劣质压铸机：因为太快被中国掌握，失去了“工业明珠”的资格
劣质压铸机：因为太快被中国掌握，失去了“工业明珠”的资格
永远不要低估国家的工业发展愿景，永远不要相信那些地摊文学中的阴谋论和都市传说。
因为在我国，关于未来发展的各种设想，早已清晰、公开、透明地写在各种规划、纲要文件中。 现在很火的很多东西，其实在四五年前就已经列入发展规划了。
比如新能源汽车行业的“一体化压铸技术”。
2020年8月，特斯拉位于美国加州弗里蒙特的工厂开始安装第一台大型压铸机。 在接下来的几个月里，这种重型一体化压铸设备逐渐部署在特斯拉位于上海、德克萨斯州和柏林的超级工厂中。
2020年9月22日，马斯克自豪地向全世界宣布，特斯拉Model Y将采用一体式压铸后地板总成，并声称这将使下车身总成的重量减轻30%和40%。 制造成本——特斯拉将使用2-3个大型压铸件来取代原本由370个零件组成的下车身总成。
可以说，压铸技术在汽车制造业的应用是对传统汽车生产工艺的“颠覆性创新”。
在很多媒体文章中，人们都将制造模型的这种变化归因于马斯克的灵感闪现——马斯克受到玩具汽车模型的启发，于是他想到了将汽车模制成一体的过程，最后将其集成到汽车中。 它实现了。
这句话很有趣，很有小时候睡前故事的味道。
但对于这样一个涉及生产流程改变、潜在影响数百亿美元的重大决定，你真的相信马斯克是灵机一动做出的决定吗？
反正我不相信，我想马斯克的投资者也不相信。
事实上，至少对于中国来说，最晚从2016年开始，“压铸技术”就频繁被纳入国家产业发展规划。
2016年9月，工业和信息化部在《有色金属工业发展规划（2016-2020年）》中宣布，重点发展“汽车发动机和汽车用铝合金精密锻件和铝硅合金压铸件”。内部结构件。”
一个月后，在《节能与新能源汽车技术路线图》中，工信部和中国汽车工程学会提出了“以铝合金、镁合金和碳纤维为主”的总体思路复合材料，逐步掌握轻量化材料制造技术”。
又一个月后，在11月公布的《工业“四基”发展目录（2016年版）》中，国家制造战略委员会列出了“金属压力铸造技术”、“铝合金压力铸造技术”和“高——“强度铸造铝合金材料”列入核心基础零部件、关键基础材料、基础工艺、产业技术基础发展目录。
12月，工业和信息化部、国家发展改革委、科技部、财政部联合推出的《新材料产业发展指南》直接列出“节能与新能源”汽车材料”被定位为“重点应用领域急需的新材料”。
也就是说，2017年春节之前，我们的工业主管部门就已经拿着大喇叭喊了很长时间的“汽车铝合金”和“压铸技术”。
这是行业的大势所趋，根本不是灵光一现。
诚然，特斯拉高调部署的大型压铸机是全球首创，也确实特斯拉引领了一体化压铸潮流。 不过，特斯拉的压铸机品牌叫IDRA。
IDRA是中国公司“力金科技”旗下的品牌。
今天我们就来说说新能源汽车行业的一项重要技术“压铸”。
01 欧美供应商掌控的“汽车制造”
事实上，汽车制造不仅仅是汽车制造商的业务。
如果你想写汽车制造，你不能只写汽车工厂。 冶金工业你得写，机械加工你得写，仿真软件你得写，工业美学你得写，公司财务你得写……
总之，对于中国汽车产业来说，新能源的崛起是暴露在水面之上的“中国厂商战胜国外厂商”，而“压铸技术”则是水面之下普通人难以企及的“国产替代”。消费者去感知。
“压铸技术”所取代的不是产品、品牌、制造商，而是模型。
从过去到现在，传统汽车生产基本可以分为三个阶段，时间节点分别是1960年和2020年。
1960年之前，无论是汽车工业发达的欧美，还是当时汽车工业落后的中国，所有汽车制造商在“如何造汽车”上并没有本质区别。 均采用“冲压+手工焊接”。 事实上，从1960年到2020年，这种模式并没有太大变化。“冲压+焊接”模式仍然是主流中的主流，只是刚刚改为“冲压+机器人焊接”。
所谓冲压就是利用压力机和模具将材料成型为特定的形状——就像用手锤击橡皮泥一样。 如果你给一个方形的模具，锤打出来的橡皮泥就会是方形的。 如果你给的是圆形模具，锤击它。 出来的橡皮泥会是圆形的（当然汽车厂的冲压机模具要复杂得多）。
