

答：针对这样的说法，我会很谨慎，尤其是针对焊接机器人的情况，投资会在一代型号中折旧，而在针对成型压机的情况下，折旧甚至会在三或四代型号中进行。这种技术折旧-注意，不是税收折旧-在30年内进行。因此，对于已经在现有的几代汽车中使用这些机器的原始设备制造商来说，使用这类新技术没有意义。另一方面，由于特斯拉采用了绿地方式，可以节省这些典型的车身构造投资。在总的的情况下，不继续使用早已被核销的机器在经济上是不明智的。因此，我不会认同所谓的20%至30%的成本节约。

问：用铝铸件实际可以实现的数量是多少？

答：一方面，在压铸工艺中，压铸模具的使用寿命有一个明显的限制。根据经验法则，由于存在热冲击，一个压铸模具的寿命为100,000至150,000次。另一方面，一个成型模具可以处理五到六百万个零件。因此，我们谈论的是20到30的系数。对于这种铸造密集型的解决方案，显然适合的产品数量有限。我不认为非常小的和非常大的数量在铝压铸中是非常有吸引力的。特别是，对于数百万的大规模生产，你需要大约六到七个这种昂贵的压铸模具。我们估计特斯拉的一体式车身后底板的压铸模具的重量为80至100吨。这意味着在处理和外围设备方面的巨大开支，例如为此所需的起重机的形式。此外，压铸模具带来了技术上的障碍和危险，比如：熔体的泄漏。因此，根本无法生产的风险并不低。

在汽车工业中大量使用铝。然而，使用铸造技术生产特别大的车身部件仍然是一个新的技术（图片来源：奥迪）

问：铝压铸的脆弱性如何？

答：铸造工艺要比冷成型工艺复杂许多倍。铸造的一个关键词是：废品。对于铸造工业来说，冷却是一个非常重要的问题。操作人员必须知道，废品率可能达到10%、20%甚至更多。这反过来又对车身车间的流程产生了影响，即必须储存多少车身部件，以便能够弥补车辆生产中的任何故障。

问：其他原始设备制造商也在考虑将铝铸件用于电动汽车，甚至在谈论提高车身刚度的问题。

答：重要的是这句话到底指的是什么。车身结构中的主要冲突目标必须作为一个整体来考虑。一方面是车身刚度、强度、固有频率，另一方面是碰撞性能。你拥有的组件越少，这就越限制优化的范围。采用压铸工艺，一方面有很大的优势，可以直接实现高度复杂的增强元件；另一方面也有明显的局限性，例如，在弹性模量方面不能有任何改变，而弹性模量对车辆的刚度有很大影响。与钢相比，压铸铝合金很快就会达到工程可行性的极限。因此针对这个问题，还需要提出的问题是：我们在比较什么？电动汽车在结构上看起来完全不同，出现了优化自由度的问题。特别是在用于压铸的自然硬化合金方面，这些都受到严重的限制。

问：与钢铁相比，铝的强度如何？一种材料和另一种材料的界限是什么？

答：就合金而言，其范围很广。不耐受热处理的自然硬化合金的强度约为250MPa至最高350MPa。就冲压硬化钢而言，软质深冲钢的范围是140 MPa至1,500MPa。对于钢而言，可用的材料范围要广泛得多。当然，铝变形合金也有一个可提供的范围：例如，7000系铝合金可提供约500至600Mpa的强度。

问：那么，在什么地方使用铝是有意义的，特别是在车身非常特殊的部分？关键字：碰撞性能。

答：一方面，车身底部的中心和后部是注定的。在这里，你不需要在发生碰撞时有这么高的延展性。另一方面，在车身的前端，我认为使用范围是有限的，因为考虑到前端的碰撞要求，例如，这里需要更大的延展性和韧性。然而，还应该明确的是，对于电动车来说，一方面，车身前部结构无论如何是完全不同的，例如，当电动马达被用作中置马达时。另一方面，电动汽车的电池托盘对中心地板的要求明显更高。在这里，强度比延展性更重要。当然，大型部件也会对维修的可能性和难易程度产生影响，从而最终影响成本。这里仍有一些问题需要回答。

问：因此，电池芯-底盘的方法，即电池在车身中的结构作用，正在这里定下基调？

答：由于质量密集型元件的位置较低，这种结构为驾驶动力提供了优势，因为它有助于实现低重心和良好的重量分配。电池外壳的功能整合是电动汽车车身设计的基本原则。然而，这也可以通过适当的连接操作来实现，不一定要依赖一体化压铸。

问：目前，市场上加工大型铝制部件的机器还不多。例如，一个制造商是来自意大利的意德拉。您对这种类型的机器和工艺有哪些预测？

答：意德拉目前是该领域的设备制造商之一，但也有其他设备制造商认识到这一市场的潜力。设想的机器可以达到80000千牛的锁模力，但随后会达到物理极限。目前，人们只能猜测这些机器的可使用性因素。此外，我们只会在生产过程中了解更多的故障和所谓的磨合问题。因此，整体系统的有效性目前仍是一个大问题。

问：一方面，使用铝压铸的企业可以节省车身车间的空间，因为如开头所述，需要使用的机器人较少。另一方面，这些压铸机的尺寸巨大......

答：对于一个工厂来说，铝压铸意味着相当大的空间需求。在这种情况下，一个重要的考虑是，目前压铸模具只能在起重机的帮助下进行垂直更换。更换一个重达100吨的模具，需要10至12个小时。相比之下，目前大型冲压厂的高效伺服压力机的模具更换时间在3分钟左右。对于冲压设备来说，模具可以被水平地移入和移出。而对于压铸工艺来说，压铸模具必须垂直插入，否则就会出现脱模剂的问题。针对这种情况以及每台机器只能生产一个部件的事实，可以说会造成相当大的限制。然而，一体化压铸为生产带来了推力和运动。其他OEM厂商现在也在进行更根本的思考，并在生产中实现新的自由度。我自己非常期待看到哪些概念和方案会在未来占上风。