沃爾沃希望將其未來電動汽車的大部分地板結(jié)構(gòu)鑄成一個連續(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(來源: 沃爾沃汽車)

原標(biāo)題：一體化壓鑄是否會統(tǒng)治車身制造領(lǐng)域？

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，特別針對電動車型，一體化壓鑄（gigacasting）能提供什么？

隨著電動車的興起，輕量化大行其道。由于電動汽車上的電池組很重，減重和相應(yīng)的制造工藝發(fā)展勢頭迅猛。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，這聽起來很有誘惑力。汽車生產(chǎn)商的愿景是將眾多的獨(dú)立部件，如鋼制方法中常見的那樣，減少到幾個部件，甚至是一個大部件，從而將復(fù)雜性從整個車身建造過程中剔除。

關(guān)于車身部件鋁壓鑄的第一份報告來自美國電動汽車制造商特斯拉，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（國內(nèi)稱之為一體化壓鑄）。

沃爾沃承諾通過 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解決方案設(shè)計師菲默爾所說，Megacast部件將用于新型車輛平臺的車身下體區(qū)域。他說：“將 Megacast 零件的開發(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)時間為 140 秒。

最重要的是，與傳統(tǒng)平臺相比，Megacasting具有更大的靈活性。菲默爾說：“Megacasting將能夠?yàn)槿魏萎a(chǎn)品生產(chǎn)各種底座”。特別是，沃爾沃希望通過將不同的車身部件和功能集成到一個部件中來降低復(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，多虧采用了Megacasting工藝，需要運(yùn)輸和存儲的零件更少，加工操作也減少了。

對于沃爾沃來說，這是一個加分項，在質(zhì)量方面也是如此。在OEM中可以看到另一個支持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，這種壓鑄工藝特別適合于地板中心和后部，因?yàn)樗鼈冊诎l(fā)生碰撞時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)沃爾克教授的說法，減少零件數(shù)量本身并不帶來任何經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。此外，也并不能使車身變輕。在接受德國《汽車生產(chǎn)》雜志采訪時，他解釋說：“一個大型部件需要相應(yīng)的壁厚，同時你也失去了將相應(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。”

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，并通過這種工藝?yán)@過了熱處理。根據(jù)沃爾克教授的說法，對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，還沒有深刻的認(rèn)識。沃爾克教授解釋說，雖然壓鑄時，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，如今軟質(zhì)深沖鋼的強(qiáng)度在140至1,500MPa之間。相比之下，無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到了大型部件鑄造后的變形問題。因此，有必要使用一種能夠提供部件所需性能的合金，而無須進(jìn)行熱處理。沃爾沃公司目前正在測試不同的合金，以滿足對成本、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，其成本與一個平臺或模型周期更新一套工具或設(shè)備不可同日而語。他說，Megacasting 是一項具有“長壽命”的投資，將支持許多新的電動汽車生命周期。

據(jù)媒體報道，通過采用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，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中完成。這種技術(shù)折舊的期限為30年。"對于已經(jīng)在現(xiàn)有的幾代汽車中使用這些機(jī)器的OEM來說，使用新技術(shù)沒有意義，"這位代工專家說。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。

Gigacasting縮小了件數(shù)范圍

當(dāng)被問及合理的生產(chǎn)數(shù)量時，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10萬至15萬次。"沃爾克強(qiáng)調(diào)說："另一方面，一個成型工具可以處理五到六百萬個零件。因此，我們談?wù)摰氖?0到30的系數(shù)。" 據(jù)這位專家說，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)都沒有吸引力。特別是，對于數(shù)百萬范圍的大規(guī)模生產(chǎn)，需要大約六到七個昂貴的壓鑄模具。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。

對于汽車廠來說，Gigacasting也意味著對空間的巨大需求。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)沃爾克教授的說法，更換重達(dá)100噸的模具需要10至12個小時。相比之下，目前大型沖壓廠的高效伺服壓機(jī)的換模時間在三分鐘左右。

沃爾克教授最后總結(jié)說，無論是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，這個話題為生產(chǎn)帶來了動力和激情。Gigacasting適用于重新思考汽車車身結(jié)構(gòu)，特別是著眼于電動汽車。因此，看到哪些概念將在未來占上風(fēng)，這仍然令人激動。

在Gigacasting中，熔化鋁被注入一個模具中，一個沖頭以幾噸的壓力將熔液壓成形狀，然后冷卻（來源: 沃爾沃汽車）

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