關(guān)于車(chē)身一體化壓鑄（Gigacasting）技術(shù)，來(lái)自德國(guó)《汽車(chē)生產(chǎn)》雜志曾對(duì)德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)成型技術(shù)和鑄造系主任沃爾夫拉姆-沃爾克教授進(jìn)行了采訪。下面一起看看專家是怎么解讀的。

沃爾克教授認(rèn)為一體化壓鑄是車(chē)身制造技術(shù)的有趣替代方案。（圖：慕尼黑工業(yè)大學(xué)）

問(wèn)：Gigacasting或Megacasting（一體化壓鑄）技術(shù)的潛力是什么，它有多新？

沃爾克教授答：新穎之處是，可以用來(lái)利用一體化壓鑄技術(shù)生產(chǎn)極其巨大的車(chē)身件。在壓鑄技術(shù)中，之前最大的車(chē)身鑄造件是減震塔和縱梁，奧迪和寶馬在其較大的車(chē)型系列中使用了這種部件。將這一技術(shù)擴(kuò)展到更大的部件上，尤其是車(chē)身后底板（在這個(gè)區(qū)域，變形特別關(guān)鍵），這是一個(gè)勇敢的決定。當(dāng)然，與此同時(shí)，這也意味著必須修改既定的材料概念。

問(wèn)：以什么方式？

答：特斯拉繞過(guò)了熱處理的問(wèn)題。這項(xiàng)新技術(shù)適用于自然硬化的合金。另一方面，析出硬化合金在強(qiáng)度和延展性方面具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于自然硬化合金，人們會(huì)做出妥協(xié)，但反過(guò)來(lái)又可以節(jié)省后續(xù)的退火處理。對(duì)于如何掌握這種尺寸的部件因熱處理而產(chǎn)生的變形，還沒(méi)有更進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)。

問(wèn)：特斯拉希望利用這一工藝，最終將零件的數(shù)量減少到一個(gè)部件。這有多現(xiàn)實(shí)呢？

答：我有機(jī)會(huì)在一個(gè)切割面上看了看Model Y。特斯拉已經(jīng)大大減少了零件的數(shù)量。然而，很顯然，減少零件本身并不提供任何經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)楸仨殞⒅圃旌筒牧铣杀疽约巴顿Y成本作為一個(gè)整體來(lái)考慮，我們也與IAO、IFAM和IWU等多個(gè)弗勞恩霍夫研究所一起確定了這些成本。此外，一體化壓鑄并不能使車(chē)體本身變得更輕。一個(gè)大的部件需要相應(yīng)的壁厚，同時(shí)也失去了將相應(yīng)的材料特性準(zhǔn)確放置在正確位置的機(jī)會(huì)，在很多情況下，經(jīng)典的金屬鈑金結(jié)構(gòu)是可以做到這些的。鈑金件的制造成本也很低，相應(yīng)的連接技術(shù)也可以很好地自動(dòng)化。

問(wèn)：與金屬鈑金結(jié)構(gòu)相比，大型鋁壓鑄件的吸引力是什么？

答：鈑金結(jié)構(gòu)方法，加上不同變體的點(diǎn)焊，已經(jīng)發(fā)展了幾十年，成為一個(gè)經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的工藝。雖然在壓鑄過(guò)程中，鑄件厚度的下限可為2至3毫米，但對(duì)于金屬鈑金件來(lái)說(shuō)，壁厚可低至0.7毫米。因此，Gigacasting或Megacasting既不能被歸類(lèi)為高效的解決方案本身，也不能被歸類(lèi)為輕量化的解決方案，更不能被歸類(lèi)為更高性能的工藝。但它是一個(gè)替代方案，為汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中相當(dāng)陳舊的技術(shù)工具箱增加了一個(gè)有趣的替代方案。一體化壓鑄適用于重新思考汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)，特別是著眼于電動(dòng)汽車(chē)。在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域，電池托盤(pán)是一個(gè)需要整合的核心和基本的新組件。因此，多年來(lái)在內(nèi)燃機(jī)車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)上取得的進(jìn)步只在有限的程度上適用于電動(dòng)汽車(chē)，特別是在電動(dòng)車(chē)的尾部和車(chē)輛中心區(qū)域。例如，利用特斯拉在勃蘭登堡采用的綠地方法，原始設(shè)備制造商可以大大節(jié)省其電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)空間。另一方面，如果著眼于棕地，則重要的是要考慮一體化鋁壓鑄是否有意義。

問(wèn)：據(jù)媒體報(bào)道，有消息稱，鋁壓鑄可能節(jié)省20%至30%的成本，尤其是因?yàn)榭梢詼p少成型壓力機(jī)和焊接機(jī)器人。

