中圖分類號：TG249.2；G353.11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20240426

Research on Application of Integrated Die-Casting Process in Automotive Flooring

Pan Fei， Peng Sheng， Tian Zhengfang （XpengMotorsCentral China（Wuhan） Co.，Ltd.，Wuhan430000）

Abstract：Integrated die-casting process isincreasingly widely applied in the manufacturing of new energy vehiclesduetoitscharacteristicssuchassimplification，higheficiency，lightweightandhighstrength.However， because of short evolution time，immature and inconsistent design of proces routes among various enterprises，there are significantdiferencesboth incostandeficiency.Thispapercomparestheadvantagesanddisadvantagesofvarious process routes and suggests adopting aluminum liquid direct supply scheme，automatic online measurement combined with automatic deburing，and using tapping instead of thread sleeve process as much as possible if conditions permit， which can significantlyreduce productioncostsand improve production eficiency.However，thisscheme stillhasmany shortcomings in wideapplication.By exploring theadvantages and disadvantages of processroutes used inkeyprocesses of various enterprises，more eficient，more economic，high quality and stable processroute are summarized deeply.

Keywords：Diecasting，Melting，Dimensions，Deburring，Assembly

1前言

2020年，上海特斯拉壓鑄車間首件一體壓鑄后地板下線后，國內(nèi)車企紛紛跟進(jìn)，開啟一體壓鑄項目的預(yù)研、試制和應(yīng)用。一體壓鑄工藝具有以下優(yōu)勢：

a.簡化：370個零件減少為2個1，一體壓鑄使車身結(jié)構(gòu)大幅簡化，從而使車身制造工藝簡潔高效，極大提升產(chǎn)能。

b.強(qiáng)韌：鋁合金壓鑄工藝?yán)媒饘倭黧w凝固特性，通過加強(qiáng)筋、壁厚變換等優(yōu)化車身設(shè)計；減少數(shù)百個連接點(diǎn)，一致性大幅提升，減少了各環(huán)節(jié)交互的不穩(wěn)定性，綜合強(qiáng)度和機(jī)械性能優(yōu)于傳統(tǒng)車身[2]。

c.輕量化：壓鑄鋁合金可通過優(yōu)化產(chǎn)品復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計在保證車身強(qiáng)度的同時提升輕量化效果3]，地板質(zhì)量減輕 19% 左右4]，提升航程、節(jié)約能耗。

d.高效：壓鑄工藝靈活度高，可通過工藝改進(jìn)縮短節(jié)拍、提高效率，批量生產(chǎn)優(yōu)勢明顯。用1＼～2個一體壓鑄件替換數(shù)百個沖焊件，焊點(diǎn)大幅減少，單件制造周期由數(shù)小時縮短至幾分鐘，廠內(nèi)直供，效率大幅提升。

e.降本：替代數(shù)十至數(shù)百個傳統(tǒng)沖焊件，減少車身連接工序，節(jié)省機(jī)器人數(shù)量，縮短產(chǎn)線，節(jié)約制造空間，大批量生產(chǎn)及工藝改進(jìn)可優(yōu)化降本。

本文擬通過研究對比每道工序的不同工藝路線優(yōu)缺點(diǎn)給出參考建議路線

2一體化壓鑄工藝介紹

一體化壓鑄工藝流程主要由鋁錠熔化、高真空壓鑄、冷卻、去澆道、打碼、X-Ray檢查、去飛邊毛刺、機(jī)加工、清洗及裝配組成，如圖1所示。

熔煉工序主要分為自主熔煉和鋁液直供2種路線，料餅流道去除分為等離子切割和切邊機(jī)2種路線，去毛刺分為人工、自動及自適應(yīng)打磨3種路線，尺寸控制采取抽檢和在線整形及測量2種路線，機(jī)加工采取切削液及微量潤滑2路線，清洗分為不清洗及清洗2種路線，裝配可選擇自攻螺紋、螺柱焊、壓鉚、拉鉚螺母及螺柱、自攻螺絲等路線。