汽车厂用冲压模具
冲压的最大优点是速度快。 只需按下压力机，零件就准备好了。 第二个优点是便宜。 只要有模具，把材料放在上面就可以了——这特别适合批量生产。 。
但另一方面，要想又快、又好、又便宜地生产出冲压产品，技术难度还是比较高——模具、钢材、工艺等方面需要解决的问题很多。
例如，当苏联人最初制造AK时，他们在机匣上使用了冲压技术。 只是当时苏联的技术还达不到标准，存在很多问题。 他们不得不使用铣削技术来制造机匣（使用一大块钢材来切割出机匣。制造一个重量超过一公斤的机匣需要五磅以上的钢材）。 。 后来苏联人掌握了冲压技术，果断回到了冲压老路。
除冲压外，还有焊接。
冲压将零件一件一件地生产出来。 为了组装这些部件，需要焊接。
焊接并不容易，它是一项真正的高科技工作。
根据人力资源和社会保障部2022年发布的数据，“焊工”在紧缺人才名单上排名第15位——作为一名熟练的焊工，年薪10万不成问题。 如果运气好，技术足够强，年薪几十万也很正常。 。 例如，国内某大型合资汽车制造商的“焊接规划部”负责规划整车生产的焊接工艺。 首位国内负责人是享受国务院特殊津贴的焊接专家，外商派出的工作人员也是外籍焊接精英或经验丰富的高级工程师。
可见，在“冲压+手工焊接”时代，冲压件的质量和焊接工人的水平是汽车生产过程中的重要因素。
但遗憾的是，现阶段我们还没有跟上时代——新中国刚刚完成“一五”规划不久，我们在这些东西上确实没有实力与外国企业竞争。
1960年后，时代变了。 焊接正在变得自动化。
这种情况对我们来说就更加不友好了。
美国通用汽车公司于1961年推出了世界上第一台用于汽车生产线的焊接机器人。在接下来的十年里，工业机器人开始快速发展：
机器人抓取汽车零件
1968年，美国一家公司推出了一款12关节机器人，可以通过计算机或操纵杆控制。 尽管这款机器人最初是为医疗目的而设计和制造的，但其精致的运动模式启发了后来的工业机器人。 发展。
次年，斯坦福大学推出了所谓的“Arm”机器人，立即赢得了美国工业界的广泛赞誉——这东西的外观与今天的工业机器人没有太大区别。
发明家大卫和早期模型机器人
到了 20 世纪 70 年代，技术变得更加成熟。 MIT推出了“Arm”机器人——从外观来看，基本上可以说定义了未来几代工业机器人的统一设计。 更重要的是，Arm内置了传感器和芯片——这已经开始走上智能制造之路。
到了20世纪80年代，工业机器人全面开始蓬勃发展，迎来超高速发展。 如今的结果是，一家年产10万辆的汽车厂，如果只生产一种车型，至少需要80台焊接机器人。
然而，作为与汽车工业“同生共死”的产品，焊接机器人自然也是传统汽车强国的主导产业——ABB、发那科、那智不二越、川崎重工、安川……这些占据了很大的份额。市场。 国际智能焊接机器人巨头大多是来自欧洲和日本的品牌。
您认为欧洲和日本为何长期成为汽车工业强国？ 在汽车行业，我们不仅有丰田、本田、奔驰、宝马，后面还有ABB、川崎重工。
依然是我们在《强国钥匙》中提到的理论：
对于2000年之前存在、产业链较长的行业，中国企业面临着巨大的追赶压力——因为作为一个后发国家，我们需要跨越别人几十年积累的专利护城河。
更何况人们还喜欢抱在一起取暖：大众最喜欢“库卡”，特斯拉喜欢用“发那科”，而丰田和川崎靠得很近，可以穿一条裤子。
你们都是利益共同体，不让我玩，我该怎么办？
02 挑战“焊接”的“压铸革命”
很快，很快，转折点就来了。 因为新能源浪潮正在兴起。 新能源浪潮其实并不是“以电代油”那么简单。 因为在新能源时代，汽车制造商面临着非常具有挑战性的环境：
市场上，消费者对汽车的需求是“大、更大、超大”——中国新能源汽车产品最初是传统轿车，后来开始打造SUV，现在又涉足MPV商用车。
说实话，如果这样的趋势持续下去，恐怕“全险半卡车”会成为未来家庭出行的新选择。
