摘 要：隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)自我設(shè)計能力的提高、新能源汽車的不斷發(fā)展，國內(nèi)自主研發(fā)首發(fā)車型越來越多，推動了我國汽車設(shè)計水平的提升，客戶（主機廠）對供應(yīng)商提出了更高的要求，要求供應(yīng)商（鑄造廠）更早的參與項目開發(fā)，必須協(xié)同開發(fā)的能力。在此背景下，作為現(xiàn)代零部件制造主擔(dān)當(dāng)?shù)蔫T造企業(yè)必須轉(zhuǎn)變發(fā)展思路、理念與方法，必須跟上客戶的發(fā)展需求。文章分析了客戶（主機廠）對鋁合金鑄造企業(yè)的需求變化、汽車鋁合金鑄件設(shè)計思路和要求、鑄造企業(yè)所必須具備的幾個協(xié)同開發(fā)技術(shù)及鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1.汽車零部件設(shè)計發(fā)展趨勢

1)自主設(shè)計零部件越來越多。

近年來，隨著中國本土汽車主機廠的技術(shù)發(fā)展，尤其是中國新能汽車發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，中國汽車主機廠的自我設(shè)計能力得到了長足的發(fā)展。為了適應(yīng)中國客戶的市場需求，合資公司也開始加強中國本地化的自主研發(fā)能力。越來越多的自主設(shè)計車型、首發(fā)車型從國內(nèi)推出，風(fēng)起云涌地推向市場，走向國際化。在新能源汽車領(lǐng)域，包括一些合資品牌，很多首發(fā)車型都是在中國首發(fā)的，使得我國新能源車型研發(fā)一直處于世界領(lǐng)先梯隊。

隨著首發(fā)車型的增多，國內(nèi)自主原始設(shè)計的零部件也越來越多。汽車零部件的原始設(shè)計與零部件來圖加工大大不同，無論是材料選擇，還是工藝鎖定到零部件的功能設(shè)定，以及產(chǎn)品的驗收標(biāo)準(zhǔn)都需要全新定義。這種趨勢慢慢改變了以往以合資車為主導(dǎo)的來圖加工模式，即零部件不需要太多變化，材料已經(jīng)在圖紙上定義，工程師只要完成本地材料驗證、圖紙解讀、以及本地化生產(chǎn)二次驗證就可以。但是，汽車整車本身是一個系統(tǒng)復(fù)雜，零部件繁多，所需技術(shù)種類繁多，生產(chǎn)工藝多樣的一個復(fù)雜產(chǎn)品。零部件自主原始設(shè)計需要主機廠、一級、二級甚至三級供應(yīng)商的通力合作、協(xié)同設(shè)計，才能研發(fā)出滿足市場需求的產(chǎn)品，并且有效控制車型研發(fā)時間。為此，鑄造廠需要改變傳統(tǒng)的來圖加工技術(shù)路線，積極發(fā)展協(xié)同開發(fā)能力，以適應(yīng)主機廠的變化需求。從只注重鑄造生產(chǎn)工藝開發(fā)和生產(chǎn)線建設(shè)轉(zhuǎn)變到兼具鑄件設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)工藝開發(fā)、生產(chǎn)線建設(shè)加產(chǎn)品功能驗證的全流程技術(shù)發(fā)展路線。只有這樣才能跟上客戶的發(fā)展需求和步伐，滿足客戶的要求，拓寬市場占有率。

2)平臺化生產(chǎn)，單個零部件功能要求越來越多。

汽車市場是一個充分競爭的市場，汽車主機廠面臨著激烈的市場競爭；客戶的要求也越來越高，一輛車既要滿足不同客戶的不同功能需求，又要經(jīng)濟(jì)實用；汽車主機廠還得保證有足夠合理的利潤和足夠的價格競爭能力。所以，目前全球各大主機廠都采取了平臺化生產(chǎn)設(shè)計思路，即用一個平臺生產(chǎn)多種車型，不同車型的零件盡量共用，來達(dá)到既滿足客戶的需求又降低制造成本的目的，保證公司的競爭優(yōu)勢，并滿足客戶多樣化的需求。

