TL;DR

Strukturālā izspiešana, īpaši izmantojot tā saucamo milzīgo liešanu, pārveido automašīnu ražošanu, ļaujot izgatavot lielas, sarežģītas transportlīdzekļa baltā korpusa (BIW) daļas kā vienu veselu gabalu. Šī inovācija radikāli samazina detaļu skaitu, vienkāršojot montāžas līnijas, samazinot ražošanas izmaksas un uzlabojot transportlīdzekļa strukturālo stingrību. Apvienojot daudzas mazākas sastāvdaļas, automobiļu ražotāji var ātrāk nekā agrāk izgatavot vieglākus, stiprākus un ilgtspējīgākus transportlīdzekļus.

Paradigmas maiņa automašīnu ražošanā: no presētām komplektācijām uz milzīgajām liešanas tehnoloģijām

Jau desmitgades automašīnas pamatne, tās baltā korpusa konstrukcija (BIW), bija sarežģīta mīkla, kas salikta no simtiem atsevišķu izspiestu metāla daļu. BIW ir automašīnas pamatkonstrukcija pirms kustīgu sastāvdaļu, piemēram, durvju, dzinēja vai apdari, uzstādīšanas. Šī tradicionālā metode ietver sarežģītas piegādes ķēdes, plašas robotizētas montāžas līnijas un ievērojamas ieguldījumu izmaksas katrā mazajā sastāvdaļā. Tomēr nozare pārdzīvo būtisku pāreju, attālinoties no šī fragmentārā pieejas un virzoties uz konsolidētu un daudz efektīvāku metodi: strukturālo diezveida liešanu, ko bieži sauc par mega liešanu vai giga liešanu.

Šis transformācijas process aizstāj daudzumu izspiežamos komponentus ar vienu lielu un sarežģītu alumīnija liešanas detaļu. Šīs pieejas stratēģiskā priekšrocība ir ievērojama. Automobiļu ražotāji var izslēgt visus loģistikas, metināšanas un montāžas posmus, kas noved pie efektīvākas ražošanas struktūras. Lielisks šīs attīstības piemērs ir Volvo Cars stratēģiskā pāreja uz mega liešanu nākotnes automobiļu dizainos. Kā detalizēts gadījuma pētījumā, ko veikusi ESI Group , Volvo veiksmīgi aizstāja aptuveni no 100 atsevišķām detaļām sastāvošu aizmugurējo korpusa rāmi ar vienu vienīgu mega liešanas komponentu. Lai to sasniegtu, uzņēmums tieši savās montāžas iekārtās instalēja milzīgas 8400 tonnu dobaliešanas mašīnas, ko bieži sauc par Giga Presses, lai optimizētu ražošanu.

Šis nav izolēts trends. Citi vadošie automobiļu ražotāji ir pieņēmuši šo tehnoloģiju būtiskiem strukturāliem komponentiem. Piemēram, Audi A8 Space Frame izmanto lielu die-cast aizmugurējo sānu elementu, kas ir būtisks savienojošs gabals, nodrošinot izturību un stingrumu. Saskaņā ar GF Casting Solutions , šis viens elements aizstāj daudzus komponentus, kuri citādi veidotu sarežģītu montāžu, samazinot gan transportlīdzekļa svaru, gan montāžas laiku. Pāreja uz mega liešanu atspoguļo skaidru paradigmas maiņu, ko dzina efektivitātes, veiktspējas un ilgtspējas panākšana mūsdienu transportlīdzekļu ražošanā.

Atšķirības starp šīm divām ražošanas filozofijām ir ievērojamas. Kaut arī tradicionālā štancēšana nodrošina elastību nelielām dizaina izmaiņām, tās sarežģītība lielā mērogā rada būtiskas problēmas izmaksās, laikā un kvalitātes kontrolē. Savukārt mega liešana prasa lielākas ieguldījumu izmaksas veidņu un dizaina izstrādē, taču masveida ražošanā nodrošina eksponenciālas ietaupījumu un veiktspējas uzlabojumus. Zemāk esošajā tabulā parādītas galvenās atšķirības.

