“相較于傳統(tǒng)燃油汽車，電動等驅動方式面臨著出力小、儲能不足等問題，需要更輕的車身質量，更小的阻力來實現(xiàn)長時間續(xù)航。為了解決這些問題，低密度、高比強度的鎂、鋁合金材料在新能源汽車中得到了廣泛使用，特別是高度集成零部件生產裝備的出現(xiàn)，可大大降低生產制造成本、提升性能。

日前，北美一新能源汽車廠公布了最新汽車及生產組裝方案，通過一體化壓鑄實現(xiàn)數(shù)十個零件一體成型，這一方案大大減少了后期的裝備工序，這一工藝得益于大型壓鑄設備的研發(fā)，這一設備及壓鑄工藝的推出，對整車廠來說可實現(xiàn)顛覆性的生產制造變革。2019年，力勁集團推出了自主研發(fā)的目前全球最大鎖模力為60000kN（千牛）的超大型壓鑄機，用于汽車大型結構件的一體化成型，這對于輕合金的成型和汽車產業(yè)的制造具有里程碑式的意義，完全有可能顛覆傳統(tǒng)汽車制造模式，對未來的汽車產業(yè)變革帶來深遠的影響。

壓鑄在汽車制造中的應用

在汽車制造中，為了減少汽車整體質量，降低能耗，常使用密度低、比強度高的鋁、鎂合金作為汽車零件與殼體。早在20世紀二三十年代的德國，就有使用鎂合金作為汽車零件的實例；20世紀80年代，隨著高強度鎂、鋁合金材料的發(fā)展，鑄造鎂、鋁合金件逐漸作為汽車的主要結構件正式進入汽車行業(yè)，而壓鑄正是此類零件的主要生產方式。

最初，由于壓鑄工藝限制，只能生產中小型外殼類零部件如汽車輪轂、汽缸蓋、發(fā)動機、變速箱的殼體、支架等，不能起到明顯的減重作用。隨著壓鑄機鎖模力、模板尺寸、壓射能力等多方面的發(fā)展，現(xiàn)在車門、發(fā)動機前蓋、底盤等大型零件也可由壓鑄生產、組裝而成。總的來說，鎂、鋁合金材料及配套壓鑄技術的引入大幅降低了車體質量，降低整車能耗。

近年來，隨著壓鑄相關領域的技術發(fā)展與工業(yè)數(shù)字化、智能化的進程不斷加快，大型、智能化壓鑄單元的研發(fā)與使用進一步提升了鑄件質量與生產效率，從而促進了汽車制造業(yè)的發(fā)展。而隨著壓鑄技術的不斷進步，基于高效、智能壓鑄單元的高端壓鑄產品設計也隨之誕生，高端產品帶來更高的需求，也在刺激著壓鑄技術的發(fā)展，使得壓鑄行業(yè)不斷螺旋上升。

鋁、鎂合金壓鑄件在汽車制造業(yè)的優(yōu)勢

隨著國內經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內汽車銷量直線上升，很大程度上推動了國內壓鑄件產業(yè)，尤其是鋁合金壓鑄件產業(yè)的發(fā)展；鋁、鎂合金質量輕，強度較高，具有良好的鑄造性能、減震性能、導熱性和電磁屏蔽性能，在汽車、電子、航空航天工業(yè)以及日常生活領域有著廣泛應用。

而由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車輕量化的呼聲越來越高，汽車行業(yè)內部的優(yōu)化升級也在逐漸落實，逐步用鋁鑄件代替灰鐵鑄件，刺激了對鋁合金壓鑄件的需求量不斷高漲，加速了鋁壓鑄件市場的發(fā)展。

助力汽車輕量化 共創(chuàng)美好未來

發(fā)展輕量化技術對于我國新能源汽車的節(jié)能減排和提升競爭力具有重大意義。鋁、鎂合金壓鑄件可以在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。國際權威機構的調查結果顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%，汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3~0.6升；汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%；車身輕量化后駕駛安全性能也大大提升。

鑄造鋁合金在汽車輕量化領域的應用

汽車工業(yè)是鋁鑄件的主要市場。以汽車制造發(fā)達的日本為例，鋁鑄件的76%、鋁壓鑄件的77%為汽車鑄件，主要應用于發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、活塞、進氣歧管、搖臂、發(fā)動機懸置支架、空壓機連桿、傳動器殼體、離合器殼體、車輪、制動器零件、把手及罩蓋殼體類零件等。

