【汽车材料】一体化压铸是近年来铸造行业最具创新性的发展之一。这种通过压铸工艺制造大型铝制结构部件的过程正在全球范围内日益重要。
大型一体化压铸的产业背景
当前，汽车产业已步入电动化与智能化转型的关键攻坚阶段。在此形势下，整车企业遭遇了两大棘手难题：其一，怎样削减整车制造成本，从而在价格战中脱颖而出、占据有利地位；其二，怎样增强车辆的性能与可靠性，进而在用户体验方面打造出独特优势。而大型一体化压铸技术（后文简称“一体化压铸”）的应运而生，恰好为这两大难题提供了有效的解决方案。
和传统白车身需要焊接拼装数百个零件不同，一体化压铸借助超大型压铸机，直接压铸出车身大部件，把零部件数量从数百个锐减至几十个甚至个位数。以特斯拉Model Y为例，其后底板运用6000吨级压铸机生产出一体化部件，将原本的70多个零件整合为1个，生产时间得以大幅压缩。这种生产模式不仅提高了生产效率，还优化了车身的刚性与耐撞性。
可见，采用大型铸造技术的原始设备制造商的目标是用单个部件取代由众多单独部件组成的复杂组件。这不仅能够减轻重量、降低成本，还能简化生产流程。后车架已成为一体化中的标准产品。单件铸造的电池框架也日益重要。用单个大型部件替代组件，可大大降低生产成本。此外，压铸工艺的优势还能够实现复杂的几何形状和相应的功能整合。
欧洲Thatcham Research近期开展的一项为期两年的研究显示，采用Megacasting工艺的车身在碰撞试验中成绩优异，维修的可行性也在不断提高。这一结果，让原本对维修成本心存疑虑的保险机构和消费者，开始重新审视一体化压铸技术的价值。
但从设计者的角度来看，这种发展意味着什么呢？
开发一体化压铸件时面临的挑战
一体化大型铸件的开发带来了许多新的挑战。这些部件的设计不仅需要整合传统组件的多样化要求和功能，还必须考虑压铸工艺的具体情况。
由于一体化大型铸件是完全崭新的产品，没有先例可循，因此没有经验可借鉴。因此，设计人员必须制定新的技术规范，作为仿真模型的基础。这些模型涵盖各种负载情况，包括工作负载、后部和侧部碰撞以及 NVH（噪音、振动、粗糙度）。
特别要注意将原始组件的不同功能和要求整合到一个部件中。这些要求涉及机械特性、与相邻部件的接口以及具体的制造限制。
拓扑优化和细分建模使复杂形状的创建变得直观
设计工程师的工作基于对产品负载情况和可用安装空间进行模拟，以获得最佳拓扑结构。这是确保材料只用于需要的地方的一个关键步骤。在随后的 CAD 数据推导过程中，某德国知名一级供应商公司多年来成功地采用了细分建模技术，这是一种来自计算机和电影行业的技术，可大大简化几何形状的创建和优化。细分建模使设计师能够直观、高效地创建复杂的形状。这对一体化大型铸件尤为重要，因为最佳几何形状对结构安全性和可制造性起着至关重要的作用。此外，该方法还允许快速适应变化的要求，从而提高了开发过程的灵活性。除了缩短开发时间外，还显著减轻了重量。
制造设计是一体化大型铸件开发中的另一个关键要素。在开发的早期阶段，就必须通过迭代过程同时考虑功能和铸造技术要求。在此过程中，并行仿真循环对于确保部件的可制造性起着至关重要的作用。
铸造仿真有助于发现潜在的问题，如气泡、材料缺陷或模具填充不足。这些信息将用于优化部件几何形状，最终形成符合汽车行业高质量和安全要求的最终产品。
设计师任务范围的扩展
一体化大型铸造件的复杂性也从根本上改变了设计师的职责范围。过去，一位设计师独自承担全部责任，但如今已不再可能。
开发需要至少四名设计师的协作。其中两名设计师专注于部件几何形状，另一名负责铸造系统的设计，第四名负责设计压铸模具。结构化的模型结构和有针对性的仿真模型为这种团队合作提供了支持。