平臺化對零部件提出了更高的要求，很多零件必須同時滿足各種不同車型、不同使用工況、不同載荷等復(fù)雜的要求，對同一零件的功能要求的也越來越多，越來越高。以一款變速箱為例，既要滿足應(yīng)用于各種不同載荷車型需求，還要保證在一定載荷范圍內(nèi)滿足從極寒的東北甚至俄羅斯到極熱赤道附近海南環(huán)境；既要滿足非硬化山區(qū)道路、礦區(qū)使用工況，還要滿足硬化道路使用工況，并且滿足城市擁擠工況和高速公路高速行駛工況。再如一根扭力梁，需要同時適配A級車，B級車，C級車，并滿足轎車和SUV的不同需求。零部件設(shè)計的越來越復(fù)雜，對制造工藝也提出了更高的要求。與此同時，在滿足這些高質(zhì)量多功能要求的同時，客戶還不允許增加制造成本。所以，汽車平臺化生產(chǎn)對我們鑄造廠零部件設(shè)計生產(chǎn)制造技術(shù)能力提出了更高的要求。

2.鋁合金壓鑄件的設(shè)計發(fā)展方向

隨著世界各國排放環(huán)保要求的不斷提高，尤其是新能源汽車驅(qū)動效率的需求，使得汽車設(shè)計中的輕量化需求不斷提高。鋁合金是輕量化性價比好的材料之一，因而在汽車零部件中得到廣泛應(yīng)用，但同時也對鋁合金壓鑄件提出了更高的要求。

1)鋁合金壓鑄件大型化，薄壁化。

主機廠為了減少裝配和焊接成本，鋁合金零部件設(shè)計向一體化，大型化和薄壁化方向發(fā)展。平臺化生產(chǎn)和越來越高的功能要求，令鋁合金壓鑄件朝著尺寸越來越大、結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜的方向發(fā)展。為了鋁合金壓鑄充分發(fā)揮液態(tài)一體成型的優(yōu)勢，合金必須具備足夠良好的充型能力，更大投影面積，對壓鑄機噸位的要求越來越大，工裝模具設(shè)計更加復(fù)雜，同時還必須通過工藝開發(fā)能力的提升來滿足主機廠的設(shè)計要求。

2)鋁合金鑄件的尺寸精度要求越來越高。

主機廠為了提高整車空間的利用率，零件之間的配合間隙越來越小，尺寸的公差范圍越來越小，而且必須滿足不同溫度使用場景——即同時保證高溫和低溫使用工況下尺寸的穩(wěn)定性。主機廠目前提出了整體輪廓度控制公差要求，并強制必須采用3D非接觸掃描來控制整體輪廓度，并把3D掃描作為常規(guī)檢測項（3D 掃描從原來的可選項配置變成必須具備的能力），甚至把關(guān)鍵零部件的關(guān)鍵尺寸設(shè)定高溫和低溫下尺寸穩(wěn)定性作為一個零件功能檢驗項目。為了提高尺寸的穩(wěn)定性，鑄造廠對工藝控制公差范圍（如澆注溫度）、材料配方選擇及鑄件殘余應(yīng)力提出了更高的要求。

3)鋁合金壓鑄件的機械性能要求越來越高。

為了更有效的降低鋁合金零部件自身的重量，以便更好的滿足汽車輕量化和成本控制的要求，鋁合金壓鑄件的壁厚越來越薄，同時還不允許降低結(jié)構(gòu)強度和疲勞強度，這就要求鋁合金壓鑄件的材料機械性能要越來越高。下圖所示為近幾年主機廠對鋁合金壓鑄件要求的機械性能，從圖中的變化可以看出，性能要求在逐年提高，檢測要求也從單純的材料檢測（單鑄試棒）逐步轉(zhuǎn)換為零部件自身檢測（本體取樣）。