鑄造鎂合金在汽車輕量化領域的應用

鎂的密度約為鋁的2/3，在實際應用的金屬中是最輕的。鎂合金的吸振能力強、切削性能好、金屬模鑄造性能好，非常適合制造汽車零件。鎂合金大部分以壓鑄件的形式在汽車上應用，生產效率比鋁高30%~50%，主要應用在車輪輪輞、離合器殼體、離合器踏板、制動踏板固定支架、儀表板骨架、座椅、轉向柱部件、轉向盤輪芯、變速箱殼體、發(fā)動機懸置、氣缸蓋和氣缸蓋罩蓋等。

與傳統(tǒng)的鋅制轉向柱上支架相比，鎂制件降重65%；與傳統(tǒng)的鋼制轉向輪芯相比，鎂制件降重45%；與全鋁氣缸蓋相比，鎂制件降重30%；與傳統(tǒng)的鋼制沖壓焊接結構制動踏板支架相比，整體的鎂鑄件降重40%，同時剛性也得到改善。

一體化成型技術壓鑄設備突破與創(chuàng)新

一體化成型技術，顧名思義，就是將原本設計中需要組裝的多個獨立的零件經重新設計，使用生產設備進行一次成型，直接獲得完整的零部件，實現(xiàn)原有功能。通過使用該技術，一方面節(jié)省了產品中的零件數(shù)量，從而減少了生產過程中所需要的生產線數(shù)量，節(jié)約設備成本，并減少了組裝過程的工序，節(jié)省人力，縮短生產周期，提升了生產效率。另一方面，渾然一體的零件，本身也不再需要考慮安裝帶來的強度下降及緊固件強度不足帶來的失穩(wěn)等問題。最后，在設計上可以不再考慮安裝孔、安裝位置等要素，從而使用更佳的工程學結構，以提升抗壓、抗沖擊、散熱等整體性能。

總的來說，通過合理地進行一體化成型工藝，能夠大大降低制造成本，減少生產時間、運營成本、生產成本、工廠占地面積、工廠運營成本、工具成本，以及設備數(shù)量等，助力鑄造企業(yè)獲得更高的生產效率和更有保障的產品。推動一體化成型技術在汽車制造業(yè)的應用，對于汽車制造業(yè)，尤其是新能源汽車方面的進一步發(fā)展至關重要。然而，一體化成型技術雖然有諸多優(yōu)點，但實現(xiàn)起來需要極強的技術支撐。

一體化成型技術的核心與難點

要實現(xiàn)一體化成型，其核心主要分為兩點：一體化設計與一體化制造。其中，一體化設計主要表現(xiàn)在如何將需要進行一體化設計的零部件組合在一起，且能夠通過指定的加工工藝進行生產。在壓鑄領域主要表現(xiàn)為模具的設計，包括模具結構、型芯、冷鐵的配置，頂出機構的設計等。

一體化制造，則主要表現(xiàn)在加工設備上。由于零件一體化后尺寸增大，結構增加，對于加工設備的性能需求也有了大幅提升。在壓鑄領域，主要體現(xiàn)在壓鑄機及配套設備構成的壓鑄單元的性能，包括鎖模力、模板尺寸、壓射量、壓射壓力與速度等。對于一體化設計后的大型零件的運輸、檢視、廢件回收等也在需要考慮的范疇。以上兩點中，設計方面的要求是軟性要求，需要的是經驗豐富的設計師團隊與嚴謹?shù)挠嬎愫蛯嶒?。制造方面的要求是硬性要求，沒有對應的機器，就難以生產合格的產品。實際上，在壓鑄領域，一體化成型技術也早有應用，但主要體現(xiàn)在小型產品的結構優(yōu)化上，如閥門、緊固件等零件，或是手電、機箱等中小型設備的外殼、支撐件。由于尺寸較小，結構較簡單，強度要求低，對壓鑄機性能等沒有太高的需求。