然而，由于各企業(yè)的實際狀態(tài)不同，工藝路線及排布上各有差異。各企業(yè)在實際運(yùn)營過程中也出現(xiàn)了產(chǎn)量淡季廠內(nèi)熔爐及保溫爐消耗能源過高、等離子切割故障率高效率低且表面飛濺多、壓鑄尺寸波動大影響焊裝工藝、自動打磨隨著尺寸波動打磨不到位或者過切、裝配標(biāo)準(zhǔn)件過多及工藝復(fù)雜效率低等情況，造成壓鑄工藝相對于整車的傳統(tǒng)工藝設(shè)備故障率高、生產(chǎn)效率較低、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等。

3一體化壓鑄工藝應(yīng)用研究分析

3.1 熔煉工藝應(yīng)用分析

一體壓鑄用鋁液的來源主要有自主熔煉（多采用機(jī)邊熔煉爐）及鋁液直供2種模式，自主熔煉的優(yōu)勢為根據(jù)需求隨時進(jìn)行熔煉且針對不同壓鑄島可采用不同型號鋁錠熔化實現(xiàn)個性化生產(chǎn)模式，特別在新品試制及材料研發(fā)階段優(yōu)勢明顯，然而在產(chǎn)量不飽和的情況下保溫造成極大的能源浪費(fèi)，同時鋁錠的二次熔煉造成能源的浪費(fèi)及燒損的增加都使得成本增加。熔煉爐一般需要周期性保養(yǎng)，保養(yǎng)時間在1個月左右，此時整個壓鑄單元需停產(chǎn)造成整車廠產(chǎn)能損失。鋁液直供方案能夠按照需求配送鋁液減少停產(chǎn)保溫成本及減少燒損和熔化成本，但由于鋁液運(yùn)輸屬于危險品運(yùn)輸，容易造成送貨不及時，且一般配送距離不超過 100km ，需要在壓鑄企業(yè)附近有配套鋁液工廠。對自主熔煉和鋁液直供模式在成本和鋁液質(zhì)量上進(jìn)行對比分析，綜合成本每噸鋁水鋁液直供較自主熔煉節(jié)約400元/t左右，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

條件充許的情況下采用鋁液直供工藝路線不僅能夠降低壓鑄運(yùn)營成本，而且能夠避免設(shè)備異常及熔爐年度保養(yǎng)造成停產(chǎn)，在質(zhì)量上鋁液集中精煉除渣較自主熔煉間歇性精煉除渣具備更高的鋁液品質(zhì)。

3.2 尺寸控制應(yīng)用分析

一體壓鑄后地板由于其尺寸較大，產(chǎn)品收縮及其他條件波動易造成尺寸波動，同時不同模具之間也存在尺寸差異，會導(dǎo)致后道工序尺寸波動引起涂膠不良、后門關(guān)緊力大、前翼子板相關(guān)區(qū)域匹配缺陷等。尺寸控制不到位會給后工序造成極大的困擾。當(dāng)前主要的工藝路線有離線檢具、藍(lán)光或者激光雷達(dá)抽檢和在線關(guān)鍵點(diǎn)位 100% 測量2種形式。如圖2所示為光電檢測形式測量站，采用精確定位及光電傳感器同時檢測多點(diǎn)位尺寸，具有檢測效率高、數(shù)據(jù)收集能力強(qiáng)、自動識別判斷等方面優(yōu)點(diǎn)。

但事后測量僅為檢測手段，并不能從根本上解決尺寸波動問題。部分企業(yè)引入整形工藝，通過整形模在毛壞下線后進(jìn)行 100% 整形，從而獲得較好的尺寸一致性。如圖3所示為某車型前艙采用整形工藝后A柱部分點(diǎn)位的測量值。同時整形?？筛鶕?jù)不同模具情況調(diào)整整形量，聯(lián)合測量站監(jiān)控，能達(dá)到較好的尺寸控制目的。