除了团队合作之外，设计师技能的进一步发展也至关重要。开发人员必须不断学习新技术和新方法，以满足日益增长的需求。这不仅包括技术知识，还包括组织和沟通技巧，以协调不同部门之间的协作。
对模具和材料的新要求
更大的部件也给模具和材料带来了新的挑战。例如，必须开发新的真空、滑阀和温度控制方案。熔体的长流道仅允许较低的保压，需要创新的方法。此外，工具必须设计得易于维护，以最大限度地减少停机时间。
材料选择也是一个重要方面。适用于一体化压铸的铝合金应具有高强度和良好的铸造性。同时，它们还必须满足耐腐蚀和可回收性的要求。设计师需要将材料特性与部件的几何形状要求进行精确匹配，并针对流动特性、公差和强度之间的相互作用开发最佳解决方案。
通过一体化压铸提高效率
尽管大型铸造组件高度复杂，但其开发总体而言非常高效。所有流程都集中在一个组件上，无需开发、生产和存储大量单个部件。这不仅降低了生产成本，还显著简化了原始设备制造商的管理流程。
另一个优势是缩短了开发时间。通过采用现代化方法和优化的制造工艺，从最初的概念构思到批量生产的时间可以显著缩短。这为原始设备制造商带来了决定性的竞争优势，尤其是在创新周期快速的市场中。
总结
一体化压铸技术为设计师带来了诸多新挑战，同时也为汽车行业带来了巨大的机遇。这些挑战可以通过拓扑优化、细分建模和紧密的团队合作等创新方法克服。通过替代复杂的组件，一体化压铸技术能够提升效率，使其成为一项具有巨大未来潜力的突破性技术。此外，一体化压铸技术通过优化材料使用和简化回收利用，为可持续发展做出了重要贡献。因此，汽车行业正面临一场激动人心的转型，这将从根本上重新定义设计师的角色。
来源：德赢轻量化技术、工业前沿观察
【汽车材料】一体化压铸是近年来铸造行业最具创新性的发展之一。这种通过压铸工艺制造大型铝制结构部件的过程正在全球范围内日益重要。
大型一体化压铸的产业背景
大型一体化压铸的产业背景
当前，汽车产业已步入电动化与智能化转型的关键攻坚阶段。在此形势下，整车企业遭遇了两大棘手难题：其一，怎样削减整车制造成本，从而在价格战中脱颖而出、占据有利地位；其二，怎样增强车辆的性能与可靠性，进而在用户体验方面打造出独特优势。而大型一体化压铸技术（后文简称“一体化压铸”）的应运而生，恰好为这两大难题提供了有效的解决方案。
和传统白车身需要焊接拼装数百个零件不同，一体化压铸借助超大型压铸机，直接压铸出车身大部件，把零部件数量从数百个锐减至几十个甚至个位数。以特斯拉Model Y为例，其后底板运用6000吨级压铸机生产出一体化部件，将原本的70多个零件整合为1个，生产时间得以大幅压缩。这种生产模式不仅提高了生产效率，还优化了车身的刚性与耐撞性。
可见，采用大型铸造技术的原始设备制造商的目标是用单个部件取代由众多单独部件组成的复杂组件。这不仅能够减轻重量、降低成本，还能简化生产流程。后车架已成为一体化中的标准产品。单件铸造的电池框架也日益重要。用单个大型部件替代组件，可大大降低生产成本。此外，压铸工艺的优势还能够实现复杂的几何形状和相应的功能整合。
欧洲Thatcham Research近期开展的一项为期两年的研究显示，采用Megacasting工艺的车身在碰撞试验中成绩优异，维修的可行性也在不断提高。这一结果，让原本对维修成本心存疑虑的保险机构和消费者，开始重新审视一体化压铸技术的价值。
但从设计者的角度来看，这种发展意味着什么呢？
开发一体化压铸件时面临的挑战
