Ist Unibody-Druckguss das Endspiel für den Automobilbau?

„Druckguss besteht aus Eisen“, sagte ein Investor.

Allerdings ist das Einkommen der „Schmiede“ in den letzten zwei Jahren gestiegen: Im Jahr 2020 lag das durchschnittliche Monatseinkommen eines Technikers mit 5 Jahren Druckgusserfahrung in der Perlflussdelta-Region bei etwa 10.000 Yuan, mittlerweile ist es auf 15.000 Yuan gestiegen, und das Angebot ist knapp.

„Jetzt denke ich, dass die Popularisierung des integrierten Druckgusses/Hochdruck-Druckgusses sehr schnell voranschreiten wird.“ Luo Yan, Forscher am Intelligent Manufacturing and Equipment Research Center, sagte gegenüber „Electric Vehicle Observer“: „Soweit ich weiß, haben einige traditionelle OEMs neue Modelle mit einteiligen Druckgusskomponenten auf den Markt gebracht, und im Grunde werden die meisten neuen Modelle von anderen OEMs nächstes Jahr auf den Markt kommen.“

Einteiliger Druckguss, FSD und CTC werden von Investoren als die drei größten technologischen Killer von Tesla angesehen. Sie sind auch die Basistechnologien für Musks Vision, Autos wie Lego zu bauen. Mercedes-Benz hat mit der Entwicklung und Einführung eines neuen Herstellungsverfahrens begonnen.
Aber manche Leute sind nicht optimistisch. Der Gründer von Qiantu Automobile, Lu Qun, veröffentlichte kürzlich ein Bild einer 3D-gedruckten integrierten Karosserie mit der Anmerkung: „Das ist mehr als Musks ‚einmalige Karosserie aus Aluminiumdruckguss‘. Hinweis: Technisch gesehen besteht keine Notwendigkeit, sich auf einen Personenkult einzulassen.“

SAIC, BYD, GAC und viele andere Unternehmen haben sich dem integrierten Druckguss als Spitzentechnologie gewidmet, hatten jedoch noch keinen klaren Investitionsplan.

Ist der einteilige Druckguss eine technologische Revolution zur Gewichtsreduzierung, Kostenreduzierung und Effizienzsteigerung oder handelt es sich dabei um einen übertriebenen Mythos?
Warum strömen manche Menschen dorthin und manche stehen abseits?
Welche technischen Hürden müssen bei der Umwandlung von Autos in LEGOs noch für den einteiligen Druckguss überwunden werden?

Dieser Artikel ist in drei Teile gegliedert: „Wie Tesla den einteiligen Druckguss neu erfunden hat“, „Warum manche Leute es tun und andere nicht“ und „Die aktuellen technischen Kernbarrieren des einteiligen Druckgusses“. Die Schwierigkeit des Lesens nimmt wiederum zu. Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Lesen.

01
Tesla erfindet den Unibody-Druckguss neu

Durch Tesla ist „Druckguss aus einem Stück“ in den letzten zwei Jahren zu einem „heißen Wort“ im öffentlichen Bewusstsein geworden. Doch genau wie Volvo bereits 2012 die Technologie des autonomen Fahrens auf der Straße ausprobiert hat, wird auch im Automobilbau längst einteiliger Druckguss eingesetzt.
Einfache Darstellung des Hochdruck-Druckgusses


Motoren, Getriebegehäuse, Fahrgestell-Hilfsrahmen, Querlenker und Achsschenkel sind klein und komplex aufgebaut und werden alle gleichzeitig durch Gießen (einschließlich Niederdruckguss und Hochdruck-Druckguss) hergestellt.

Sogar die Technologie von Karosserieteilen aus Aluminiumdruckguss wird seit langem in Massenmodellen eingesetzt: Der Cadillac CT6, der 2018 auf den Markt kam, verwendet größere Teile aus Aluminiumdruckguss, wodurch die Karosserieteile von 227 auf 31 reduziert werden. Nur der mittlere Teil der Kabine besteht aus Stahl. Die Anzahl der Karosserierahmenteile wird um 20 % reduziert und das Gewicht um 99 kg reduziert.
 