答：針對(duì)這樣的說(shuō)法，我會(huì)很謹(jǐn)慎，尤其是針對(duì)焊接機(jī)器人的情況，投資會(huì)在一代型號(hào)中折舊，而在針對(duì)成型壓機(jī)的情況下，折舊甚至?xí)谌蛩拇吞?hào)中進(jìn)行。這種技術(shù)折舊-注意，不是稅收折舊-在30年內(nèi)進(jìn)行。因此，對(duì)于已經(jīng)在現(xiàn)有的幾代汽車(chē)中使用這些機(jī)器的原始設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，使用這類(lèi)新技術(shù)沒(méi)有意義。另一方面，由于特斯拉采用了綠地方式，可以節(jié)省這些典型的車(chē)身構(gòu)造投資。在總的的情況下，不繼續(xù)使用早已被核銷(xiāo)的機(jī)器在經(jīng)濟(jì)上是不明智的。因此，我不會(huì)認(rèn)同所謂的20%至30%的成本節(jié)約。

問(wèn)：用鋁鑄件實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)量是多少？

答：一方面，在壓鑄工藝中，壓鑄模具的使用壽命有一個(gè)明顯的限制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，由于存在熱沖擊，一個(gè)壓鑄模具的壽命為100,000至150,000次。另一方面，一個(gè)成型模具可以處理五到六百萬(wàn)個(gè)零件。因此，我們談?wù)摰氖?0到30的系數(shù)。對(duì)于這種鑄造密集型的解決方案，顯然適合的產(chǎn)品數(shù)量有限。我不認(rèn)為非常小的和非常大的數(shù)量在鋁壓鑄中是非常有吸引力的。特別是，對(duì)于數(shù)百萬(wàn)的大規(guī)模生產(chǎn)，你需要大約六到七個(gè)這種昂貴的壓鑄模具。我們估計(jì)特斯拉的一體式車(chē)身后底板的壓鑄模具的重量為80至100噸。這意味著在處理和外圍設(shè)備方面的巨大開(kāi)支，例如為此所需的起重機(jī)的形式。此外，壓鑄模具帶來(lái)了技術(shù)上的障礙和危險(xiǎn)，比如：熔體的泄漏。因此，根本無(wú)法生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)并不低。

在汽車(chē)工業(yè)中大量使用鋁。然而，使用鑄造技術(shù)生產(chǎn)特別大的車(chē)身部件仍然是一個(gè)新的技術(shù)（圖片來(lái)源：奧迪）

問(wèn)：鋁壓鑄的脆弱性如何？

答：鑄造工藝要比冷成型工藝復(fù)雜許多倍。鑄造的一個(gè)關(guān)鍵詞是：廢品。對(duì)于鑄造工業(yè)來(lái)說(shuō)，冷卻是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。操作人員必須知道，廢品率可能達(dá)到10%、20%甚至更多。這反過(guò)來(lái)又對(duì)車(chē)身車(chē)間的流程產(chǎn)生了影響，即必須儲(chǔ)存多少車(chē)身部件，以便能夠彌補(bǔ)車(chē)輛生產(chǎn)中的任何故障。

問(wèn)：其他原始設(shè)備制造商也在考慮將鋁鑄件用于電動(dòng)汽車(chē)，甚至在談?wù)撎岣哕?chē)身剛度的問(wèn)題。

答：重要的是這句話到底指的是什么。車(chē)身結(jié)構(gòu)中的主要沖突目標(biāo)必須作為一個(gè)整體來(lái)考慮。一方面是車(chē)身剛度、強(qiáng)度、固有頻率，另一方面是碰撞性能。你擁有的組件越少，這就越限制優(yōu)化的范圍。采用壓鑄工藝，一方面有很大的優(yōu)勢(shì)，可以直接實(shí)現(xiàn)高度復(fù)雜的增強(qiáng)元件；另一方面也有明顯的局限性，例如，在彈性模量方面不能有任何改變，而彈性模量對(duì)車(chē)輛的剛度有很大影響。與鋼相比，壓鑄鋁合金很快就會(huì)達(dá)到工程可行性的極限。因此針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，還需要提出的問(wèn)題是：我們?cè)诒容^什么？電動(dòng)汽車(chē)在結(jié)構(gòu)上看起來(lái)完全不同，出現(xiàn)了優(yōu)化自由度的問(wèn)題。特別是在用于壓鑄的自然硬化合金方面，這些都受到嚴(yán)重的限制。