Mūsdienu strukturālās liešanas pamattehnoloģijas un procesi

Milzīgās liešanas nepieciešamā mēroga un precizitātes sasniegšanai ir nepieciešams virkne modernu tehnoloģiju — sākot no milzīgiem agregātiem līdz speciālām materiālu zinātnēm. Šis process ir daudz sarežģītāks nekā tradicionālā liešana, prasot milzīgu spiedienu, vakuuma apstākļus un rūpīgu procesa kontroli, lai izgatavotu lielus komponentus, kas atbilst stingrām automašīnu drošības un veiktspējas normām. Tieši šīs inovācijas ļauj automašīnu ražotājiem vienā operācijā izliet visu transportlīdzekļa apakšbūvi.

Šīs tehnoloģijas pamatā ir lieli matricu liešanas agregāti un specifiski liešanas procesi. Uzņēmumi, piemēram, Bühler esam izstrādājuši risinājumus, piemēram, Carat sēriju, kas spēj radīt fiksācijas spēku līdz 84 000 kilonjūtoniem (kN) vai vairāk. Šis milzīgais spēks ir nepieciešams, lai noturētu milzīgos formu detaļu blokus kopā, kamēr augsta spiediena režīmā tiek ievadīts kausēts aluminija sakausējums, nodrošinot precīzu izmēru atbilstību ļoti lielām detaļām. Turklāt paša liešanas procesa tehnoloģija ir ļoti specializēta. Kā skaidro Magna International , viena no galvenajām metodēm ir augsta spiediena vakuuma liešana, kas noņem gaisu no formas dobuma pirms metāla ievadīšanas. Tas novērš porainību un ļauj kausētajam sakausējumam aizpildīt katra sarežģītas formas detaļu, rezultātā iegūstot stiprāku un uzticamāku gala produktu.

Materiālu zinātne spēlē tikpat būtisku lomu. Izmantotie alumīnija sakausējumi nav standarta markas; tie ir jaunlaiku formulējumi, kas izstrādāti augstai izturībai, plastiskumam un izciliem enerģijas absorbēšanas rādītājiem sadursmē. Audi A8 aizmugurējam sānu elementam tika izstrādāts īpašs sakausējums ar nosaukumu Castasil-37 (AlSi9MnMoZr), lai atbilstu augstajiem mehāniskajiem parametriem. Tomēr pastāv kompromisi. Piemēram, A360 alumīnijs ir pazīstams ar izcili labām izturības īpašībām augstās temperatūrās, taču tas ir grūtāk liešanai. Pareizā sakausējuma izvēle ir rūpīgs līdzsvars starp veiktspējas prasībām, liešanas vieglumu un izmaksām.

Lielmēroga strukturālā liešana ir revolucionāra BIW pielietojumiem, tomēr citi ražošanas procesi, piemēram, precīzā kalšana, joprojām ir būtiski dažādām automašīnu sastāvdaļām. Detaļām, kurām nepieciešama maksimālā izturība pret nogurumu un liela izturība, piemēram, piedziņas un suspensijas sistēmās, bieži vien pārsvaru dod uzlabotā karstā kalšana. Nozares speciālisti, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology nodrošināt šos IATF16949 sertificētos automašīnu kausējumus, demonstrējot, kā dažādas progresīvas ražošanas tehnoloģijas papildina viena otru, veidojot mūsdienu transportlīdzekli.

Strukturālas diezveida liešanas veiksmīga ieviešana nav iespējama bez digitālās bāzes. Pieliekumu izmaksas—bieži pārsniedzot vienu miljonu eiro—padara fizisku mēģinājumu un kļūdu metodi neiespējamu. Tāpēc prognozējošā simulācija ir būtisks, neapspriežams solis. Uzlabotas programmatūras, piemēram, ESI Group ProCAST, palīdz inženieriem veidot virtuālu visa procesa modeli, sākot no formas uzsildīšanas un kausētā metāla plūsmas līdz kristalizācijai un iespējama izstrādājuma deformācijai. Šis virtuālais prototipēšana samazina ieguldījumu risku, optimizē dizainu ražošanai un nodrošina, ka gala komponentam būs paredzētā veiktspēja.