Karosserieteile des Cadillac CT6

„Bevor Tesla auf den Markt kam, war CT6 der Maßstab für einteiligen Druckguss und stellte das höchste Niveau des Aluminiumgusses bei Karosserieanwendungen dar, und es wurde sehr sinnvoll eingesetzt.“ Ein Forschungs- und Entwicklungsleiter eines OEM sagte gegenüber Electric Vehicle Observer.

Und das „hitzefreie Material“, das als Grundlage für den einteiligen Druckguss gilt, ist längst verfügbar.

Die 2008 von Alcoa entwickelte hitzefreie Gussaluminiumlegierung Mn (Mangan) Mg (Magnesium) der Serie 560 wurde auf Druckguss-Türteile des Nissan GT-R mit einer projizierten Fläche von 0,5 Quadratmetern, einer Wandstärke von 2–3 mm und einem Gewicht von nur 0,5 Quadratmetern angewendet. 5,5 kg, 35 % Gewichtsverlust.
 

Inländischer hitzefreier Druckguss-Stoßdämpferturm aus Aluminiumlegierung

Während der 13. Fünfjahresplanperiode hat China ein Schlüsselprojekt für die Entwicklung von Druckguss-Aluminiumlegierungsmaterialien für Karosserieteile ins Leben gerufen, mit dem Teile mit einer projizierten Fläche von weniger als 0,5 Quadratmetern auf einmal druckgegossen werden können, und das erfolgreich auf Stoßdämpferbrücken aus Aluminiumlegierungen angewendet wurde.

Projektionsfläche von 0,5 Quadratmetern Audi A8-Stoßdämpferturm-Druckgussausrüstung und Lijin 6000-Tonnen-Druckgussinsel

Wenn jedoch die integrierten Druckgussteile von 0,5 Quadratmetern an Türen und Stoßdämpferbrücken auf mehr als 1 Quadratmeter, der hintere Karosserieboden mit einem Gewicht von 50–60 kg oder sogar ein 3 Quadratmeter großes Batteriegehäuse aufgerüstet werden, sieht die Sache völlig anders aus.

Von der Druckgussmaschine über wärmefreie Materialien bis hin zum integrierten Druckgussprozess ist in dieser Größenordnung alles leer.

„Es (Tesla) kann sich vorstellen, 6.000 Tonnen oder sogar 8.000 Tonnen (hoher Druck für einen integrierten Druckgussprozess) zu verwenden, und es ist wirklich großartig.“ Der oben genannte verantwortliche F&E-Mitarbeiter sagte: „Das liegt an unseren traditionellen Druckgussleuten. In meinen Augen ist das etwas, woran man nicht einmal denkt. Bei der Herstellung traditioneller Autos wird man die Prozessleistung und die Anlagenleistung berücksichtigen. Die Materialien und Druckgussmaschinen (die von Teslas All-in-One-Druckgusstechnologie verwendet werden) haben die Erkenntnisse der traditionellen Automobilindustrie durchbrochen.“

Ja, wenn Tesla die „Spielmission“ integrierter großformatiger Karosseriekomponenten aus Druckguss abschließen möchte, muss es wichtige Materialien wie Materialien und Maschinen von Grund auf sammeln und seine handwerklichen Fähigkeiten erheblich verbessern.

1.1 Sammeln Sie wichtige „Materialien“ für die Aufgabe

Die Geschichte beginnt im Jahr 2015, als Alcoa EZCast (ein Aluminiumlegierungsmaterial mit hoher Fließfähigkeit, thermischer Stabilität und geringer Schrumpfporosität) auf den Markt brachte, das für den Hochdruckguss dünnwandiger Teile entwickelt wurde.

Im selben Jahr stellte Musk Charles Coyman ein, den Leiter der Forschung und Entwicklung des integrierten Aluminiumlegierungsgehäuses von Apples Mac-Notebook.