比亚迪已经推出了混合动力车“四米二战神”。 年轻人的第一辆房车距离我们已经不远了。
在法规方面，国六标准还要求汽车节能、减少排放、减轻车身重量。
一般来说，更大的汽车意味着更大的发动机和更大的重量。 但现在，我们需要的是重量更轻、碳排放量更大的汽车。
因此，问题的解决方案就变成：使用更环保的电动和混合动力汽车来解决碳排放问题，并使用铝合金等更轻的材料来解决重量问题。
我知道解题的公式，但是到了做题的时候，麻烦又来了。
铝本身的物理性能是一个大问题。
在传统汽车中，白车身完全由薄钢板冲压件制成，通过点焊相互连接。 焊接材料和钢母材均具有非常好的强度，可用作受力结构件。
但换成铝合金就很尴尬了。 铝合金的熔点比钢低得多。 为了减轻重量，板材不宜太厚。 如果在铝板上进行点焊，结果可能是直接穿透，而铝合金如此低的强度在高温焊接后也会受到影响。
另外，薄铝板的强度无法用作受力结构件，因此它们之间常常采用铆钉和螺钉等冷连接或简单的粘合剂。
冲压和焊接这两种最重要的加工方式，对于汽车铝合金件来说都是尴尬的事情。
事情到了这一步，我们就不能再用老方法了。
压铸技术，启动！
“压铸技术”的原理其实并不复杂。 从某种意义上说，街上买“鸡蛋华夫饼”的小吃店也采用了压铸技术——利用压力将液体材料注入模具中，冷却后形成特定的形状。
即使只是看这句话，我们其实也能知道“压铸技术”的优越性。 因为注入的是液态金属，只要模具设计得足够好，最终就能形成极其复杂的形状——去博物馆看看复杂的春秋战国青铜器就可以了。 你就会知道，只要模具足够精细，无论形状多么复杂，都可以为你铸造出来——而且铝水的流动性比钢水好得多。
在实际生产中，人们只需设计一个整体模具，然后用压铸机将铝液注入其中即可。 冷却并打开模具后，我们将得到一个完整的结构。
这就是特斯拉如何将下车身总成的 370 个零件减少为 2-3 个压铸零件。 “冲压+焊接”模式下，几十个零件组成一个部件，至少需要120分钟，而且多条生产线必须并行运转。 借助大型压铸机，90秒即可生产一个压铸件，每小时可生产四十多个。
哪个汽车制造商不会嫉妒这种效率？
还有一点不能不说的是：
冲压件生产过程中存在大量的边角料。 由于汽车结构复杂，不同冲压件所用钢材不同，这些边角料无法统一回收、重熔、再利用。
但压铸则不同。 压铸技术自始至终只使用一种材料，甚至报废的零件也可以回收再利用——这也是非常经济的。
因此，从汽车开始使用铝合金减轻重量的那一天起，压铸技术的大规模应用就成为必然——无论铝的物理性能如何，还是制造商的业务需求如何，只要你想用大的制造汽车的铝制零件，压铸机是唯一可行的解决方案。
03 又爱又恨的压铸技术
拥有好的压铸技术确实很好，但是烦人的问题也确实有很多。
压铸技术看起来相当简单且易于使用。 只需将铝水倒入并等待其冷却即可。 但事实上，压铸技术其实比冲压、焊接难度更大。
总结起来，主要有两个问题：
首先，流程复杂。
二、热胀冷缩。
下面我给大家展示一下高压铸造过程中金属流体的流动分析图。
与冲压件和焊接相比，这种管子注入高压铝水后的力学分析确实是危及生命。
“兵无常势，水无常形”。 每次高压注入的液体流量几乎是随机的。 而且你的结构越复杂，铝水倒入后，填充情况就越难以预测。流道如此曲折，结构如此复杂，你无法用肉眼观察到——这个会给后期的探伤分析带来很大的问题。
超高压喷出的铝水会在闭合的模具中剧烈振动，然后在数十秒内迅速冷却。 在这个过程中，很可能会形成一些意想不到的结构，最终会导致整个铝部件内部结构出现各种问题。
当然，更不用说杂质、气孔等，这些都是铸造行业中每天都会发生的事情。
除了流动引起的复杂情况外，热胀冷缩引起的变形也是制约铝合金一体化压铸的问题。
如果您的压铸材料是普通铝，则不能直接在汽车上使用。 与钢一样，铝也需要进行热处理，否则金属的强度、硬度等机械性能将达不到标准。 整个热处理的一般流程为：取出压铸件，切除余料，固溶退火，淬火，时效硬化，最后进行加工。
退火、淬火、淬火……都涉及反复的加热和冷却。
