圖1 3D模型

本篇技術文章基于Hüttenes-Albertus（以下簡稱HA集團）與Laempe的合作，該合作成果曾由Franz Friedrich Butz（HA集團）和Rudolf Wintgens（Laempe Mössner Sinto有限公司）在“2024年新制造世界”大會和“2025造型材料論壇”上展示。

汽車行業(yè)多年來經(jīng)歷著重大轉型，其特點尤其體現(xiàn)在動力系統(tǒng)的多元化。隨之而來的是對減重日益增長的需求，這導致鋁合金鑄件在車身制造中的應用顯著增加。這一快速發(fā)展催生了日益復雜和大型化的功能集成式結構鑄件。

大型一體化壓鑄技術（MEGA/GIGA casting）使得生產(chǎn)極其大型的部件成為可能，該技術采用壓鑄工藝。

這種用于結構部件的高性能制造工藝在過去幾年中已經(jīng)確立，并發(fā)展成為先前鋼板車身制造方法的一個有趣替代方案。然而，它也帶來了重大挑戰(zhàn)，包括高昂的投資成本、較長的設置時間和模具壽命、有限的部件設計以及相應的維修和保險問題。

砂型鑄造提供了一種替代性的、高效的且在技術上具有優(yōu)勢的工藝。該工藝尤其在中型批量生產(chǎn)中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

鑄造化學專家HA集團與制芯設備技術專家Laempe之間的一個合作項目表明，在該工藝中同樣可以實現(xiàn)新思維和新方法。

圖2 鑄件

大型砂型鑄造研究

在一項創(chuàng)新研究中，兩家市場領導者與一家數(shù)字成本分析專家共同研究了砂型鑄造在車身制造中的潛力。

該研究包括一個使用低壓組芯鑄造工藝制造豪華車輛后車架的概念 [圖1, 2]。

研究還提供了與壓鑄工藝在經(jīng)濟性和生態(tài)性方面的比較。結果表明，砂型鑄造可以成為壓鑄的有效替代方案，尤其是在設計復雜性、功能集成靈活性以及部件尺寸方面需求日益增加的情況下。

圖3 砂型/芯組爆炸視圖

采用射芯工藝制造砂型鑄件

砂型采用射芯工藝制造，也可選擇通過3D砂型打印制造。石英砂通常用作標準造型材料。使用特殊造型材料和粘結劑系統(tǒng)以實現(xiàn)鑄件的特定性能也輕而易舉。成熟的射芯工藝確保了鑄件的高尺寸精度和穩(wěn)定性。

此外，使用內(nèi)部砂芯可以精確復制倒扣和任何復雜的空腔 [圖3]。

在鑄造廠，砂型和砂芯通過搬運機器人自動組裝，確保了高工藝可靠性和效率。

芯組到澆注廠的運輸和存儲路線也是自動化的，確保持續(xù)且經(jīng)濟高效的生產(chǎn)。

射芯工藝的另一個優(yōu)勢是生產(chǎn)過程的靈活性。模具更換可以在生產(chǎn)周期內(nèi)進行，原型件可以直接在系列鑄造中生產(chǎn)。

將增材制造用于砂芯和砂型生產(chǎn)帶來了額外的靈活性和非凡的設計自由度，因為3D打印沒有模具相關的限制 [圖4]。

圖4：砂型橫截面（3D打?。?/span>

使用可消失的砂芯使得能夠?qū)崿F(xiàn)中空結構和倒扣的復雜幾何形狀，這些是無法通過壓鑄生產(chǎn)的。這也使得諸如包到開體（cell-to-pack）解決方案等創(chuàng)新概念得以實現(xiàn)。

在澆注過程中，帶有集成永久模部分的旋轉運輸托盤通過輥道將芯組運送到低壓鑄造機。通過一個或多個升液管實現(xiàn)壓力輔助的層流充型。與壓鑄相比，低壓鑄造工藝憑借定向凝固在材料特性方面具有優(yōu)勢，并且在砂子、粘結劑和涂料的變化方面提供了進一步的技術激勵。

成本效益與穩(wěn)定工藝

工藝成熟后，對該概念部件進行了成本基準測試，并使用成本分析進行了評估。基礎是年產(chǎn)25萬件，持續(xù)7年。

工廠技術的投資成本比大型一體化壓鑄低約30%。單件制造成本與大型一體化壓鑄相當。對于較小批量的生產(chǎn)，由于模具成本顯著降低，砂型鑄造工藝相比壓鑄具有顯著的成本優(yōu)勢。