一体化大型铸件的开发带来了许多新的挑战。这些部件的设计不仅需要整合传统组件的多样化要求和功能，还必须考虑压铸工艺的具体情况。
由于一体化大型铸件是完全崭新的产品，没有先例可循，因此没有经验可借鉴。因此，设计人员必须制定新的技术规范，作为仿真模型的基础。这些模型涵盖各种负载情况，包括工作负载、后部和侧部碰撞以及 NVH（噪音、振动、粗糙度）。
特别要注意将原始组件的不同功能和要求整合到一个部件中。这些要求涉及机械特性、与相邻部件的接口以及具体的制造限制。
拓扑优化和细分建模使复杂形状的创建变得直观
设计工程师的工作基于对产品负载情况和可用安装空间进行模拟，以获得最佳拓扑结构。这是确保材料只用于需要的地方的一个关键步骤。在随后的 CAD 数据推导过程中，某德国知名一级供应商公司多年来成功地采用了细分建模技术，这是一种来自计算机和电影行业的技术，可大大简化几何形状的创建和优化。细分建模使设计师能够直观、高效地创建复杂的形状。这对一体化大型铸件尤为重要，因为最佳几何形状对结构安全性和可制造性起着至关重要的作用。此外，该方法还允许快速适应变化的要求，从而提高了开发过程的灵活性。除了缩短开发时间外，还显著减轻了重量。
制造设计是一体化大型铸件开发中的另一个关键要素。在开发的早期阶段，就必须通过迭代过程同时考虑功能和铸造技术要求。在此过程中，并行仿真循环对于确保部件的可制造性起着至关重要的作用。
铸造仿真有助于发现潜在的问题，如气泡、材料缺陷或模具填充不足。这些信息将用于优化部件几何形状，最终形成符合汽车行业高质量和安全要求的最终产品。
设计师任务范围的扩展
一体化大型铸造件的复杂性也从根本上改变了设计师的职责范围。过去，一位设计师独自承担全部责任，但如今已不再可能。
开发需要至少四名设计师的协作。其中两名设计师专注于部件几何形状，另一名负责铸造系统的设计，第四名负责设计压铸模具。结构化的模型结构和有针对性的仿真模型为这种团队合作提供了支持。
除了团队合作之外，设计师技能的进一步发展也至关重要。开发人员必须不断学习新技术和新方法，以满足日益增长的需求。这不仅包括技术知识，还包括组织和沟通技巧，以协调不同部门之间的协作。
对模具和材料的新要求
更大的部件也给模具和材料带来了新的挑战。例如，必须开发新的真空、滑阀和温度控制方案。熔体的长流道仅允许较低的保压，需要创新的方法。此外，工具必须设计得易于维护，以最大限度地减少停机时间。
材料选择也是一个重要方面。适用于一体化压铸的铝合金应具有高强度和良好的铸造性。同时，它们还必须满足耐腐蚀和可回收性的要求。设计师需要将材料特性与部件的几何形状要求进行精确匹配，并针对流动特性、公差和强度之间的相互作用开发最佳解决方案。
通过一体化压铸提高效率
尽管大型铸造组件高度复杂，但其开发总体而言非常高效。所有流程都集中在一个组件上，无需开发、生产和存储大量单个部件。这不仅降低了生产成本，还显著简化了原始设备制造商的管理流程。
另一个优势是缩短了开发时间。通过采用现代化方法和优化的制造工艺，从最初的概念构思到批量生产的时间可以显著缩短。这为原始设备制造商带来了决定性的竞争优势，尤其是在创新周期快速的市场中。
总结
一体化压铸技术为设计师带来了诸多新挑战，同时也为汽车行业带来了巨大的机遇。这些挑战可以通过拓扑优化、细分建模和紧密的团队合作等创新方法克服。通过替代复杂的组件，一体化压铸技术能够提升效率，使其成为一项具有巨大未来潜力的突破性技术。此外，一体化压铸技术通过优化材料使用和简化回收利用，为可持续发展做出了重要贡献。因此，汽车行业正面临一场激动人心的转型，这将从根本上重新定义设计师的角色。
