隨著“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施，全球汽車(chē)行業(yè)對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視程度日益提升。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，各國(guó)紛紛認(rèn)可并支持新能源汽車(chē)的發(fā)展。在這一背景下，新能源車(chē)企為滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)輕量化、高效能的需求，不斷加大研發(fā)和生產(chǎn)投入。一體化壓鑄技術(shù)，以其在生產(chǎn)效率、成本降低和減重方面的顯著優(yōu)勢(shì)，正成為新能源車(chē)身結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。特斯拉、蔚來(lái)、小鵬等領(lǐng)先新能源車(chē)企已積極布局一體化壓鑄領(lǐng)域，預(yù)示著壓鑄機(jī)將逐步取代焊接機(jī)器人，成為新能源汽車(chē)制造的核心裝備。該技術(shù)的核心在于大型壓鑄機(jī)的卓越性能、創(chuàng)新的免熱處理材料配方、精密的壓鑄模設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的壓鑄工藝參數(shù)。特別是鋁合金一體化壓鑄技術(shù)，其輕量化和高效生產(chǎn)的特性使其成為新能源車(chē)企的標(biāo)配技術(shù)。本文旨在深入探討一體化壓鑄技術(shù)在新能源汽車(chē)制造中的后車(chē)體尺寸精度控制運(yùn)用。

壓鑄工藝介紹

1.壓鑄定義

壓鑄( High Pressure Die Casting ，HPDC )，是高壓鑄造的簡(jiǎn)稱(chēng)，是指將熔融的液態(tài)金屬或半固態(tài)金屬以較大的壓力（20～120MPa）和速度（20～100m/s ）壓入模具型腔，并使之在較高的外部壓力作用下凝固的成型工藝。在壓鑄過(guò)程中，金屬液能夠快速的充滿(mǎn)模具型腔，在外部壓力作用下，不僅能夠保持金屬液與模具型腔尺寸和形狀的一致性，而且在模具型腔的強(qiáng)冷作用下，外部壓力使得金屬液與模具緊貼，從而使鑄件-模具作為整體具有優(yōu)異的散熱性，使金屬液在極短的時(shí)間內(nèi)完成凝固，獲得晶粒細(xì)小、組織均勻的鑄件。

一體化壓鑄，是指將傳統(tǒng)的多個(gè)單獨(dú)、分散的小件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)高度集成，在利用大型壓鑄機(jī)進(jìn)行一次成型，省略焊接的過(guò)程直接得到一個(gè)完整的大型件的新型壓鑄工藝。壓鑄島如圖1所示。

隨著“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施，全球汽車(chē)行業(yè)對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視程度日益提升。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，各國(guó)紛紛認(rèn)可并支持新能源汽車(chē)的發(fā)展。在這一背景下，新能源車(chē)企為滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)輕量化、高效能的需求，不斷加大研發(fā)和生產(chǎn)投入。一體化壓鑄技術(shù)，以其在生產(chǎn)效率、成本降低和減重方面的顯著優(yōu)勢(shì)，正成為新能源車(chē)身結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。特斯拉、蔚來(lái)、小鵬等領(lǐng)先新能源車(chē)企已積極布局一體化壓鑄領(lǐng)域，預(yù)示著壓鑄機(jī)將逐步取代焊接機(jī)器人，成為新能源汽車(chē)制造的核心裝備。該技術(shù)的核心在于大型壓鑄機(jī)的卓越性能、創(chuàng)新的免熱處理材料配方、精密的壓鑄模設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的壓鑄工藝參數(shù)。特別是鋁合金一體化壓鑄技術(shù)，其輕量化和高效生產(chǎn)的特性使其成為新能源車(chē)企的標(biāo)配技術(shù)。本文旨在深入探討一體化壓鑄技術(shù)在新能源汽車(chē)制造中的后車(chē)體尺寸精度控制運(yùn)用。

