南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院教授龍文元（左二），上海交通大學(xué)教授彭立明（右二）以及江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授趙國平（右一）做客“熱點(diǎn)訪談：直播間”，《壓鑄周刊》的曾偉立先生擔(dān)綱主持。

2021年7月，“2021上海國際有色鑄造展暨2021上海國際有色鑄造展”在上海舉辦期間，主辦方中國機(jī)械工程學(xué)會壓鑄分會（下稱 “全國鑄造學(xué)會”或“學(xué)會”）和《壓鑄周刊》聯(lián)合推出了“對話行業(yè)專家：熱點(diǎn)訪談”節(jié)目，邀請兩組圓桌論壇專家走進(jìn)直播間，就“壓鑄件大型化、一體化及超大型壓鑄機(jī)的趨勢”和“低壓/重力/擠壓鑄造、半固態(tài)成型、高真空壓鑄等鋁鑄造新工藝變革與推廣應(yīng)用”兩個(gè)話題展開探討，本期針對第二個(gè)話題的對話內(nèi)容進(jìn)行節(jié)選刊登。

嘉賓簡介

龍文元，南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院，教授
彭立明，上海交通大學(xué)，教授
趙國平，江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教授；菲爾裝備技術(shù)（上海）有限公司技術(shù)部負(fù)責(zé)人。

對話內(nèi)容

《壓鑄周刊》：談一談半固態(tài)成型的技術(shù)優(yōu)勢，半固態(tài)壓鑄件在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向？

龍文元：高壓鑄造應(yīng)用廣泛，但由于其壓射速度及充型速度較快，容易出現(xiàn)卷氣和夾雜問題，高溫?zé)崽幚砣菀坠陌?，因而無法進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，限制其在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用，現(xiàn)在在結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用較多的仍是一些殼體用件。

隨著輕量化的迅速發(fā)展，企業(yè)希望更多的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)“以鋁代鋼”，因而對鑄件提出了更高的要求，并希望通過熱處理方式進(jìn)一步提高鑄件的性能?；诖耍牍虘B(tài)壓鑄技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。液態(tài)金屬的充型速度較快，容易出現(xiàn)卷氣，達(dá)到全固態(tài)時(shí)無法移動，而半固態(tài)金屬液約50％，甚至更高固相組分的漿料，呈分散的顆粒狀組織形態(tài)。半固態(tài)金屬粘度比液態(tài)金屬大，內(nèi)澆口處流速低，因而充填時(shí)少噴濺，無湍流，卷入的空氣少。同時(shí)，半固態(tài)金屬收縮較小，因而鑄件不易出現(xiàn)縮松、縮孔的問題，鑄件質(zhì)量高。目前，很多企業(yè)希望壓鑄件能夠進(jìn)行熱處理，以便于進(jìn)一步焊接，因而對半固態(tài)壓鑄的需求增加。例如，一些應(yīng)用在電子領(lǐng)域的產(chǎn)品要求其具有高導(dǎo)熱性，因而需要提高鑄件的致密性。但半固態(tài)鑄造也存在一些問題，采用半固態(tài)成形技術(shù)生產(chǎn)的公司，其鑄件的合格率較低，效益較低，呈現(xiàn)虧損的狀態(tài)。半固態(tài)制漿成形是一系列的過程，對于采取的工藝、采用的模具均有較高的要求。為了拓寬半固態(tài)壓鑄件在汽車結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域的應(yīng)用，需要整體改進(jìn)半固態(tài)成形的模具與相關(guān)技術(shù)。此外，我們也希望高效節(jié)能環(huán)保的意識可以推廣開來。

《壓鑄周刊》：談一談高真空壓鑄與擠壓鑄造工藝優(yōu)勢及其在汽車結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用？

彭立明：高壓鑄造的生產(chǎn)效率和集成度較高，無論是在汽車還是工業(yè)上都是主流的生產(chǎn)方式。在鋼蓋、變速箱上應(yīng)用較多，采用較傳統(tǒng)的材料生產(chǎn)。近年來，隨著新能源汽車的發(fā)展，行業(yè)對車身輕量化提出了更高的要求。一方面，對續(xù)航里程的要求越來越高，在相同電量下，整車質(zhì)量越大，續(xù)駛里程越容易受影響，這就需要通過輕量化技術(shù)來平衡使用動力電池帶來的質(zhì)量增加；另一方面，新能源汽車沒有發(fā)動系統(tǒng)，傳動和動力系統(tǒng)的部件減少，所以新增長的輕量化需求點(diǎn)主要在車身和底盤的零部件，要和鋼材競爭，實(shí)現(xiàn)“以鋁代鋼”。汽車底盤可以采用半固態(tài)成形技術(shù)，而車身零部件生產(chǎn)以高壓鑄造方式為主。車身零部件是大而薄的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，需要高速充型的能力，非傳統(tǒng)鋁合金能滿足，這就對材料提出了更高的要求。從車身角度講，高溫壓鑄的發(fā)展趨勢主要朝兩方面發(fā)展，一是壓鑄件大型一體化成型，二是工藝與新材料緊密結(jié)合。傳統(tǒng)生產(chǎn)中，主機(jī)廠設(shè)計(jì)零件，供應(yīng)商尋找合適的材料。從工藝角度出發(fā)，工廠要考慮如何進(jìn)行生產(chǎn)并按時(shí)交付。而今，若將工藝與材料分開，大型壓鑄件則很難開發(fā)成功。