3.作為鑄件供應(yīng)商應(yīng)具備協(xié)同開發(fā)關(guān)鍵鑄造技術(shù)。

作為主機廠或者部件總成一級供應(yīng)商，通常更加注重某個局部總成或者整車的設(shè)計、裝配、驗證能力建設(shè)。但是汽車零部件總類多、工藝多，使得主機廠不可能掌握所有零件和工藝設(shè)計的能力，尤其像鑄件這種特殊成型工藝的零部件，更加需要依賴供應(yīng)商的技術(shù)能力。所以，主機廠對單個零件的設(shè)計、生產(chǎn)和驗證更希望下放合作的供應(yīng)商，和優(yōu)秀的并具備產(chǎn)品（鑄件）設(shè)計能力的供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)同開發(fā)，一起完成單個部件完整的設(shè)計、制造和驗證，以達(dá)到減少投資的同時又能獲得良好的產(chǎn)品。

在這種主機廠要求越來越高，整個產(chǎn)業(yè)全球化發(fā)展的趨勢下，鑄造廠作為二、三級供應(yīng)商要突出自己的優(yōu)勢，必須具備協(xié)同開發(fā)能力。只有具備了協(xié)同開發(fā)能力，才可以較早的參與客戶的研發(fā)項目（如從概念設(shè)計階段開始參與），這樣可以和客戶的利益綁定到一起，爭取鑄造廠的利益最大化。協(xié)同開發(fā)能力的完善，除了掌握自身鑄造工藝技術(shù)和鑄造生產(chǎn)質(zhì)量能力建設(shè)之外，還需要加強以下幾點能力建設(shè)：

1)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。

參與客戶的協(xié)同開發(fā)，必須具備零件結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，鑄造廠要有健全的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，就要有產(chǎn)品設(shè)計軟件如UG三維制圖軟件，CAE結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析軟件和具備結(jié)構(gòu)分析能力的產(chǎn)品工程師。要知道客戶需要什么樣的鑄件，鑄件的使用工況，如何設(shè)計鑄件既滿足汽車的功能要求，又滿足鑄造工藝特性，能夠靠鑄造工藝實現(xiàn)產(chǎn)品制造，并且是最佳的輕量化，熟悉整個汽車的設(shè)計驗證周期和項目管理方法、時間周期、明確階段任務(wù)。為了制定科學(xué)合理的鑄件功能指標(biāo)，相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計工程師的培養(yǎng)和設(shè)計軟件采購等工程能力建設(shè)是非常必要的。只有具備了和客戶同等的設(shè)計知識，才能夠和客戶順利的交流。

2)建立相應(yīng)鑄件驗證能力和功能測試能力。

鑄造廠除了建立完整的材料性能檢測實驗室外，必須具備產(chǎn)品功能試驗?zāi)芰?，如鑄件震動疲勞試驗?zāi)芰Γ瑩碛袉瓮ǖ阑蚨嗤ǖ赖钠谂_架試驗。一旦鑄造廠具備了部件功能檢測能力，這樣就建立有別于競爭對手所不具備的能力，能夠為客戶提供一站式服務(wù)，大大提高企業(yè)的競爭能力。

3)強大的鑄件的CAE模流分析能力。

傳統(tǒng)鑄造企業(yè)或者國內(nèi)很多企業(yè)都習(xí)慣于來圖加工模式，一開始就開發(fā)批產(chǎn)工裝模具，鑄造工藝的開發(fā)往往憑經(jīng)驗來設(shè)計澆注系統(tǒng)或者借助于模具廠做幾輪模流分析，然后依靠后期無數(shù)次試制調(diào)整，試壓鑄來校正澆注、冷卻及排氣系統(tǒng)來達(dá)到客戶的質(zhì)量要求。這種工藝設(shè)計思路已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代鑄造工藝的開發(fā)（當(dāng)然，這種思路有一定歷史原因，因為早先國內(nèi)很多車企主流是合資車型，圖紙都是來自國外，所以在國內(nèi)，多數(shù)鑄造廠接的都是產(chǎn)品圖紙已經(jīng)鎖定的來圖加工），尤其是隨著國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國內(nèi)整車自主研發(fā)能力的提高，協(xié)同開發(fā)技術(shù)要求供應(yīng)商在車型的概念設(shè)計階段就開始介入。