3.3去毛刺工藝應(yīng)用分析

壓鑄零件上的飛邊毛刺不但會造成割破汽車線束等嚴(yán)重質(zhì)量問題，也會給后續(xù)安裝工位造成割傷等安全事故，所以去除壓鑄地板上的多余飛邊毛刺成為壓鑄工藝中不可或缺的環(huán)節(jié)。當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)普遍采用人工打磨工藝，投入成本低，但是存在作業(yè)效率低、作業(yè)環(huán)境惡劣、人工去除毛刺不徹底造成質(zhì)量異常等問題。因而部分企業(yè)導(dǎo)人自動去毛刺單元，如圖4所示，采用機(jī)器人帶銑刀等進(jìn)行自動去毛刺，但同時存在由于毛坯尺寸波動造成零件過切或者毛刺去除不徹底的情況。

故自適應(yīng)打磨工藝成為迫切需求，可在打磨前通過測量站對鑄件進(jìn)行測量，將測量值與調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行比較，計算尺寸偏移，并根據(jù)偏移范圍提前設(shè)置多套不同的打磨程序，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)取對應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)打磨，保證打磨質(zhì)量。

3.4清洗工藝應(yīng)用分析

由于各企業(yè)選用的脫模劑種類存在差異，且CNC設(shè)備采用切削液切削或者微量潤滑的，亦或者根據(jù)鑄鋁件對涂裝附著力要求差異選擇帶清洗工藝或者不清洗工藝，當(dāng)前特斯拉、小米、極氪等主機(jī)廠均采用CNC微量潤滑不清洗工藝，能夠極大節(jié)約投資及能耗。

3.5 裝配工藝應(yīng)用分析

一體壓鑄地板上使用的裝配工藝種類眾多，有螺柱焊、壓鉚、拉鉚螺母、拉鉚螺柱、螺紋套、自攻螺栓等。當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)采用人工拉鉚工藝進(jìn)行裝配作業(yè)以保證更高的柔性和效率；同時少數(shù)企業(yè)采用自動拉鉚工藝，然而由于拉鉚零件與拉鉚孔的工藝范圍為 0.02～0.3mm ，尺寸精度要求極高，同時存在不同CNC零件混合生產(chǎn)的情況，造成拉鉚進(jìn)槍卡、退槍卡、拉鉚芯軸壽命短等一系列問題導(dǎo)致開動率低。

在工藝允許的條件下使用螺柱焊工藝避免加工孔造成過大的設(shè)備投入，且螺柱焊單個成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于拉鉚螺柱。同時盡可能使用本體攻絲取代螺紋套工藝，減少CNC加工時間及零件的增加，如表2為對某車型M6和M8本體攻絲螺紋進(jìn)行驗證的結(jié)果，擰緊曲線結(jié)果如圖5所示。M6本體攻絲工藝完全能達(dá)成螺紋套工藝的要求。

當(dāng)不得不使用螺紋套工藝時，使用無尾螺紋套比有尾螺紋套能夠節(jié)約更多的安裝時間且消耗更少的工具，能夠提升生產(chǎn)效率。

4結(jié)束語

本文對壓鑄工藝關(guān)鍵工序的不同工藝路線進(jìn)行了研究分析，在當(dāng)前技術(shù)前提下：條件允許的情況下采取鋁液直供方式能夠極大地降低成本，同時不會因為熔煉爐保養(yǎng)影響生產(chǎn)；采用整形模整形和在線 100% 關(guān)鍵點(diǎn)位尺寸測量工藝可保證尺寸穩(wěn)定性；通過聯(lián)合測量站實現(xiàn)自適應(yīng)打磨去毛刺工藝能夠提升打磨效率及去毛刺質(zhì)量；裝配工藝中使用螺柱焊取代拉鉚及卡扣安裝孔，M6和M8螺紋套等采用自攻絲螺紋取代螺紋套工藝，采用無尾螺紋套取代有尾螺紋套，采用人工拉鉚工藝等在當(dāng)前工藝條件下能夠帶來更高的效率及更低的成本。

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