大型薄壁一體化壓鑄件涉及三個(gè)核心技術(shù)。首先，大型壓鑄件需要選用合適的材料。首選免熱處理的高強(qiáng)高韌鋁合金的延伸率最低要求為10%，在此基礎(chǔ)上追求高強(qiáng)度，以滿足碰撞鉚接的要求。第二，零部件的集成設(shè)計(jì)能力，利用材料屬性做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將幾十個(gè)鈑金件集成到一起，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和強(qiáng)度分析，做到兼顧功能性與工藝性。第三，壓鑄件大型化發(fā)展，從制造工藝與制造模具的角度，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證大的型腔內(nèi)的熱平衡。

特斯拉的汽車后輪罩為1.5米到2米，金屬液在大的型腔中流動，因而需要先做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證后期生產(chǎn)中零件的合格率。高壓壓鑄具有生產(chǎn)效率高、成型薄壁零件的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)又具備一定的弱點(diǎn)，充型速度較快導(dǎo)致金屬液卷入氣體。擠壓鑄造，主要是對高壓鑄造的補(bǔ)充，更適合做厚壁零件。對屈服強(qiáng)度要求較高的材料，擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄具有一定的優(yōu)勢，但對薄壁零件是一個(gè)挑戰(zhàn)，擠壓鑄造適合生產(chǎn)中小型零部件，但并不是最主流的生產(chǎn)方式，最主流的生產(chǎn)方式仍然是高壓鑄造。

《壓鑄周刊》：從低壓鑄造和重力鑄造工藝角度，如何看待技術(shù)革新，對壓鑄企業(yè)有什么建議？

趙國平：目前，國內(nèi)最成功的企業(yè)生產(chǎn)的副車架合格率不足80%。將毛坯件、工藝系統(tǒng)進(jìn)一步分析后，會發(fā)現(xiàn)澆注系統(tǒng)及充型原則存在較多問題。而談創(chuàng)新之前，企業(yè)首先需要理解創(chuàng)新。就鑄造工藝而言，無論是低壓鑄造、重力鑄造、差壓鑄造還是高壓鑄造，方法相似，相互之間存在一定的競爭，同時(shí)也面臨高壓鑄造一樣的問題：如何提高充型速度，如何避免產(chǎn)生卷氣，進(jìn)而產(chǎn)生差壓鑄造。有部分企業(yè)嘗試在真空條件下進(jìn)行低壓鑄造，通過提高冷卻速度減小冒口大小的方式來提高充型速度，目前仍在探索如何提高充型過程平穩(wěn)的方法。同時(shí)，我們需要知道創(chuàng)新目的，通過合理的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)集成零件的鑄造成形，有效地降低零件的重量且減少不必要的加工工藝過程。反之，為了達(dá)到這一目的，如何選取適合的材料也成為行業(yè)同仁需要進(jìn)行思考的問題。我們應(yīng)該建立微觀組織、成分及凝固過程的數(shù)據(jù)庫，從各個(gè)角度共同努力推動我國鑄造行業(yè)的進(jìn)步。創(chuàng)新需要共同努力，企業(yè)要認(rèn)清目的，加強(qiáng)基礎(chǔ)理解。

彭立明：“工業(yè)4.0”與人工智能對于提高產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)勢沒有被挖掘出來。運(yùn)行過程中產(chǎn)生了許多數(shù)據(jù)，但很多企業(yè)沒有很好地利用數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)對提高品質(zhì)的益處并沒有被挖掘出來。而用戶往往關(guān)注性能而忽略了工藝過程，合金成分、熔煉溫度、澆鑄溫度、壓射速度、工藝參數(shù)以及模具的溫度均對合金的性能有較大的影響。將這些數(shù)據(jù)采集起來，并將之與性能進(jìn)行對應(yīng)，變成自適應(yīng)的過程，反過來提升品質(zhì)。最后是公司之間的競爭在1%的合格率上面，現(xiàn)在采集過程只是監(jiān)測過程，各公司應(yīng)該加緊后續(xù)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)。