客戶和產(chǎn)品工程師希望在產(chǎn)品設(shè)計階段就有良好的鑄件可制造性工藝分析，如鑄件的熱節(jié)分析、充型穩(wěn)定性和一個合適澆注系統(tǒng)的預(yù)判，在設(shè)計過程避免過大的熱節(jié)點出現(xiàn)導(dǎo)致不可避免的大的縮孔縮松缺陷，或者當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不能避免某個局部必須增加厚大材料，這個熱節(jié)點是否能通過有效的冷卻或者補縮通道來解決，或者某個結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位是否會造成太大混流導(dǎo)致超標(biāo)的氣孔，這些都需要通過計算機CAE模流分析來提供一個較為合理的、書面化的及有數(shù)據(jù)支撐的說明答復(fù)，可以給產(chǎn)品設(shè)計工程師一個明確清晰的指導(dǎo)，模流分析是鑄造工藝工程師進(jìn)行鑄造可行分析和產(chǎn)品工程師進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和改善對接的一個重要交流工具。沒有模流分析，產(chǎn)品的鑄造可行性分析只能憑工藝工程師的專家經(jīng)驗自說自話，不帶數(shù)據(jù)的分析判斷，其出錯的概率也比較大，并且很難說服產(chǎn)品工程師為了滿足制造可行性去更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。所以，鑄造廠建立具備自己的鑄造模流分析的預(yù)判能力非常關(guān)鍵。模流分析可以應(yīng)用到四個階段（見下圖），任何階段都離不開模流分析。模流分析是與客戶交流的工具，也是有效設(shè)計易鑄造零件和優(yōu)化澆注系統(tǒng)必備的工具。同時可減少自己內(nèi)部工藝開發(fā)試制生產(chǎn)次數(shù)，一次或者少次就能試制成功，大大提高鑄造自身工藝開發(fā)效率，減小新模具的修模次數(shù)，也有利于模具壽命維護(hù)，節(jié)約成本。模流分析還可以用于持續(xù)改善，讓鑄造工藝改善方向進(jìn)行預(yù)判，來達(dá)到更好持續(xù)改善效果。

4)對自身工藝的原理性和材料性能理論基礎(chǔ)的認(rèn)識。

以往鎖定的圖紙，客戶直接制定了鑄造材料和鑄造工藝，很多中小鑄造企業(yè)并沒有深入研究材料的屬性和工藝原理，就直接生產(chǎn)了。這對具備協(xié)同開發(fā)技術(shù)的要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因為客戶或產(chǎn)品工程師很多情況下，并不了解相關(guān)鑄造材料知識和各種鑄造工藝原理的利弊。從原始階段就參與，客戶往往會咨詢鑄造廠設(shè)計這個部件需要用什么鑄造牌號材料，為什么，加了某個成分又有什么影響。為什么選高壓鑄造，不用低壓鑄造，需不要進(jìn)行高真空，加了高真空成本的影響又是什么，各種鑄造工藝的制造成本又是多少，所以參與客戶的協(xié)同設(shè)計，鑄造廠必須對鑄造自身的工藝原理的各方面，都要有深刻的系統(tǒng)的認(rèn)識，只有當(dāng)鑄造廠對自身工藝有深刻的理論認(rèn)識及各種鑄造優(yōu)缺點的全面掌握，才能清晰表達(dá)給客戶，參與客戶的同步開發(fā)。比如：一個鑄造廠對自身所用材料特性要有完備的知識：為什么殼體用A380, 結(jié)構(gòu)件用AlSi10MgMn，變速箱殼體可不可以用AlSi10MgMn。A356機械性能更好，為什么在這個零件選C355等，提高理論水平，是鑄造廠從中國目前大大小小幾萬家壓鑄企業(yè)中脫穎而出并成為二三級供應(yīng)商的關(guān)鍵（據(jù)中鑄科技調(diào)研，中國有3萬7千多家壓鑄企業(yè)）。

