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[科普]汽车一体式压铸制造技术

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发布:hudaren43 来源:
PostTime:28-3-2024 10:14
近期特斯拉降价成为行业热点,很多朋友都好奇特斯拉怎么降低成本而且宣称每半分钟造一台车的。目前来看特斯拉德州工厂的节拍是平均每台车45秒,而上海工厂的节拍更是达到了平均每台车38秒。看来经过长期的运营管理优 ...

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近期特斯拉降价成为行业热点,很多朋友都好奇特斯拉怎么降低成本而且宣称每半分钟造一台车的。目前来看特斯拉德州工厂的节拍是平均每台车45秒,而上海工厂的节拍更是达到了平均每台车38秒。看来经过长期的运营管理优化半分钟一台车也是有可能实现的。那么它背后有哪些黑科技呢?让我们一起来聊一下高效生产背后的汽车一体式压铸制造技术的神奇之处吧。



↑特斯拉工厂平均每45秒生产一台车

首先要澄清两点,虽然特斯拉公布了整车一体式压铸专利,但是目前一体式压铸还只能制造车身当中的部分关键零件。另外一体式压铸并不是最早在汽车制造当中应用的铸造工艺。那么让我们先来看看什么是铸造。

什么是铸造

铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔即模具中,待其冷却凝固后,以获得零件的方法。也就是将金属由液体转换成固体过程中得到所要形状的制造方法。与其对应的是冲压,冲压是靠压力机和模具对金属施加外力,使之产生塑性变形从而获得所需形状的加工方法。也就是将金属由固体的一种形状转换成固体另一种所要形状的制造方法。铸造相对来说可以获得的形状更加立体更加复杂。



↑法拉利V12全铝发动机及对应砂铸所用砂模

铸造的主要应用分类

铸造目前在汽车制造中的主要应用分类包括重力铸造和高压铸造两大类。

1.重力铸造

最早在汽车制造当中应用的铸造工艺其实是铸铁或铸铝发动机缸体的制造工艺。目前高性能发动机普遍采用铝合金发动机砂铸技术。发动机砂铸严格意义上应该称作砂芯重力压铸Sand Core Gravity Die Casting。说的简单一点,融化的铝合金需要倒在一个沙子做的模具(砂模)里,等冷却了以后需要砸除铝合金铸件外部的砂模。因此铸造中的砂模是一次性的,每个砂模都有微小的区别。需要繁琐对砂模检验、修补、浇注、砸除,再对得到的铸件检验、测试,不合格的还要回炉再造。因此发动机砂铸成了高性能的全铝发动机的代名词。砂铸技术是所有法拉利和玛莎拉蒂跑车的御用发动机铸造技术。



↑宝马全铝发动机砂铸设备和所用砂模

而BBA也普遍采用了该发动机重力压铸技术。由宝马的官方发动机资料来看新一代的模块发动机B48/B58系列发动机缸体所用的铝合金牌号为AlSiMgCu0.5,属于硅镁铝合金,对应使用砂芯重力压铸技术。使用了新的硅镁铝合金材料后,宝马还可对发动机缸体进一步热处理,提高发动机缸体强度。宝马专利的硅镁铝合金热处理过程通过较长时间的500摄氏度以上固溶热处理,然后水冷降温到接近室温进行淬火处理以提高发动机强度。

2.高压铸造



↑特斯拉一体式压铸生产过程

而今天介绍的主角高压铸造就是通常我们说的压铸,它将铝液倒入压室内,通过其压力高速充满模具型腔,并使铝液在压力下凝固从而形成铝铸件。不同于重力铸造是铝液在地球重力作用下依靠重力注入铸型的工艺,压铸在特殊高压填充设备的帮助下铸造速度更快生产效率更高。

一体式压铸带来汽车制造的变革



↑特斯拉一体式压铸带来生产工艺提升

一体式压铸正在为汽车制造带来巨大的变革,以特斯拉公布的数据来看一体式压铸将带来的生产工艺提升具体包括减轻10%的零部件重量、等效增加14%的纯电续航里程和减少零部件数量达370个。大大减少的零部件数量简化了特斯拉的生产步骤,从而优化了相应的生产运营管理效率。



↑奥迪A8全铝车身连接工艺

传统的车身生产工艺包括冲压、焊接、涂装和总装四大部分,而一体式压铸尝试去简化的就是冲压+焊接的部分。以第四代奥迪A8全铝车身连接工艺为例,它包括激光焊(铝-铝)、胶粘(铝-碳纤维)、MIG熔化极气体保护电弧焊、半空心自冲铆接、激光焊(钢-钢)、无铆压力连接、卷边连接、MAG熔化极活性气体保护电弧焊、搅拌摩擦焊、热熔自攻丝连接和电阻点焊(钢-钢、铝-铝),总焊点和铆接点超过上万个。



↑特斯拉一体式压铸大幅减少零部件和焊点数量

而以采用车身制造传统工艺的特斯拉Model 3车型为基准,Model Y车型后部下车身采用一体式压铸工艺减少了70个零部件,而进一步演进版本后部下车身和前车头蓝色部分部件因为一体式压铸工艺共减少了171个零部件和1600焊接点。这也让特斯拉车型的总焊接点减少至50个左右,大幅增加了生产自动化程度和运营管理效率。



↑特斯拉一体式压铸(下)与传统工艺(上)比较

在提升生产效率的同时,一体式压铸技术帮助特斯拉每个相关零部件成本降低达40%。这也是特斯拉积极推动进一步适配一体式压铸技术到更多零部件甚至整车的直接推动力。于此同时,一些技术难点仍然是一体式压铸普及的技术挑战,那就是一体式压铸高压设备。目前特斯拉正在全面升级来自力劲科技的6000吨和9000吨级Giga Press一体式压铸机,它们是实现半分钟一台车的技术关键。



↑特斯拉Giga Press一体式压铸机

综上所述,铸造目前在汽车制造中的主要应用分类包括重力铸造和高压铸造两大类。行业正在从高性能铝合金发动机重力铸造向车身一体式压铸拓展。一体式压铸为汽车制造带来巨大的变革。相比于传统车身制造工艺,一体式压铸将减轻零部件重量、减少零部件和焊点数量,从而优化了相应的生产运营管理效率。一体式压铸高压设备仍然是一体式压铸普及的技术挑战。


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