壓鑄工藝介紹

1.壓鑄定義

壓鑄( High Pressure Die Casting ，HPDC )，是高壓鑄造的簡(jiǎn)稱(chēng)，是指將熔融的液態(tài)金屬或半固態(tài)金屬以較大的壓力（20～120MPa）和速度（20～100m/s ）壓入模具型腔，并使之在較高的外部壓力作用下凝固的成型工藝。在壓鑄過(guò)程中，金屬液能夠快速的充滿(mǎn)模具型腔，在外部壓力作用下，不僅能夠保持金屬液與模具型腔尺寸和形狀的一致性，而且在模具型腔的強(qiáng)冷作用下，外部壓力使得金屬液與模具緊貼，從而使鑄件-模具作為整體具有優(yōu)異的散熱性，使金屬液在極短的時(shí)間內(nèi)完成凝固，獲得晶粒細(xì)小、組織均勻的鑄件。

一體化壓鑄，是指將傳統(tǒng)的多個(gè)單獨(dú)、分散的小件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)高度集成，在利用大型壓鑄機(jī)進(jìn)行一次成型，省略焊接的過(guò)程直接得到一個(gè)完整的大型件的新型壓鑄工藝。壓鑄島如圖1所示。

圖2 毛胚壓鑄

毛胚鑄件表面可能還附有一些多余的金屬或毛刺，需要進(jìn)行切水口和打磨等處理。接下來(lái)是毛坯校型，通過(guò)對(duì)鑄件進(jìn)行精確的測(cè)量和調(diào)整，使其符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸和形狀要求。如圖3所示。

圖3 毛坯校型

圖4 藍(lán)光掃描

最后，通過(guò)藍(lán)光掃描技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確地獲取產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，并與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。這種檢查方式不僅提高了檢測(cè)效率，更能發(fā)現(xiàn)肉眼難以察覺(jué)的微小缺陷，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。如圖4所示。

總的來(lái)說(shuō)，一體壓鑄后車(chē)體生產(chǎn)過(guò)程中的壓鑄工藝是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的過(guò)程，它涉及多個(gè)環(huán)節(jié)和步驟，需要嚴(yán)格控制每一個(gè)細(xì)節(jié)，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能達(dá)到要求。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝的不斷優(yōu)化，一體壓鑄技術(shù)將在汽車(chē)制造等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

尺寸精度控制方案

1.材料選擇

為減少大型鑄件熱處理后的變形，當(dāng)前主要方法是研發(fā)免熱處理材料。在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域，研究集中于Al-Si系和Al-Mg系鋁合金。這些材料通過(guò)添加化學(xué)元素和優(yōu)化壓鑄條件，形成細(xì)小晶粒，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)材料相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能。主流材料包括C611（美國(guó)鋁業(yè)公司）和SF36（德國(guó)萊恩金屬），它們已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)，如蔚來(lái)CD柱和奧迪A8車(chē)身。這些材料在特定工藝下具有出色的延伸率，適用于多種車(chē)身部件。C611和SF36化學(xué)成分以及力學(xué)性能見(jiàn)表1、表2。

表1 壓鑄鋁合金各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表2 壓鑄鋁合金拉伸力學(xué)性能要求

2.校型工裝設(shè)備

（1）定位基準(zhǔn) 校型工裝定位選擇如圖5所示，A1-A4作為基準(zhǔn)目標(biāo)，限制Z向移動(dòng)以及繞Y軸、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)自由度；選擇B孔作為主定位孔，限制X向以及Y向移動(dòng)的兩個(gè)自由度；選擇C孔作為次定位孔，限制繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 一體式后車(chē)體GD&T圖樣

（2）校形工裝 切邊整形模指利用沖模修邊工序件的多余邊緣廢料，使其具有一定高度、直徑和形狀的沖壓模具。切邊模主要用于修整拉申件的邊緣，讓端面平整美觀，確保零件的一致性便于下一步裝配。如圖6所示。

圖6 壓鑄模具

通過(guò)RPS點(diǎn)將零件定位在校形檢具上，針對(duì)需要控制的形狀、尺寸及位置進(jìn)行校形，使零件滿(mǎn)足尺寸精度要求。

3.過(guò)程管控

（1）藍(lán)光掃描 分別對(duì)毛坯校型、機(jī)加（面、孔）及成品校型后進(jìn)行掃描測(cè)量，并針對(duì)掃描的結(jié)果進(jìn)行反饋，以便提前識(shí)別問(wèn)題點(diǎn)提前規(guī)避尺寸缺陷。