Als Vizepräsident für Materialtechnologie bei Tesla und SpaceX führte Koyman eine Sekundärentwicklung der Aluminiumlegierungsmaterialien von Alcoa durch, wodurch diese ohne sekundäre Wärmebehandlung eine entsprechend bessere Festigkeit, Zähigkeit und andere Schlüsselfaktoren erreichen konnten. Leistung.

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Die zweite Ebene ist: die Maschine.

Bisher betrug die maximale Schließkraft von Druckgussmaschinen in der Druckgussindustrie nur 4.400 Tonnen. Damit die Legierungslösung den Formhohlraum von Teilen mit komplexer Struktur und mehr als 1 Quadratmeter vor der Kristallisationszeit füllt, reicht die „Bezirks“-Schließkraft von 4400 Tonnen nicht aus. Ab 6000 Tonnen – eine „große Maschine“, die es in der Druckgussmaschinenbranche noch nie gegeben hat.

Gerüchten zufolge wandte sich Musk zu dieser Zeit an sechs führende Hersteller von Druckgussmaschinen auf der Welt, und fünf von ihnen weigerten sich aufgrund der Kosten für die Technologieentwicklung oder weil sie das Gefühl hatten, sie würden kein Geld verdienen. Nur der Druckgussmaschinenriese aus China, Lijin, stieg auf den „Wagen“ von Teslas einteiligem Druckguss.
LK 6000 Tonnen Druckgussinsel

Brancheninsider sagten dem Electric Vehicle Observer, dass angesichts der starken Steigerung der Schließkraft die mechanischen, hydraulischen und elektronischen Steuerungssysteme in der Druckgussmaschine komplett neu entwickelt werden müssen. LK hat dabei völlig unabhängige geistige Eigentumsrechte erlangt.

Teslas weltweit erste 6.000 Tonnen schwere, supergroße Druckgussmaschine Get!

Bei den Materialien und der Kernausrüstung ist dies erst der Anfang und die Verbesserung der Fähigkeiten im integrierten Druckgussprozess ist die ultimative Herausforderung.

1.2 Üben Sie extreme handwerkliche Fähigkeiten

„So ein Großserienprodukt stößt an die Grenzen. Es ist notwendig, die gesamten Prozessparameter zu nutzen und die Teile auf den Grenzzustand der Anlage einzustellen.“ Liang Zhenjin, technischer Direktor von Guangzhou Guangzhuang Mould Co., Ltd., der nordamerikanische Unternehmen für neue Energiefahrzeuge betreut hat, spricht mit Electric Vehicle Spectator.
Teslas integrierter Druckguss-Fabrikmontageprozess

Eine integrierte Druckgusseinheit (Druckgussinsel) umfasst zwei Kernausrüstungen: Druckgussmaschine und Druckgussform sowie Schmelzofen, Warmhalteofen, Sprühausrüstung, Aufnahmeausrüstung, Gusskühlwassertank, Randbeschnitt-Gussperipheriereinigung, Zylinderauskleidungsförderband. Sie besteht aus Peripheriegeräten wie einer Formtemperaturmaschine und einer Wassertemperaturmaschine mit insgesamt 20 bis 30 Geräten.

Als Projektmanager muss Tesla die neu entwickelten hitzefreien Aluminiumlegierungsmaterialien, großformatigen Teileformen und diese zwanzig oder dreißig Ausrüstungsteile zu einem ausgereiften Ausrüstungssatz ohne Präzedenzfall oder Erfahrung mahlen. Massenproduktionssystem.

Die Grenze, die überschritten werden muss, ist zunächst die Breite des Bastelraums.

Die Eigenschaften der Metalllösung ändern sich mit der Zeit und dem Hohlraum

Prozessraum: Die Größe des Einflusses von Prozessparameteränderungen auf die wichtigsten Qualitätsmerkmale des Produkts wird als Prozessraum bezeichnet. Ein größerer Prozessraum bedeutet, dass bei starken Änderungen der Prozessparameter die Auswirkungen auf die Schlüsselqualität des Produkts gering sind und umgekehrt.