Diezveida liešanas BIW struktūru stratēģiskās priekšrocības

Automobiļu rūpniecībā strukturālās diezveida liešanas ātrā ieviešana ir motivēta ar pārliecinošu stratēģisko priekšrocību kopumu, kas ietekmē visu – sākot no ražotnes grīdas līdz transportlīdzekļa veiktspējai uz ceļa. Šīs priekšrocības sniedzas tālāk par vienkāršu detaļu skaita samazināšanu; tās rada efektivitātes, izmaksu ietaupījumu un inženierzinātnes inovāciju virkni, kas automobiļu ražotājiem nodrošina būtisku konkurētspējas priekšrocību. Pamatīgi pārdomājot automašīnas korpusa konstruēšanas veidu, ražotāji atver jaunas iespējas dizainā un ražošanā.

Nepārtrauktākā priekšrocība ir ražošanas procesa radikāla vienkāršošana. Apvienojot gandrīz 100 detaļas vienā komponentā, kā tas redzams Volvo piemērā, automobiļu ražotāji var ievērojami samazināt savu korpusu ražošanas sarežģītību. Tas nozīmē konkrētus operatīvos ieguvumus. Saskaņā ar nozares līderi Bühler, šāds pieeja var novērst nepieciešamību pēc līdz pat 300 robotiem montāžas līnijā un samazināt nepieciešamo ražošanas telpu platību par 30%. Tas ne tikai samazina kapitāla izdevumus, bet arī samazina pastāvīgās enerģijas patēriņa un uzturēšanas izmaksas, veicinot ilgtspējīgāku ražošanas vidi.

No automašīnas veiktspējas viedokļa strukturālie liešanas izstrādājumi piedāvā labākas īpašības. Vienas detaļas konstrukcija novērš simtiem metinājumu un savienojumu nepastāvības un potenciālos bojājumu punktus, rezultātā iegūstot stingrāku un izturīgāku šasiju. Šī uzlabotā strukturālā stingrība uzlabo transportlīdzekļa vadāmību, drošību un izturību. Turklāt liešanas izstrādājumi no jaunā paaudzes alumīnija sakausējumiem nodrošina izcilu svara un enerģijas absorbēšanas attiecību, kas ir būtiska mūsdienu sadursmes drošības standartiem. Kopējā transportlīdzekļa svara samazināšana ir vēl viena svarīga priekšrocība, jo īpaši elektriskajiem transportlīdzekļiem (EV), kuros katrs ietaupītais kilograms var pagarināt baterijas darbības ilgumu un uzlabot efektivitāti.

Galarezultātā šie inženierijas un ražošanas ieguvumi pārtop būtiskos finansiālos un stratēģiskos panākumos. Galveno priekšrocību kopsavilkums ietver:

• Detaļu konsolidācija: Aizvietot desmitiem vai pat simtiem mazāku štampētu detaļu ar vienu integrētu liešanas izstrādājumu.
• Ražošanas vienkāršošana: Samazinot montāžas darbu, metināšanas robotu un loģistikas sarežģītību skaitu, kas ļauj ātrāk ražot transportlīdzekļus.
• Izmaksu samazināšana: Samazinot izmaksas, kas saistītas ar aprīkojumu, montāžas darbu, piegādes ķēdes pārvaldību un ražošanas telpu platībām.
• Uzlabota strukturālā veiktspēja: Sasniedzot augstāku vērpes stingrību un izmēru precizitāti, lai uzlabotu transportlīdzekļa dinamiku un drošību.
• Svara ietaupījums: Izmantojot vieglās alumīnija sakausējumus, lai samazinātu kopējo transportlīdzekļa masu, kas ir būtiski EV darbības rādītāju un efektivitātes uzlabošanai.
• Ieguvumi ilgtspējībā: Samazinot enerģijas patēriņu korpusa ražošanas posmā un nodrošinot vieglāku vienmateriāla komponenta pārstrādi pēc transportlīdzekļa kalpošanas laika beigām.

Pārvarot izaicinājumus un nākotne autoķermeņa dizainā

Lai gan šim procesam ir transformējošs potenciāls, ceļš uz strukturālās liešanas ieviešanu nav brīvs no ievērojamiem izaicinājumiem. Milzīgu lietojumu ražošanas apmēri un sarežģītība rada inženierijas grūtības, kas prasa jaunu precizitātes, plānošanas un investīciju līmeni. Tas nav vienkāršs esošo procesu uzlabojums, bet gan pamatīga transportlīdzekļu dizaina un ražošanas pārbūve. Veiksmīga šo sarežģītību pārvarēšana ir atslēga, lai atklātu šīs tehnoloģijas pilnos ieguvumus.