問(wèn)：與鋼鐵相比，鋁的強(qiáng)度如何？一種材料和另一種材料的界限是什么？

答：就合金而言，其范圍很廣。不耐受熱處理的自然硬化合金的強(qiáng)度約為250MPa至最高350MPa。就沖壓硬化鋼而言，軟質(zhì)深沖鋼的范圍是140 MPa至1,500MPa。對(duì)于鋼而言，可用的材料范圍要廣泛得多。當(dāng)然，鋁變形合金也有一個(gè)可提供的范圍：例如，7000系鋁合金可提供約500至600Mpa的強(qiáng)度。

問(wèn)：那么，在什么地方使用鋁是有意義的，特別是在車(chē)身非常特殊的部分？關(guān)鍵字：碰撞性能。

答：一方面，車(chē)身底部的中心和后部是注定的。在這里，你不需要在發(fā)生碰撞時(shí)有這么高的延展性。另一方面，在車(chē)身的前端，我認(rèn)為使用范圍是有限的，因?yàn)榭紤]到前端的碰撞要求，例如，這里需要更大的延展性和韌性。然而，還應(yīng)該明確的是，對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，一方面，車(chē)身前部結(jié)構(gòu)無(wú)論如何是完全不同的，例如，當(dāng)電動(dòng)馬達(dá)被用作中置馬達(dá)時(shí)。另一方面，電動(dòng)汽車(chē)的電池托盤(pán)對(duì)中心地板的要求明顯更高。在這里，強(qiáng)度比延展性更重要。當(dāng)然，大型部件也會(huì)對(duì)維修的可能性和難易程度產(chǎn)生影響，從而最終影響成本。這里仍有一些問(wèn)題需要回答。

問(wèn)：因此，電池芯-底盤(pán)的方法，即電池在車(chē)身中的結(jié)構(gòu)作用，正在這里定下基調(diào)？

答：由于質(zhì)量密集型元件的位置較低，這種結(jié)構(gòu)為駕駛動(dòng)力提供了優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗兄趯?shí)現(xiàn)低重心和良好的重量分配。電池外殼的功能整合是電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的基本原則。然而，這也可以通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，不一定要依賴一體化壓鑄。

問(wèn)：目前，市場(chǎng)上加工大型鋁制部件的機(jī)器還不多。例如，一個(gè)制造商是來(lái)自意大利的意德拉。您對(duì)這種類(lèi)型的機(jī)器和工藝有哪些預(yù)測(cè)？

答：意德拉目前是該領(lǐng)域的設(shè)備制造商之一，但也有其他設(shè)備制造商認(rèn)識(shí)到這一市場(chǎng)的潛力。設(shè)想的機(jī)器可以達(dá)到80000千牛的鎖模力，但隨后會(huì)達(dá)到物理極限。目前，人們只能猜測(cè)這些機(jī)器的可使用性因素。此外，我們只會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中了解更多的故障和所謂的磨合問(wèn)題。因此，整體系統(tǒng)的有效性目前仍是一個(gè)大問(wèn)題。

問(wèn)：一方面，使用鋁壓鑄的企業(yè)可以節(jié)省車(chē)身車(chē)間的空間，因?yàn)槿玳_(kāi)頭所述，需要使用的機(jī)器人較少。另一方面，這些壓鑄機(jī)的尺寸巨大......

答：對(duì)于一個(gè)工廠來(lái)說(shuō)，鋁壓鑄意味著相當(dāng)大的空間需求。在這種情況下，一個(gè)重要的考慮是，目前壓鑄模具只能在起重機(jī)的幫助下進(jìn)行垂直更換。更換一個(gè)重達(dá)100噸的模具，需要10至12個(gè)小時(shí)。相比之下，目前大型沖壓廠的高效伺服壓力機(jī)的模具更換時(shí)間在3分鐘左右。對(duì)于沖壓設(shè)備來(lái)說(shuō)，模具可以被水平地移入和移出。而對(duì)于壓鑄工藝來(lái)說(shuō)，壓鑄模具必須垂直插入，否則就會(huì)出現(xiàn)脫模劑的問(wèn)題。針對(duì)這種情況以及每臺(tái)機(jī)器只能生產(chǎn)一個(gè)部件的事實(shí)，可以說(shuō)會(huì)造成相當(dāng)大的限制。然而，一體化壓鑄為生產(chǎn)帶來(lái)了推力和運(yùn)動(dòng)。其他OEM廠商現(xiàn)在也在進(jìn)行更根本的思考，并在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)新的自由度。我自己非常期待看到哪些概念和方案會(huì)在未來(lái)占上風(fēng)。