一體化壓鑄在白車身中的應用淺析

王艷

摘要：提出了一種全新的快速建模方式——以自上而下、快速迭代相結合的建模方法，通過明確數(shù)字孿生各階段的迭代范圍、顆粒度以及通過二次開發(fā)構造模型骨架具體實現(xiàn)這種建模思想，同時還利用構造模型庫及二次開發(fā)等方式實現(xiàn)模型的復制，最終實現(xiàn)了數(shù)字孿生建模效率和質(zhì)量的提升，為汽車制造行業(yè)構建數(shù)字孿生模型提供了一種新的解決方案。

關鍵詞：數(shù)字孿生；快速建模；Catia

2023年新能源車突飛猛進，乘聯(lián)會預計今年國內(nèi)新能源車銷量有望突破850萬輛，占比總銷量約34%。隨著傳統(tǒng)汽車的大力入局及新勢力的繼續(xù)加碼，在日趨白熱化的競爭中，新能源車在各個方面不斷創(chuàng)新。

自從汽車批量化生產(chǎn)以來，汽車白車身生產(chǎn)工藝必須經(jīng)歷沖壓及焊接兩個工藝，白車身往往由400個左右鈑金件及200個左右其他螺母、螺栓等小零件組成。而一體化壓鑄則直接由熔化的金屬液灌注、整形和冷卻成型。將上中下游的工藝直接變?yōu)橐粋€單件的管控，省去了以往在物流、尺寸等方面人力、物力的投入，可以說是對傳統(tǒng)工藝的降維打擊。本文結合一體化壓鑄嘗試及研究進行相應總結。

技術特點分析

一體化壓鑄工藝一般是將鋁液通過一個或多個澆注口注入到壓室內(nèi)，通過加壓快速充滿模具型腔，通過壓力使其冷卻形成鋁鑄件。該工藝的興起主要得益于電動化后輕量化材質(zhì)鋁的規(guī)?；瘧茫约懊鉄崽幚礓X材的商用帶來的復雜鑄件的精度大幅提升。綜合對比傳統(tǒng)結構設計其主要優(yōu)缺點如下。

結構部位及分析

1.應用部位選擇

綜合上述一體化壓鑄工藝的特點，其在結構復雜、承載力大及共用化高的部位應用更有優(yōu)勢。

由于上車體對于承載力的要求并不突出，造型的變化帶來共用性不高，決定暫不應用。而下車體則較為適合，分析下車體承載部分主要分為前車架區(qū)域、門檻區(qū)域及后車架區(qū)域，考慮門檻等截面結構簡單及適應軸距長短的變化，優(yōu)先使用輥壓等工藝更加適合。而對于前車架區(qū)域及后車架區(qū)域，其結構復雜、機械性能要求高且更適合平臺化共用。故決定在上述兩個部位采用一體化壓鑄工藝，即在白車身上的發(fā)艙和后地板區(qū)域。

2.發(fā)艙區(qū)域

發(fā)艙區(qū)域最初計劃是將縱梁、輪罩及前圍全部集成為一個壓鑄件。如下圖所示：

但經(jīng)過詳細分析，主要考慮動力總成的多元化，如燃油、純電及混動的選擇，白車身對于艙體內(nèi)部的空間大概率會有變化。同時前圍板區(qū)域由于造型的變化也會有一定變化。故綜合考慮將方案變更為左右兩側分別開發(fā)?；诖饲疤?，綜合技術難度及成本考慮，本次車型制定單側三個鑄件的設計方案，如圖2所示。

鑄件采用SPR、FDS、螺接及結構膠等連接工藝。

3.后地板區(qū)域

后地板區(qū)域?qū)⒖v梁、輪包及中部連接板統(tǒng)一設計為一個鑄件。并將后車架的安裝點均設計在該鑄件上，利于安裝精度及后期的平臺化設計。

鑄件同樣采用SPR、FDS、螺接及結構膠等連接工藝。

相關工藝參數(shù)

1.材質(zhì)及機械性能

本次鑄件產(chǎn)品主體材料暫定選用C611。機械性能要求為屈服強度120Mpa以上，抗拉250Mpa以上，延伸率10%以上。指定的面硬度要求達到70HRB。對于鑄件上的螺紋套，就其頂出強度可達到30KN-80KN以上，具體由螺紋尺寸及產(chǎn)品要求所定。

2.表面處理

相比以往沖壓板材，鑄件表面有一層脫模劑。對于涂膠面需要激光清洗。同時脫模劑的選擇需要能夠滿足涂裝工廠的清洗工藝，以滿足電泳效果。具體收集部分關鍵表面參數(shù)如下表：

3.尺寸精度

一體化壓鑄由于將多個零件集成為一個零件，即將原先的總成公差直接降低為單件公差。同時采用了CNC機加工工藝，對部分高精度尺寸又進行了公差等級的提升。一體化鑄件的尺寸公差具體見下表。

結語

一體化壓鑄工藝具有諸多優(yōu)點，但其對白車身產(chǎn)品的影響并不限于輕量化、成本、周期等，而是對整個生產(chǎn)工藝的顛覆性變化。作為新興工藝，各大車企相繼推出自己的一體化壓鑄生產(chǎn)線。據(jù)悉一體化壓鑄下車體，甚至是整個白車身骨架構想已經(jīng)在某些車企及設備廠家中進行研討，新的變革已經(jīng)悄然發(fā)生。

最近國家有關部門將新能源汽車行業(yè)定義為我國的優(yōu)勢行業(yè)，相信在中國速度的加持下，在未來我們會看到更多富有創(chuàng)新性的好產(chǎn)品。