原本没打算回答这个问题,但是看了一下题目下102个回答,有说特斯拉啥也不是的,有说特斯拉勇为人先的,有说特斯拉拿客户做实验的,还有随手打广告的,更还有2400+赞但是全都是胡说八道的。特别是还有N位做车身或者底盘出身的,扯了一堆正常的铝合金车身是怎么做的,可转到了特斯拉的压铸又一笔带过的。69万话题阅读量,竟然没有一个了解压铸的,看的确实是心累。

首先,特斯拉到底一体压铸了啥:


只有黄色部位改为压铸件,不是全车身,这个位置碰撞概率很小,而且都还包在外面的车身里面,是后排座椅后部和以前燃油车放油箱、很多电动车放电池以及燃料电池车放氢气瓶的位置,为什么这么说?就是强调这块极少能撞到,不管什么车如果都把这块撞坏了,你这个车基本也可以不要了。所以不要夸大什么一体铸造特斯拉就会一碰就要换车,这都是扯。

其次,为什么说很多底盘和车身的工程师的回答也没能好好解释压铸,因为这样的复杂压铸对于底盘和车身的汽车工程师来说是超纲的。

车身,无论是钢还是铝合金车身,主要的材料都是板材为主,工艺是冲压。压铸件和铸造件不是没有,但是很少,而且结构简单,体积小。整体来说,整车的工程团队一般对于压铸、棒材锻造和特钢方面都比较缺乏技术知识,而真正在产品中大量使用压铸工艺的是动力总成的工程师,没错,就是发动机、变速箱的工程师。

这也是为什么,特斯拉突然干了这么个压铸工艺后,国内主机厂整车工厂的制造专家一脸懵逼的在做benchmark,然后动力总成工厂的制造专家们在和高压铸造的供应商以及压铸设备供应商们在研究做工艺稳健性和可行性。

第三,回到主题,啥是压铸:

高压压铸,又叫做HPDC,结构简图如下


金属首先在单独的熔炉中熔化,然后转移到保温炉中,然后倒入压射套筒中。融化的铝合金注入套筒,封闭端口,然后活塞推动快速高压的将铝合金金属流液注射入模具中。


高压铸造 vs 重力铸造

为什么要有高压的加压部分呢?可以看看传统的重力铸造,金属流液依靠重力作用来填充整个模具,因此金属的流动与冷却速度、冲型效果、浇注速度都受到了影响。尽管我们可以通过采用惰性气体氛围和模具排气结构来优化,但是重力铸造依然还是只能为体积比较小、结构相对简单的铸造零件服务。


而高压铸造适合制造体积较大,结构复杂,表面质量要求高、批量制造速度快的零件。传统的发动机缸体、缸盖、平衡轴壳体等零件都是采用高压铸造工艺。而真实的压铸机可看如下:




过去汽车行业的压铸机一般来说在1000-4000吨范围。特斯拉采用的是中国力劲科技的压铸机,这也是汽车零部件行业比较熟悉的一个压铸机供应商,压铸关闭力达到了6000吨,这是我见过的最大的压铸机规格。

不过6000吨目前也不是什么独有技术,全球范围内提供5500吨以上的压铸机的企业还是有的,这个还是与制造需求有关系。


第四,压铸符合奥卡姆剃刀原理?管理一堆高压铸造零件的Jacky告诉你,恐怕没这么简单。

首先,高排位回答中有整车工艺工程认为铸造代替冲压焊接产量低。这个逻辑是有问题的。因为一体式铸造是单独工位,不能用包含一堆冲压与焊接组装过程的成线节拍来对比。独立设备的设备开动时间就可以很久,设置中转仓库一直干下去就完了,而且节拍不够加一台就直接打一半节拍,而你要加多级零件冲压+组装激光焊接就是一条线一串的设备。

其次,所有铸造形式对比锻造、冲压都有成本优势,无论是从材料利用率、材料成本还是工艺成本的角度,更何况你还采用的是激光焊接工艺,而且还是小部件激光焊接。根据我的经验,以任何形式的铸造零件取代锻造和冲压零件或组合零件的成本改进都在30%-55%左右。

但是,高压铸造形式上的简单无法掩盖其工艺设计的复杂:

首先,结构越复杂,薄壁结构或者壁厚变化结构越多的,越难以实现良好的冲型


这张图是高压铸造过程中金属流液的流动分析,可以想象,流动通道越复杂,存在边角结构越多的,就会导致金属在冲型过程中没法良好填充,甚至出现由于流动速度快,形成紊流的情况。而所谓紊流就会导致内部严重的缺陷。流动问题还会带来杂质和氧化皮的风险,流动性不足或由于多处的流动进度不同,从而出现多处金属液面冲击融合,都会导致杂质不能顺利的排出,或者出现氧化皮冷隔。这些都会导致零件失效。

然后,接下来的问题就是排气。


这里的“气”,既有模具中原来有的气体,也有金属流液自身带进去的气体,还有包含在金属中的气体。铝合金液在一开始熔炼转移到保温炉的时候就要做排气,完全的沉淀铝液中的杂质和排出气体,我们会采用取样密度法来评估含气量。然后通过压铸设备的设计来尽可能减少浇注气体,然后到了模具里面,根据仿真结果和填充结构,在模具上还有设置合理的排气结构排出气体,更先进的做法甚至采用惰性更好的气体保护和一定的真空技术来实现。在这里,大量的仿真技术和生产过程控制会被介入。做的不好就是大量的气孔。

第三,冲型和排气做好了,冷却又是个大问题。


冲压是一个冷过程,而铸造是一个热过程。这里面有一个热胀冷缩的问题。我们要准确的仿真铸造零件的完整的冷却过程,而且还要让零件按照我们的想法去冷却。因为冷却就意味着收缩,如果此时没有足够的液态的金属去补缩,那么你就又会出现缺陷。所以我们要让那么大的一个零件按照我们的想法去冷却,还要设置一个最晚冷却的小池子能够补充液体。我们还要避免出现不合群的热孤岛,因为那将会是缺陷生成的起始。

而要实现这一点,我们要对零件的铸造特性和热特性了如指掌,而且还要去设计不同的模具冷却方案来进行匹配。

好不容易冷却好了,然后你发现尺寸又是一个大问题:


从热态的模具尺寸,到冷却后的尺寸有形变。然后热处理过程,又会有形变。(铝合金铸造结构件必然有热处理,前面那位说铝铸造不需要热处理的真不知道你是那个学校学的材料或者在哪家企业做工程,麻烦告诉我一下,以后我避开贵司产品)。当然也没有到失控的地步,因为牛逼的我们也还能仿真,高压铸造良好的表面结构对改进也有一定的帮助。

但是肯定比不上冲压件的效果,这就要看结构的需求了。

所以你看我们扯了这么多,而这些东西连我真实在分析压铸结构产品时候的十分之一都还不到,而要解决这些问题则需要大量的开展材料、结构、模具、冷却模型的深入研究,在生产制造过程中还需要在工艺方面增加大量的监控才能实现稳定生产。

为了能够对缺陷进行识别,无损探伤方面需要结合使用超声波、X光和工业CT共同协作,才能有效确保。这些玩意儿我感觉特斯拉大概率还没搞,特别是工业CT。

正是由于这些东西的存在,因此我们的一句名言是:铸造必然是有缺陷的,只是工程能接受到多少而已。

铝合金的不同铸造模式的铸造缺陷的接受标准和识别定义方法,在汽车行业结构件的不同级别定义与评估,在世界范围都是一个需要大量工业积累的过程。传统的整车工程很难接受这种状态,我见过的多家企业对于整车车身用高压铸件的技术要求甚至有直接规定“没有铸造缺陷”的。这就是典型的失心疯了。因为车身用的板材件太多了,这类零件在材料厂这里就是经过了缺陷检查过来了,而且板材工艺本身就不会带来酥松缩孔这类的缺陷(形象的理解就是揉打压实的死面团里面是没有气的)。

但是一体铸造零件会存在缺陷、密度不等、机械性能不一致、变形不稳定、结构复杂位置表面质量差等一系列的问题,并可能最终导致失效。而板材冲压结构是整车非常成熟的技术,整车工厂有大量的成熟设备来制造,又有质量稳定高效的制造工艺的支持。特别是高强度钢结构的话,铸造是没有高压铸钢技术来对应的(高压铸造的一般是轻金属)。所以一直以来,一体铸造没有进入过整车制造工程的法眼。即便是现在,大家也还是观望为主。

至于回答中很多人说这个多不可靠云云的,我觉得:

  1. 不清楚特斯拉的具体材料应用,但是铸态轻金属+热处理的机械性能早已在其他领域超过了传统工艺,所以机械性能方面不用太担心。
  2. 在批量制造中稳定开展高压铸造有办法,但是非常困难,而且需要更多的工艺工程思路以及基于工业4.0的全新监控技术的融合,这是一个非常大的挑战。
  3. 这项技术如果证明工艺上的可行性与稳健性,对行业都是一个巨大促进,尽管我认为未来五年内应该不太会有人跟进,但是作为技术研究人员,我个人祝特斯拉好运!