然而，若是想要將一體化技術應用到汽車制造領域，對壓鑄機的性能要求就變得至關重要。在傳統(tǒng)的汽車零部件生產中，壓鑄就已經被應用在如發(fā)動機、變速箱、傳動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)等精密零件的生產中。在新能源汽車等領域，為了降低整車質量，車身結構件如車身橫梁、骨架等大型零件也通過壓鑄生產后組裝成型。如果要在這些方面使用一體化成型技術，就需要將原本尺寸就較大的零件整合成更大的零件，還需要保證一體化零件的強度，極大幅度地提升了對壓鑄機鎖模力、模板尺寸、壓射量等方面的要求。另外，發(fā)動機、變速箱等高精密零件的一體化成型，勢必涉及大型、復雜薄壁零件的生產，對壓射壓力與速度的上限及控制也有較高的要求。傳統(tǒng)的壓鑄單元難以滿足這種高端需求，一體化技術在汽車領域的廣泛應用也就舉步維艱。

總而言之，壓鑄機技術制約著一體化技術在汽車制造等大型壓鑄件領域的應用。如果要實現(xiàn)一體化成型技術，以上種種需求，都指向超大型壓鑄單元這一目標。然而在國際方面，超大型壓鑄單元依然稀缺，難以滿足一體化汽車結構件的生產指標。因此，加快研究開發(fā)具有我國自主知識產權的成套裝備與技術，對提高我國設計、制造裝備智能化集成能力，提升我國裝備制造業(yè)整體實力也具有重大意義。   

一體化成型技術的創(chuàng)新突破

力勁集團成功推出并應用的6000噸壓鑄單元，打破了目前超大壓鑄件生產裝備稀缺的這一困境，對于超大型壓鑄單元，其設計、生產的難度，主要體現(xiàn)在設計、制造、控制等多個方面，經過研發(fā)團隊長期奮戰(zhàn)，最終實現(xiàn)技術攻關，在以下幾個方向有著顯著的突破。

反復模擬：從設計端開始的壓鑄技術突

力勁大型壓鑄單元的首要突破是設計部分，由于超大型壓鑄單元鮮有先例可循，設計過程中，一方面，需要從零開始進行尺寸的設定、材料的選擇等設計，并進行一系列受力分析、運動軌跡分析等預分析，以保證產品的合理性和可用性。經過大量的數(shù)值模擬，才能最終敲定產品的種種數(shù)值。另一方面，還需要考慮為產品增加新的功能，以適配新時代的壓鑄生產需要。例如通過增加大量的檢測手段與控制手段，才能實現(xiàn)高效、精確、智能的壓射控制。

除了基于壓鑄機本身的改進之外，區(qū)別于傳統(tǒng)壓鑄機的創(chuàng)新突破也不可或缺，預判這種超大型壓鑄機在運行中可能出現(xiàn)的問題，從而摸索研究，保障設備的全面運行，也生成了很多新的專利技術。力勁6000噸這一壓鑄設備的成功應用，突破了以往壓鑄單元設計的桎梏，為國內、國際壓鑄裝備領域開創(chuàng)先河，為壓鑄裝備可持續(xù)發(fā)展打下堅實基礎。

大型壓鑄設備生產與加工環(huán)節(jié)的技術壁壘

在經過前段設計，確定產品的可行性后，如何實現(xiàn)超大型設備的制造同樣是力勁集團面臨的一項巨大問題。我們知道，對于壓鑄單元，其中一個核心組件在于頭板、中板、底板的三板式結構，發(fā)動機驅動三塊板件的運動，實現(xiàn)合模、鎖模、開模等流程，在超大型壓鑄單元中，為了實現(xiàn)大型鑄件的生產，其單塊板件的長、寬接近4米，質量高達60噸，板件之間用于定位、導向的哥林柱，單根長度也達到了10米左右，都接近整個壓鑄單元所能承受的極限值。而在使用過程中，沉重的板件要在哥林柱上反復移動，對零件的尺寸精度、定位精度、力學性能等都是巨大的考驗，在國內很難找到配套的加工設備。

為了解決上述問題，力勁設立于遼寧阜新的鑄造工廠對現(xiàn)有部分設備進行改進，最終生產出適配于超大型零件的鑄造模具、車床、磨床、熱處理設備等，實現(xiàn)了超大型壓鑄單元零部件的生產及組裝；還進一步對整體結構進行了優(yōu)化，機架首次采用高精度線性導軌作為中尾板支撐滑動，線軌精度高、摩擦阻力低、不易磨損，很好地解決了因導軌磨損而導至模板平行度變化的問題，壓鑄機合模機構的精度長時間不需要調整，可減少停機時間，提高機臺開臺率。