趙國平：國內(nèi)許多用戶都具備完整的溫度場采集系統(tǒng)，但是許多工作人員對此不夠重視，認(rèn)為工藝穩(wěn)定并未進(jìn)一步采集溫度，這都表明我們對于采集數(shù)據(jù)缺乏一個(gè)科學(xué)的認(rèn)識。企業(yè)應(yīng)該采集這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行后期的分析，德國許多企業(yè)始終投入大量精力進(jìn)行研發(fā)，其投入程度甚至超過很多高校、研究機(jī)構(gòu)。我們想要尋求突破，還需要腳踏實(shí)地，一步一步地往前走。

《壓鑄周刊》：半固態(tài)壓鑄技術(shù)普及與推廣需要突破哪些瓶頸？在這過程中又應(yīng)當(dāng)解決哪些難題？

龍文元：半固態(tài)壓鑄的普及與推廣受到三個(gè)方面的限制。首先，人才匱乏，在半固態(tài)領(lǐng)域，我們國家的研究人員人數(shù)居世界首位，但科班出身的研究人員很少。許多壓鑄廠、模具廠的工作人員實(shí)力不足，仍然存在仿照舊圖紙和舊設(shè)計(jì)的局面。第二，半固態(tài)成形技術(shù)的工業(yè)化推廣應(yīng)用亟待加強(qiáng)，一方面與人才不敢采用新技術(shù)有關(guān)，另一方面與生產(chǎn)設(shè)備有關(guān)。我們在技術(shù)上雖然發(fā)展較快，但半固態(tài)生產(chǎn)設(shè)備依靠進(jìn)口，在產(chǎn)業(yè)化上仍然存在一定的差距；第三，半固態(tài)加工制漿技術(shù)仍存在一定問題，攪拌、流動過程中存在二次污染或者卷氣等問題，限制其推廣。若想突破這一瓶頸，需要從三個(gè)方面著手，第一，解決高素質(zhì)人才缺乏的問題，提高鑄造從業(yè)人員的專業(yè)性；第二，鑄造從制漿開始到成形是全流程的，不能局限于某一個(gè)模塊某一個(gè)環(huán)節(jié)。壓鑄件成品率不高與整個(gè)工藝流程有關(guān)，未來汽車零部件企業(yè)應(yīng)該產(chǎn)學(xué)研合作起來，依托高校以及研究機(jī)構(gòu)深入研究；第三，注重工藝性同時(shí)注重過程的數(shù)據(jù)采集，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。

彭立明：我們團(tuán)隊(duì)的研究方向主要圍繞三方面，對于壓鑄企業(yè)而言也同樣面臨著這些問題。第一，材料開發(fā)，開發(fā)了一系列鎂合金與鋁合金等免熱處理材料；第二，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一體化零部件與結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)密不可分；第三，做好零部件工程樣件開發(fā)到交付的過程，教會用戶如何使用。當(dāng)前存在“要用五好材，材料不敢用”的局面，而新材料推廣過程中的阻礙，歸根到底在于用戶的創(chuàng)新精神，企業(yè)中還是缺乏既懂材料又懂工藝的人才，企業(yè)應(yīng)該突破這一桎梏。

趙國平：大飛機(jī)項(xiàng)目的鎳基合金仍然受制于人，企業(yè)需要加強(qiáng)對材料規(guī)范的理解。若企業(yè)購買的材料不達(dá)標(biāo)，既需要追溯源頭研究合金成分設(shè)計(jì)，也需要考慮工藝過程中是否存在問題，這就需要企業(yè)保持持續(xù)的學(xué)習(xí)。

《壓鑄周刊》：簡要概括工藝技術(shù)在各個(gè)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用前景？

龍文元：半固態(tài)技術(shù)，減少制漿環(huán)節(jié)進(jìn)而減少工藝，從汽車輕量化以及高導(dǎo)致密要求高的產(chǎn)品上，半固態(tài)技術(shù)在推廣應(yīng)用上更具優(yōu)勢。

彭立明：“以鋁代鋼，以鑄代鍛”是一個(gè)必然的趨勢，鋁合金的壓鑄從材料、工藝、模具及裝備都是一個(gè)需要進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的過程。

趙國平：低壓鑄造和重力鑄造，無論是金屬型還是砂型組芯，潛力都很大，值得進(jìn)行不斷探索。