由中国机械工程学会铸造分会组织成立的“汽车铸造俱乐部”启动“对话大型一体化压铸”线上研讨系列专题活动。4月28日首次线上直播聚焦高端模具制造。本次活动吸引超过5000名观众在线观看，互动气氛热烈，为行业带来了一场精彩的内容呈现。

专家视角

本期“专家视角”栏目，为您带来泛亚汽车技术中心叶博士对于一体化压铸及模具制造等相关话题的观察与思考。

叶又 博士 泛亚汽车技术中心金属材料及紧固件高级技术经理

1、请分享一下您在大型一体化压铸上的观察和思考。

A：我想从源头 - 主机厂的产品设计谈起，毕竟主机厂的想法和决定对这个行业的发展至关重要。对于大型一体化铸件，现在各类专业的非专业的介绍已经非常多，大多谈的是优势，如轻量化、集成化、产业链精简、开发高效等，我这里就不想多谈。主要谈几个问题和我的思考。

第一点，大铸件力学性能早期获取问题。现在从产品设计到量产时间越来越短，前期设计评审越来越依赖CAE仿真，大家知道材料参数的准确对各类仿真分析的准确性至关重要，我们目前车身结构件使用的绝大多数金属材料，如钢板、铝板、型材、锻件都是事先通过试板级别的实验测得各类性能数据，用于零部件整车CAE仿真，具有极高的置信度。但这种做法对大型压铸件是行不通的，目前可能的做法就是放大设计冗余，加大安全系数。有什么更好的解决方法吗？我认为，目前计算材料科学已经建立了成分-工艺-组织-性能的定量关系，并可以计算出理想条件下铸件的部分力学性能。那么结合我们现在的铸造仿真分析软件，是否可以在模拟凝固冷却后的组织及缺陷，如晶粒大小、枝晶、成份分布、夹杂、偏析、气孔、缩松等基础上，计算出铸件的各类力学性能呢？用以支持我们产品设计的CAE仿真分析。当然，这方面工作也需要材料、模具、压铸工艺的早期介入，但核心还是需要软件能开发出这样的计算功能，并具有足够的精度。

第二点，大铸件成本问题。就单件成本来讲，目前大型一体化铸件不具备成本优势。以中型车后地板为例，大铸件重70KG，以每公斤55元价格计算，单件成本约3850元，而同样部位设计采用传统钢板冲压加焊装，重约100KG，加上各类焊接连接费用，单件总成约2000元。若再考虑模具寿命以及合格率等的差距，则单件价差将更大。但是我对大铸件价格降低还是有信心的，一方面，压铸结构件的价格最近几年开始有了大幅度的下降，随着大量投资的进入，竞争加剧，未来应该还能有一定降本空间。另一方面，从零件功能角度，大铸件许多部位是不需要2-3mm厚度的，期望随着材料铸造性能、压铸装备、工艺水平的提升，壁厚能不能做得更薄，这方面降本的想象空间更大。

第三点，大铸件售后维修问题。前段时间有媒体报道modelY倒车碰撞损坏大铸件，更换费用超过二十万，引发了大众对大铸件售后的担忧。我想特斯拉选择后地板作为大铸件切入点，售后维修问题应该算是一个考量点，毕竟后端维修特别是大修的几率相对要小很多。但如果真的局部损坏要维修了，相比整体更换是不是有更好的解决办法呢？目前铝合金3D打印技术日趋成熟，不少产品的强度延伸率已经达到甚至超过现在的压铸产品，结合合适的焊接方法，如CMT冷金属过渡焊接技术等等，焊接热输入较小，可以较好地避免对原铸件组织性能的影响，可能是一种比较经济可靠的解决方法，值得深入研究。

2、相比传统的多件金属件拼接成大型零部件，一体化压铸件的优势和劣势在什么地方？

A：首先需要指出的是，我们不要去神话这个产品。一体化铸件仅仅是车身零部件众多设计方案中的一种，也并没有给客户带来新的功能提升，它最大的优势可能在于产品开发周期的缩短和产业链的缩短，高科技的光环。另外一个优点，铸造工艺几乎可以实现任意形状特征的设计，这也使零部件一体化集成化成为可能，这也是现有能实现经济量产规模的其他制造工艺所不具备的。大家注意，优势这里我并没有强调轻量化，因为从专业角度讲，铸铝的重量效率并不高，铝板拼接设计会更轻。

劣势方面，除了前面提到的成本，维修等问题，我想从设计与制造两方面再补充谈谈。从产品设计角度，多片拼接的设计，可选择的材料众多，强度从200-2000MPA，厚度从0.5mm-3mm，有丰富的设计优化空间，以实现重量、成本、性能平衡最优，这方面一体化压铸件显然是无法做到的。还有个显而易见的问题就是相比多件金属拼接的设计，大铸件的设计变更成本会很高，这个虽然会随着CAE仿真能力的提升而有所缓解，设计变更成本更高是肯定的。

从产品制造角度讲，压铸过程也要比传统冲压复杂难得多，这个问题可以这么来理解，冲压过程变化的主要是形状，从平板到零件，性能基本是不变的。而压铸过程变的不仅是形状，组织和性能也发生了质的变化，并且主要是发生在几秒凝固冷却时间内，这种极短时间内微观组织的变化，让我们这些以宏观尺度来解决问题的工程师感到非常痛苦，好比我们今天对付这个病毒，我们能上天入地，能建三峡大坝，但小小的微生物却让我们头疼万分。

3、请谈谈对免热处理材料的理解。

A：压铸车身结构件成熟应用已超过二十年，国内大量使用也已近十年，典型车型如凯迪拉克CT6，目前普遍采用的是真空压铸+热处理工艺，性能基本可以达到屈服120MPA，抗拉200MPA，延伸率10%以上（铸件本体取样）。由于大型一体化铸件热处理变形问题，免热处理材料可能是目前一种比较好的解决方案。

首先我们需要理解为什么过去压铸结构件一直在使用热处理工艺，热处理工艺到底能给我们带来什么好处？热处理过程除了可以优化材料性能，还可以改善压铸非平衡凝固过程引起的内应力、组织及成分分布的不均匀，前者大家都明白，后者往往被忽视。实际上，十几年前商业化的免热处理材料就出现了，但并没有得到很好的认可使用。考虑到流动性等工艺性能的要求，现在主流的免热处理材料都是在传统Al-Si系合金基础上通过添加合适的化学变质元素，并结合实际压铸的凝固条件，形成细小晶粒和充分弥散的细化组织，获得以前传统固溶时效强化才能获得的力学性能。

我之所以在这里讲这些，主要是提醒大家，由于免去了热处理工艺，为了获得铸态下理想的组织和性能，就需要非常小心的材料成分设计及压铸工艺控制，零件性能对材料成分波动很敏感，对压铸工艺波动也很敏感，尤其是延伸率，而延伸率大小又直接关系到车身碰撞性能以及连接工艺。所以从工业量产角度讲还是有很多工作要做的。需要产品设计、材料、模具、铸造工艺、铸件生产、压铸机等相关各方的密切配合，相互补位，并充分利用好仿真软件的作用。

叶又博士：我这里谈问题比较多些，不少观点在业界也是第一次提出，在坚定看好一体化大型铸件的同时，希望给大家带来些冷静的思考，便于行业理性良性的发展。

本文来自：压铸快讯