智能控制：力勁壓鑄裝備的“智慧大腦”

在裝備生產之外，超大型壓鑄裝備還需要考慮的一點就是自動控制，以實現(xiàn)各類零部件的壓鑄成型自動化、智能化生產。對于一些復雜、薄壁零部件，需要極高的壓射速度和較低的建壓時間；對于大型零件，在保證壓射速度之外，還需要考慮模具的溫度控制、壓射量等多方面因素?？偟膩碚f，為了防止各類缺陷，保證零件性能，壓鑄單元的壓射控制至關重要。對此，力勁針對大型結構件研發(fā)了高性能射料系統(tǒng)，借鑒意大利先進的設計理念，采用一體式油路板、無外部控制油路技術，具備10段以上速度；位置控制，系統(tǒng)自動檢測偏差并實時修正，可實現(xiàn)均加速壓射，可進行末端剎車控制；增壓控制，采用壓力實時閉環(huán)控制，具備6段以上增壓時間及壓力設定，可依據(jù)產品補縮要求進行分段增壓。最大空壓射速度可超過10m/s，最短建壓時間小于30ms；壓射加速度超過50g，適合大型薄壁結構件生產工藝需求。

總的來說，力勁超大型壓鑄單元經過實際生產檢驗、驗證，在提升鑄件性能、降低生產成本、降低生產周期、提升生產效率等方面有較好效果，對于汽車輕量化的推動意義重大，為中國汽車產業(yè)轉型，加速突破新能源汽車市場化障礙，加快推進“電動化、智能化、共享化”融合發(fā)展等做出貢獻。

汽車領域發(fā)展的原動

近年來，隨著壓鑄相關領域的技術發(fā)展與工業(yè)數(shù)字化、智能化的進程不斷加快，大型、智能化壓鑄單元的研發(fā)與使用進一步提升了鑄件質量與生產效率，從而促進了汽車制造業(yè)的發(fā)展。而隨著壓鑄技術的不斷進步，基于高效、智能壓鑄單元的高端壓鑄產品設計也隨之誕生。高端產品帶來更高的需求，也在刺激著壓鑄技術的發(fā)展，使得壓鑄行業(yè)不斷螺旋上升。

一體化成型技術已經成為推動汽車產業(yè)發(fā)展的原動力。隨著力勁DCC5000、5500、6000噸超大型壓鑄單元的成功研制，后橋橫梁、縱梁等中心支架的一體化生產，壓鑄產品的最大鑄造面積、可壓鑄產品尺寸已經被提升到了一個新的高度，極大地拓展了壓鑄產品設計范疇。未來勢必能夠實現(xiàn)車體、發(fā)動機、電池箱等大型零部件的一體化，這也將極大推動汽車輕量化發(fā)展，同時提升車身整體強度，且能更便捷地實現(xiàn)減重設計與外形設計，降低設計難度，大幅縮短整車的設計周期與生產周期，使汽車產業(yè)的效益更上一個臺階。全面構建產業(yè)融合發(fā)展新生態(tài)，推動汽車產業(yè)創(chuàng)新、綠色、可持續(xù)發(fā)展?？梢宰C實的是，超大型壓鑄單元切實能夠讓一體化成型技術等超大型鑄件成型技術綻放光彩，壓鑄技術也因此邁上新的臺階。

隨著新能源汽車市場多維度競爭的增加，汽車的輕量化以及成本控制已成為必然，汽車制造環(huán)節(jié)的優(yōu)化也對大型的壓鑄設備有所需求，國產裝備制造能力的體現(xiàn)也在于此。未來，市場對于這種超大型壓鑄裝備的需求，鎖模力將不止于6萬千牛，8萬千牛-10萬千牛鎖模力的大型智能壓鑄裝備一體化成型技術攻關也需要企業(yè)、學校的多方合作研發(fā)，這一目標的實現(xiàn)將為各類大型、重型零件的一體化生產提供堅實的基礎，從而顛覆傳統(tǒng)汽車甚至其他產業(yè)的生產制造模式。

來源：中國工業(yè)和信息化