部件的材料性能和壁厚也處于相似水平。通過層流充型和定向凝固可以生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄件。避免了壓鑄中的拉傷或粘模點等挑戰(zhàn)。

優(yōu)勢一覽

大型砂型鑄造不僅在技術上，而且在經(jīng)濟上都具有吸引力：

多種規(guī)格的射芯機可供選擇：該技術已準備就緒，可用于大型部件。

成熟的組芯工藝：鑄造廠已熟悉相關流程。

現(xiàn)有基礎設施：大部分外圍和制造設備已經(jīng)到位。

通過3D砂型打印實現(xiàn)無模具生產(chǎn)：可以靈活且?guī)缀醭杀局辛⒌厣a(chǎn)單件和小批量產(chǎn)品。

特殊輪廓的實現(xiàn)：增材制造可以實現(xiàn)傳統(tǒng)模具無法實現(xiàn)的幾何形狀。

自動化制造流程：機器人和物流系統(tǒng)的使用確保持續(xù)的質(zhì)量，且對人員依賴度低。

未來無極限

汽車鑄造領域的轉型給鑄造行業(yè)的企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，我們必須以創(chuàng)新的解決方案來應對。生態(tài)出行需要輕量化和高效率，以最小化二氧化碳排放并優(yōu)化資源利用。同時，“形式追隨功能”的原則要求最大的設計自由度，這通常是永久模束縛的壓鑄工藝無法實現(xiàn)的。

數(shù)字化的推進和軟件定義汽車（SDV）的發(fā)展對結構部件提出了新的要求。集成部件在實現(xiàn)功能性和重量效率優(yōu)化的設計中起著決定性作用。新的車輛概念，如包到開體架構和先進的電池單元，也需要能夠適應不斷變化的市場需求的靈活制造技術。

另一個決定性因素是人工智能的應用，它可以加速技術發(fā)展并顯著縮短開發(fā)時間。那些擁有高度生產(chǎn)靈活性并能快速響應新市場需求的企業(yè)將在長期內(nèi)獲得競爭優(yōu)勢。同時，技術工人的資格認證和培養(yǎng)變得越來越重要。只有擁有專業(yè)化和訓練有素的員工，企業(yè)才能保持其創(chuàng)新能力，并創(chuàng)造有吸引力的、面向未來的工作崗位。

結論

HA和Laempe的合作項目清晰地展示了大型砂型鑄造在汽車輕量化結構方面的巨大潛力。通過此工藝，鑄造廠不僅獲得了大型一體化壓鑄的經(jīng)濟替代方案，也獲得了新的業(yè)務視角。通過創(chuàng)新技術和協(xié)作伙伴關系，HA和Laempe支持該行業(yè)開發(fā)可持續(xù)且靈活的解決方案。
汽車制造的未來以新材料、生產(chǎn)方法和數(shù)字化為特征——憑借大型砂型鑄造，可能向高效靈活的制造邁出決定性的一步。

Hüttenes-Albertus（HA集團）

HA集團是全球領先的鑄造用化學品制造商。這家擁有100多年歷史的家族企業(yè)專注于研究、現(xiàn)代技術以及與客戶和合作伙伴的緊密合作，以開發(fā)前瞻性解決方案。HA集團提供用于砂型和砂芯生產(chǎn)的高品質(zhì)材料以及全面的服務。HA集團在全球30多個國家擁有約1800名員工，擁有自己的生產(chǎn)基地、實驗室和銷售公司，形成了強大的國際網(wǎng)絡。

https://www.ha-group.com

Laempe Mössner Sinto有限公司

Laempe Mössner Sinto有限公司是全球鑄造行業(yè)制芯技術的市場領導者，提供全面的機器、自動化解決方案和服務組合。自1980年成立以來，公司通過創(chuàng)新和專業(yè)知識不斷發(fā)展。除了自動射芯機、混砂機和控制系統(tǒng)，Laempe還根據(jù)客戶需求實施交鑰匙芯部車間。公司服務于眾多行業(yè)，包括汽車、機械工程和電機制造業(yè)。Laempe在全球擁有約300名員工、自己的銷售辦事處和25家合作伙伴，提供一流的服務和全球支持。

https://www.laempe.com

本文轉載自：鑄造星球