圖7 成品校形掃描結(jié)果

如圖7所示，可以看出綠色部分±0.5mm為合格區(qū)域，紅色及藍(lán)色分別為±2mm偏差區(qū)域，根據(jù)圖示可以看出兩邊輪罩區(qū)域及前部與門(mén)檻梁搭接區(qū)域存在嚴(yán)重超差情況。

（2）成品檢具測(cè)量 成品檢具作為零件合格交付前的最后一道檢測(cè)關(guān)卡，在尺寸精度把控方面起到至關(guān)重要的作用。為減少工作量提高工作效率，針對(duì)不同零件可以進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)位選取制作為如圖8所示測(cè)量記錄表進(jìn)行百分之百監(jiān)控測(cè)量。

圖8 關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)檢測(cè)工藝卡

4.壓機(jī)參數(shù)調(diào)試

1）壓力：壓射比壓常規(guī)設(shè)置為30～90MPa，增壓比壓一般設(shè)置在50～300MPa。

2）速度：低速階段速度為0.1～0.5m/s；高速階段速度為3～6m/s；內(nèi)澆口速度為30～60m/s。

3）時(shí)間：充填時(shí)間由壓鑄件體積、平均厚度，填充速度決定，薄壁件一般不超過(guò)0.1s；持壓時(shí)間薄壁件1～2s，厚壁件3～5s；留模時(shí)間主要由產(chǎn)品尺寸結(jié)構(gòu)和工藝溫度決定。

4）溫度：澆注溫度通常由定量爐內(nèi)金屬液溫度表示，一般為700～740℃；預(yù)熱模具溫度一般為150～180℃，連續(xù)工作溫度一般為180～220℃。

改進(jìn)前后對(duì)比分析

通過(guò)材料選擇、校型工裝設(shè)備、過(guò)程管控及壓機(jī)參數(shù)調(diào)試四個(gè)方面，壓鑄件整體尺寸精度質(zhì)量均有較高提升，結(jié)合改進(jìn)前后一體式后車(chē)體進(jìn)行抽樣測(cè)量并做分析，得出以下結(jié)論。

選取測(cè)量點(diǎn)6～14號(hào)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析軟件Minitab通過(guò)雙樣本對(duì)比分析，具體見(jiàn)表3～表5。

表3 描述統(tǒng)計(jì)量

表4 差值的估計(jì)值

表5 檢驗(yàn)值

方法：μ₁為整改前的總體均值；μ₂為整改后的總體均值；差值μ₁－μ₂已針對(duì)此分析假定了等方差。

原假設(shè)：H₀=μ₁－μ₂=0

備擇假設(shè)：H₁=μ₁－μ₂＞0

由分析結(jié)果可知差值下限為0.153＞假設(shè)差值0，同時(shí)P值為0.032＜0.05，充分證明原假設(shè)被拒絕，備擇假設(shè)成立，整改后改善明顯。充分證明選擇最優(yōu)的材料，通過(guò)校型工裝百分之百校正，通過(guò)過(guò)程管控及壓機(jī)參數(shù)調(diào)試，最終能明顯提高壓鑄件尺寸精度。

結(jié)語(yǔ)

中小型一體壓鑄結(jié)構(gòu)件在車(chē)上的應(yīng)用方面已經(jīng)成熟，大型一體壓鑄后車(chē)體工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任然是技術(shù)難點(diǎn)，需要車(chē)身設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)人員緊密協(xié)作共同開(kāi)發(fā)。從制造工藝角度看，目前壓鑄機(jī)和模具等主要工藝裝備已具備配套條件，可支撐投影面積 20 0²鑄件的開(kāi)發(fā)，C611 和 SF36的免熱處理材料已在部分鑄件上生產(chǎn)試用，具備配套條件。壓鑄件尺寸精度也可通過(guò)工裝定位、面熱處理材料、校型工裝、壓機(jī)參數(shù)調(diào)試及過(guò)程管控確保外觀尺寸一致性。