直播精彩内容剪辑将陆续在视频号发布

扫描下方图片二维码，敬请关注！

Q & A

专家视角

DR. YE

叶又 博士
 

泛亚汽车技术中心

金属材料及紧固件高级技术经理

我想从源头 - 主机厂的产品设计谈起，毕竟主机厂的想法和决定对这个行业的发展至关重要。对于大型一体化铸件，现在各类专业的非专业的介绍已经非常多，大多谈的是优势，如轻量化、集成化、产业链精简、开发高效等，我这里就不想多谈。主要谈几个问题和我的思考。

第一点，大铸件力学性能早期获取问题。现在从产品设计到量产时间越来越短，前期设计评审越来越依赖CAE仿真，大家知道材料参数的准确对各类仿真分析的准确性至关重要，我们目前车身结构件使用的绝大多数金属材料，如钢板、铝板、型材、锻件都是事先通过试板级别的实验测得各类性能数据，用于零部件整车CAE仿真，具有极高的置信度。但这种做法对大型压铸件是行不通的，目前可能的做法就是放大设计冗余，加大安全系数。有什么更好的解决方法吗？我认为，目前计算材料科学已经建立了成分-工艺-组织-性能的定量关系，并可以计算出理想条件下铸件的部分力学性能。那么结合我们现在的铸造仿真分析软件，是否可以在模拟凝固冷却后的组织及缺陷，如晶粒大小、枝晶、成份分布、夹杂、偏析、气孔、缩松等基础上，计算出铸件的各类力学性能呢？用以支持我们产品设计的CAE仿真分析。当然，这方面工作也需要材料、模具、压铸工艺的早期介入，但核心还是需要软件能开发出这样的计算功能，并具有足够的精度。

第二点，大铸件成本问题。就单件成本来讲，目前大型一体化铸件不具备成本优势。以中型车后地板为例，大铸件重70KG，以每公斤55元价格计算，单件成本约3850元，而同样部位设计采用传统钢板冲压加焊装，重约100KG，加上各类焊接连接费用，单件总成约2000元。若再考虑模具寿命以及合格率等的差距，则单件价差将更大。但是我对大铸件价格降低还是有信心的，一方面，压铸结构件的价格最近几年开始有了大幅度的下降，随着大量投资的进入，竞争加剧，未来应该还能有一定降本空间。另一方面，从零件功能角度，大铸件许多部位是不需要2-3mm厚度的，期望随着材料铸造性能、压铸装备、工艺水平的提升，壁厚能不能做得更薄，这方面降本的想象空间更大。

第三点，大铸件售后维修问题。前段时间有媒体报道modelY倒车碰撞损坏大铸件，更换费用超过二十万，引发了大众对大铸件售后的担忧。我想特斯拉选择后地板作为大铸件切入点，售后维修问题应该算是一个考量点，毕竟后端维修特别是大修的几率相对要小很多。但如果真的局部损坏要维修了，相比整体更换是不是有更好的解决办法呢？目前铝合金3D打印技术日趋成熟，不少产品的强度延伸率已经达到甚至超过现在的压铸产品，结合合适的焊接方法，如CMT冷金属过渡焊接技术等等，焊接热输入较小，可以较好地避免对原铸件组织性能的影响，可能是一种比较经济可靠的解决方法，值得深入研究。

首先需要指出的是，我们不要去神话这个产品。一体化铸件仅仅是车身零部件众多设计方案中的一种，也并没有给客户带来新的功能提升，它最大的优势可能在于产品开发周期的缩短和产业链的缩短，高科技的光环。另外一个优点，铸造工艺几乎可以实现任意形状特征的设计，这也使零部件一体化集成化成为可能，这也是现有能实现经济量产规模的其他制造工艺所不具备的。大家注意，优势这里我并没有强调轻量化，因为从专业角度讲，铸铝的重量效率并不高，铝板拼接设计会更轻。

劣势方面，除了前面提到的成本，维修等问题，我想从设计与制造两方面再补充谈谈。从产品设计角度，多片拼接的设计，可选择的材料众多，强度从200-2000MPA，厚度从0.5mm-3mm，有丰富的设计优化空间，以实现重量、成本、性能平衡最优，这方面一体化压铸件显然是无法做到的。还有个显而易见的问题就是相比多件金属拼接的设计，大铸件的设计变更成本会很高，这个虽然会随着CAE仿真能力的提升而有所缓解，设计变更成本更高是肯定的。

从产品制造角度讲，压铸过程也要比传统冲压复杂难得多，这个问题可以这么来理解，冲压过程变化的主要是形状，从平板到零件，性能基本是不变的。而压铸过程变的不仅是形状，组织和性能也发生了质的变化，并且主要是发生在几秒凝固冷却时间内，这种极短时间内微观组织的变化，让我们这些以宏观尺度来解决问题的工程师感到非常痛苦，好比我们今天对付这个病毒，我们能上天入地，能建三峡大坝，但小小的微生物却让我们头疼万分。

压铸车身结构件成熟应用已超过二十年，国内大量使用也已近十年，典型车型如凯迪拉克CT6，目前普遍采用的是真空压铸+热处理工艺，性能基本可以达到屈服120MPA，抗拉200MPA，延伸率10%以上（铸件本体取样）。由于大型一体化铸件热处理变形问题，免热处理材料可能是目前一种比较好的解决方案。

首先我们需要理解为什么过去压铸结构件一直在使用热处理工艺，热处理工艺到底能给我们带来什么好处？热处理过程除了可以优化材料性能，还可以改善压铸非平衡凝固过程引起的内应力、组织及成分分布的不均匀，前者大家都明白，后者往往被忽视。实际上，十几年前商业化的免热处理材料就出现了，但并没有得到很好的认可使用。考虑到流动性等工艺性能的要求，现在主流的免热处理材料都是在传统Al-Si系合金基础上通过添加合适的化学变质元素，并结合实际压铸的凝固条件，形成细小晶粒和充分弥散的细化组织，获得以前传统固溶时效强化才能获得的力学性能。

我之所以在这里讲这些，主要是提醒大家，由于免去了热处理工艺，为了获得铸态下理想的组织和性能，就需要非常小心的材料成分设计及压铸工艺控制，零件性能对材料成分波动很敏感，对压铸工艺波动也很敏感，尤其是延伸率，而延伸率大小又直接关系到车身碰撞性能以及连接工艺。所以从工业量产角度讲还是有很多工作要做的。需要产品设计、材料、模具、铸造工艺、铸件生产、压铸机等相关各方的密切配合，相互补位，并充分利用好仿真软件的作用。 

DR. YE

更多展商及展品预览,请进入展会小程序查看

预登记通道已开启！