Galvenais izaicinājums saistīts ar sākotnējo dizaina un validācijas fāzi. Tā kā viena mega liešanas fiziskās iekārtas izmaksas pārsniedz 1 miljonu eiro, faktiski nav vietas kļūdām. Dizainam jābūt perfektam digitālajā vidē jau tad, kad vēl nav veikts neviens metāla apstrādes process. Tas padara avanzētu simulāciju par neatņemamu rīku. Inženieriem jāprognozē un jānovērš iespējamas problēmas, piemēram, nevienmērīga matricas uzsildīšana, traucēta metāla plūsma pildīšanas laikā vai daļas deformācija pēc atdzisšanas. Šī virtuālā prototipēšanā balstīšanās ir liels solis, kas prasa jaunas prasmes un dziļu uzticību simulācijas programmatūras precizitātei, lai samazinātu lielu kapitālieguldījumu riskus.

Vēl viens ievērojams šķērslis ir nodrošināt pastāvīgu kvalitāti un mehāniskās īpašības sērijveida ražošanas laikā. Pastāvīgi uzturēt precīzas izmēru tolerances ļoti lielam un sarežģītam komponentam, liešanas pēc liešanas, ir nopietns tehnisks sasniegums. Ir būtiski svarīgi precīzi regulēt procesa parametrus — no sakausējuma temperatūras līdz ievadīšanas ātrumam un atdzišanas ātrumiem —, lai izvairītos no defektiem un nodrošinātu, ka katrs komponents atbilst nepieciešamajiem standartiem izturībai un izturībai. Tam nepieciešama dziļa procesu kontroles, sensoru tehnoloģijas un kvalitātes nodrošināšanas integrācija visā ražošanas ciklā.

Korpusa konstrukcijas nākotne ir neatšķirami saistīta ar šo digitālo rīku attīstību. Nākamais solis ir vienota digitālā pavediena izveide, kas savieno sākotnējo liešanas simulāciju ar galīgās transportlīdzekļa veiktspējas simulācijām. Tas nozīmē, ka dati par izlietā komponenta „kā-izgatavots” īpašībām — tostarp par paliekamajiem spriegumiem vai mikroskopiskajiem atšķirīgajiem parametriem — tieši tiek ievadīti sadursmes, izturības pret nodilumu un trokšņa, vibrāciju un nelīdzenuma (NVH) modeļos. Šis visaptverošais, virtualizētais darba process ļaus inženieriem optimizēt transportlīdzekļa konstrukciju ar iepriekš nebijušu precizitāti, nodrošinot, ka lielizliešanas teorētiskie ieguvumi tiek pilnībā realizēti drošākajos un efektīvākajos transportlīdzekļos uz ceļa.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas ir BIW korpusa baltā versija?

Korpusa bāze (BIW) attiecas uz automašīnu ražošanas posmu, kurā ir salikts auto korpusa rāmis un plākšņu metāla komponenti, taču pirms tiek pievienotas kustīgās daļas (durvis, motora pārsegs, bagāžnieka vāks), apdare, šasijas komponenti un piedziņas sistēma. Tas ir transportlīdzekļa pamata strukturālais čauls, kas veido pamatu visiem pārējiem sistēmas elementiem.

2. Kas ir strukturāls liešana?

Strukturāls liešana ir ražošanas process, ko izmanto, lai radītu lielus, sarežģītus un slodzi nesošus komponentus, ielejot kausētu metālu, parasti alumīnija sakausējumu, formas matricā ar augstu spiedienu. Automobiļu rūpniecībā to izmanto svarīgu korpusa bāzes un šasijas daļu ražošanai, kurām nepieciešama augsta izturība, stingrība un dimensiju precizitāte, bieži aizstājot vairāku mazāku sastāvdaļu komplektus.

3. Kāds ir stiprākais alumīnijs diezliešanai?

'Spēcīgāko' alumīnija sakausējumu bieži nosaka konkrētās lietojumprogrammas prasības, piemēram, temperatūras izturība, plastiskums un korozijizturība. Sakausējumi, piemēram, A360, tiek atzīmēti ar izcilu izturību, īpaši augstākās temperatūrās, kā arī ar labu korozijizturību. Tomēr šie augstas izturības sakausējumi var būt arī grūtāk liešami, radot kompromisu starp materiāla veiktspēju un ražošanas iespējām, kuru inženieriem ir jāievēro.