4.鋁合金壓鑄件工藝技術(shù)發(fā)展趨勢。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)的鋁合金壓鑄技術(shù)也取得了長足的進(jìn)展，很多企業(yè)都使用上了世界先進(jìn)一流的設(shè)備，國內(nèi)自主的設(shè)備也得到了非常大的提高，這些年也有很多企業(yè)接受了資本投資，紛紛上市，壓鑄行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入資本沖擊時代，以成批采購設(shè)備、做大規(guī)模、降低成本獲得優(yōu)勢。但無論如何，發(fā)展先進(jìn)的鑄造技術(shù)才是最終的制勝出路，通過對比國內(nèi)外鑄造企業(yè)，我認(rèn)為鑄造技術(shù)應(yīng)該關(guān)注以下幾個方面：

1)成本控制技術(shù)依然是重中之重。

無論對客戶還是自身，能夠低成本的生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品依然是汽車壓鑄件最具競爭力的有效武器。因此，鑄造廠要時刻注意發(fā)展成本控制技術(shù)，如先進(jìn)的整體冷卻系統(tǒng)、低溫澆注凝固來提高生產(chǎn)節(jié)拍、鋁水直供技術(shù)來降低能耗成本、廢鋁自熔技術(shù)來降低采購成本、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及不影響功能減重降低成本等。

2)各種參數(shù)控制技術(shù)更加精確化、數(shù)字化和連續(xù)化，5G和人工智能發(fā)展，材料新牌號的開發(fā)。

隨著自動化和智能工廠技術(shù)的發(fā)展，鑄造廠必須緊跟時代的步伐，通過工序自動化、工序整合智能化，來減少人為的參與，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和降低人工成本。鑄造生產(chǎn)技術(shù)的深入研究和設(shè)備智能化，很多原來人為控制的參數(shù)快速更換為電腦控制，鑄造參數(shù)的控制精度更加精確、穩(wěn)定。努力實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)控，如模具溫度由原來的人為間斷性測量或熱電偶某個點的局部監(jiān)控發(fā)展到熱成像儀整副模具多點全監(jiān)控，并且每模連續(xù)監(jiān)控；如冷卻水采用電池閥連續(xù)監(jiān)控水流量壓力和持續(xù)時間。開模時間因自動取件、自動噴霧變得規(guī)律可控（以往人為參與，開模的時間不規(guī)律，影響了模具溫度的穩(wěn)定性）。采用MES系統(tǒng)進(jìn)行全流程追溯，并用計算機中央處理器自動控制和反饋技術(shù)達(dá)到整線無人化生產(chǎn)控制。

3)先進(jìn)的無損檢測控制技術(shù)在線化

國際先進(jìn)的鑄造廠，尤其是高強度鋁合金鑄造企業(yè)都在引進(jìn)先進(jìn)的智能化無損檢測技術(shù)，如帶自動檢測3D智能掃描、計算機自動判定技術(shù)的X光檢測技術(shù)，并且把X光檢測設(shè)備從實驗室搬出來并入生產(chǎn)工序，這樣能做到百分百檢測，保證產(chǎn)品的百分百合格，且不增加人工成本。

綜上所述，鑄造廠在這么多企業(yè)產(chǎn)品同質(zhì)化競爭越來越激烈的條件下，必須理解產(chǎn)品設(shè)計，洞悉汽車行業(yè)發(fā)展趨勢，建立能和客戶進(jìn)行同步開發(fā)的協(xié)同開發(fā)技術(shù)能力，緊跟世界技術(shù)進(jìn)步的步伐，認(rèn)準(zhǔn)汽車行業(yè)鑄造發(fā)展趨勢，發(fā)展出自己的獨特鑄造技術(shù)優(yōu)勢，這樣才能占據(jù)市場的制高點，才能贏得客戶和掙取合理的利潤，不斷發(fā)展壯大自己，為客戶，為社會和祖國貢獻(xiàn)一份力量。

作者：朱文平
伊頓（中國）投資有限公司

文章來源：第十五屆中國國際壓鑄會議