楼上一堆外行都没回答到点子上。

利益相关:N年TOP OEM工程经验,曾深度参与蔚来铝车身开发,制造工艺设计。

一体铸造优点就不说了,很多特吹已经大吹特吹过了。那为什么之前大家都不用呢?就特斯拉的工程师聪明?我斗胆先抛出来一个车身制造的不可能三角,即生产效率、成本和质量三者不可能同时做到最优。大部分主机厂都是质量为纲,追求生产效率,通过控制成本以实现利益最大化。特斯拉呢,简化设计,用铸造代替冲压件焊接,在降低生产成本的同时保证了生产效率,那么,牺牲了什么呢?不言而喻了。这里的质量还可以拆解为几个具体的概念,如整车质量的robustness,质量的可查可控可追溯,以及大家最常提到的做工(尺寸间隙面差,装配间隙,钣金配合等)

往细里说,我提几条从专业角度的评价:

  1. 铸造在工程上最大的优势,能大大缩短整车车身开发时间,传统几十个钣金件焊接起来的车身结构被一体式铸造替代。省下来的设计时间是非常可观的。但是,业内有句话叫,设计一时爽,制造火葬场。ME和DE的人哪个不喷这种偷懒设计的。
  2. 压铸成本低,但是产量也低(相对传统冲压件焊接)。传统大厂很多单车型可以很轻松做到60JPH生产。压铸设备生产效率不容易做这么高。细分到制造流程来看,在成本,生产效率和产量之中,特拉斯目前牺牲了产量(相对)。
  3. 铝铸件必须热处理,热处理大概率导致形变,最后的结果就是整车尺寸一塌糊涂,而且无法通过工装夹具来调整。像BBA车型中也会出现的铝铸件,通过高成本的工艺控制来实现了尺寸的精准控制,比如精密的铸造工艺和过程控制,匹配面机加等。但是也局限于小的零件。比如避震器支座,前后纵梁等部分大小尺寸与钢制单间相仿的零件。大型铸件的尺寸精度控制始终会是困扰整车尺寸的难题。特斯拉之前没有解决,现在,我个人认为也没有解决。PS: 特斯拉的车身尺寸,整车Audit的分放SGM, SVW根本不可能达到各阶段要求,必然各种deviation。
  4. 铸件质量的稳定性、一致性也远不如冲压件,探伤质检流程也相对困难,尤其是在高产能的前提下,必然牺牲了铸件质量(控制)。同时,铸件热处理的能力也一定程度上限制了产能。
  5. 铝连接或者是钢铝连接制造工艺成本高于纯钢冲压件焊接,需要通过品牌溢xin价yang来弥补。
  6. 整车角度来说可修复性也是一个很重要的设计考量,这是为消费者考虑的。为了可修复,可替换,一些简单的结构会故意做成连接的复杂结构,这也是工程师的用心之处。但是,显然,特拉斯的用户都是不用修车的,换就完事了。

总而言之,特斯拉的核心优势可能体现在电子电气及软件方面(非专业人士,仅直观感受),从车身结构和制造工艺的角度来说,只体现了厂家想尽办法压缩开发、验证测试与制造准备的时间,投机取巧,不负责任。特斯拉在生产效率、成本和质量三者之间通过降低质量要求,实现了很多传统主机厂不可能实现的工艺和目标。作为消费者,你爱买什么,爱吹什么,你对自己的钞票和行为负责,无可厚非。但是作为工程师,我觉得,对特斯拉盲目的吹捧和顶礼膜拜是对行业内很多兢兢业业的从业者的侮辱。质量,是件很严肃的事情。

来源:特斯拉一体压铸成本降低,为什么其他汽车厂家此前没有类似尝试?

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