一體化壓鑄是近年來鑄造行業(yè)最具創(chuàng)新性的發(fā)展之一。這種通過壓鑄工藝制造大型鋁制結(jié)構(gòu)部件的過程正在全球范圍內(nèi)日益重要。但從設(shè)計者的角度來看，這種發(fā)展意味著什么呢？
采用大型鑄造技術(shù)的原始設(shè)備制造商的目標是用單個部件取代由眾多單獨部件組成的復雜組件。這不僅能夠減輕重量、降低成本，還能簡化生產(chǎn)流程。后車架已成為一體化中的標準產(chǎn)品。單件鑄造的電池框架也日益重要。用單個大型部件替代組件，可大大降低生產(chǎn)成本。此外，壓鑄工藝的優(yōu)勢還能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的幾何形狀和相應(yīng)的功能整合。
開發(fā)一體化壓鑄件時面臨的挑戰(zhàn)
一體化大型鑄件的開發(fā)帶來了許多新的挑戰(zhàn)。這些部件的設(shè)計不僅需要整合傳統(tǒng)組件的多樣化要求和功能，還必須考慮壓鑄工藝的具體情況。
由于一體化大型鑄件是完全嶄新的產(chǎn)品，沒有先例可循，因此沒有經(jīng)驗可借鑒。因此，設(shè)計人員必須制定新的技術(shù)規(guī)范，作為仿真模型的基礎(chǔ)。這些模型涵蓋各種負載情況，包括工作負載、后部和側(cè)部碰撞以及 NVH（噪音、振動、粗糙度）。
特別要注意將原始組件的不同功能和要求整合到一個部件中。這些要求涉及機械特性、與相鄰部件的接口以及具體的制造限制。
拓撲優(yōu)化和細分建模使復雜形狀的創(chuàng)建變得直觀
設(shè)計工程師的工作基于對產(chǎn)品負載情況和可用安裝空間進行模擬，以獲得最佳拓撲結(jié)構(gòu)。這是確保材料只用于需要的地方的一個關(guān)鍵步驟。在隨后的 CAD 數(shù)據(jù)推導過程中，某德國知名一級供應(yīng)商公司多年來成功地采用了細分建模技術(shù)，這是一種來自計算機和電影行業(yè)的技術(shù)，可大大簡化幾何形狀的創(chuàng)建和優(yōu)化。
細分建模使設(shè)計師能夠直觀、高效地創(chuàng)建復雜的形狀。這對一體化大型鑄件尤為重要，因為最佳幾何形狀對結(jié)構(gòu)安全性和可制造性起著至關(guān)重要的作用。此外，該方法還允許快速適應(yīng)變化的要求，從而提高了開發(fā)過程的靈活性。除了縮短開發(fā)時間外，還顯著減輕了重量。
制造設(shè)計是一體化大型鑄件開發(fā)中的另一個關(guān)鍵要素。在開發(fā)的早期階段，就必須通過迭代過程同時考慮功能和鑄造技術(shù)要求。在此過程中，并行仿真循環(huán)對于確保部件的可制造性起著至關(guān)重要的作用。
鑄造仿真有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問題，如氣泡、材料缺陷或模具填充不足。這些信息將用于優(yōu)化部件幾何形狀，最終形成符合汽車行業(yè)高質(zhì)量和安全要求的最終產(chǎn)品。
設(shè)計師任務(wù)范圍的擴展
一體化大型鑄造件的復雜性也從根本上改變了設(shè)計師的職責范圍。過去，一位設(shè)計師獨自承擔全部責任，但如今已不再可能。
開發(fā)需要至少四名設(shè)計師的協(xié)作。其中兩名設(shè)計師專注于部件幾何形狀，另一名負責鑄造系統(tǒng)的設(shè)計，第四名負責設(shè)計壓鑄模具。結(jié)構(gòu)化的模型結(jié)構(gòu)和有針對性的仿真模型為這種團隊合作提供了支持。
除了團隊合作之外，設(shè)計師技能的進一步發(fā)展也至關(guān)重要。開發(fā)人員必須不斷學習新技術(shù)和新方法，以滿足日益增長的需求。這不僅包括技術(shù)知識，還包括組織和溝通技巧，以協(xié)調(diào)不同部門之間的協(xié)作。
對模具和材料的新要求
更大的部件也給模具和材料帶來了新的挑戰(zhàn)。例如，必須開發(fā)新的真空、滑閥和溫度控制方案。熔體的長流道僅允許較低的保壓，需要創(chuàng)新的方法。此外，工具必須設(shè)計得易于維護，以最大限度地減少停機時間。
材料選擇也是一個重要方面。適用于一體化壓鑄的鋁合金應(yīng)具有高強度和良好的鑄造性。
同時，它們還必須滿足耐腐蝕和可回收性的要求。設(shè)計師需要將材料特性與部件的幾何形狀要求進行精確匹配，并針對流動特性、公差和強度之間的相互作用開發(fā)最佳解決方案。
通過一體化壓鑄提高效率
盡管大型鑄造組件高度復雜，但其開發(fā)總體而言非常高效。所有流程都集中在一個組件上，無需開發(fā)、生產(chǎn)和存儲大量單個部件。這不僅降低了生產(chǎn)成本，還顯著簡化了原始設(shè)備制造商的管理流程。
另一個優(yōu)勢是縮短了開發(fā)時間。通過采用現(xiàn)代化方法和優(yōu)化的制造工藝，從最初的概念構(gòu)思到批量生產(chǎn)的時間可以顯著縮短。這為原始設(shè)備制造商帶來了決定性的競爭優(yōu)勢，尤其是在創(chuàng)新周期快速的市場中。
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總結(jié)
一體化壓鑄技術(shù)為設(shè)計師帶來了諸多新挑戰(zhàn)，同時也為汽車行業(yè)帶來了巨大的機遇。這些挑戰(zhàn)可以通過拓撲優(yōu)化、細分建模和緊密的團隊合作等創(chuàng)新方法克服。通過替代復雜的組件，一體化壓鑄技術(shù)能夠提升效率，使其成為一項具有巨大未來潛力的突破性技術(shù)。
此外，一體化壓鑄技術(shù)通過優(yōu)化材料使用和簡化回收利用，為可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻。因此，汽車行業(yè)正面臨一場激動人心的轉(zhuǎn)型，這將從根本上重新定義設(shè)計師的角色。