Durch die Kombination ausgereifter Technologie und Ausrüstung ist der Prozessraum oft groß, jeder Prozessparameter weist ein breites Prozessband auf und die Prozess-„Fehlertoleranzrate“ des gesamten Systems ist hoch. Bei Teslas einteiligem Druckgusssystem, bei dem alles „neu“ ist, wird die Fehlertoleranzrate des gesamten Prozesssystems extrem niedrig.

Zweitens ist es das qualvolle Einfahren von Geräten und Systemen.

 

Demonstration des einteiligen Druckgussverfahrens im Tesla-Werk in Texas

Aufgrund der Standardausrüstung von mehr als 6.000 Tonnen werden alle Ausrüstungslieferanten in der Druckgussinsel neu konzipiert. Die Ausrüstung der gesamten Druckgussinsel stammt von mehr als zehn Lieferanten, und es ist notwendig, Software und Hardware, Prozessablauf und Design vor Ort einzuarbeiten.

„Es ist das erste Mal, dass ein so großer Teil des Handwerks untersucht wird, und er ist mit Formen, Ausrüstung, Materialien und Design verflochten. Es dauert lange, herauszufinden, welche Verbindung eine Abweichung aufweist. Daher ist die frühzeitige Planung wirklich wichtig.“

Die oben genannten Brancheninsider sagten, dass solche Großgeräte mit einem Gewicht von 6.000 Tonnen im Vergleich zu herkömmlichen Druckgusswerkstätten zu viel Gerätekoordination erfordern und Probleme einzeln behoben werden können. Dies alles muss innerhalb des Zeitrahmens der Massenproduktion und unter dem Druck aller Beteiligten abgeschlossen werden. Wie Sie sich vorstellen können. „Wenn Sie keine Erfahrung haben, beißen Sie einfach in den sauren Apfel und tun Sie es.“

1.3 Einteilige Druckgussdüse

„Bite the Scalp“ hat bemerkenswerte Ergebnisse erzielt und der „harte Arbeiter“ ist zu einem heißen Objekt auf dem Kapitalmarkt geworden.

In Bezug auf die Materialien: Im Jahr 2019 wurde Alcoas verbesserte EZCast-NHT-Legierung vorgestellt. NHT ist die Abkürzung für Non-Heat Treatable.

Was die Maschinen angeht: Im Jahr 2019 brachte die LK Group die weltweit erste Super-Tonnage-Presse mit einer Schließkraft von 6.000 Tonnen auf den Markt und wurde damit zum einzigen Unternehmen der Welt, das großformatige integrierte Druckgussmaschinen in Massenproduktion herstellt. Derzeit sind auf der Massenproduktionsseite mehr als 10 Druckgussinseln angeordnet.

Dank seiner wertvollen Erfahrung in der Massenproduktionstechnik hat LK wichtige Teamressourcen aus Forschung und Entwicklung, Management und Konstruktionspersonal aufgebaut und ist zu einem Generalunternehmer für integrierte Druckgussprozesse geworden, der schlüsselfertige Dienstleistungen für Gießereiunternehmen und Automobilhersteller bereitstellen kann.

Auch die Lijin-Aktie hat sich in drei Jahren verhundertfacht.
Lijin 9000 Tonnen Druckgussmaschine

Der „Player“ Tesla hat seine Leistungsfähigkeit als produzierendes Unternehmen durch die Modernisierung des integrierten Druckgussprozesses unter Beweis gestellt.

„Vor etwa fünf oder sechs Jahren sagten wir, wir wollten der beste Hersteller der Welt sein, was etwas kontraintuitiv ist. (Aber) tatsächlich ist (die Fertigung) unser größter Wettbewerbsvorteil.“ Am 21. Juli sagte Musk in seinem Finanzbericht.
Teslas Patent für eine integrierte Form

In den Jahren 2019 und 2021 hat Tesla nacheinander eine Form für den einteiligen Druckguss großer Komponenten und Patente für integrierte energieabsorbierende Gussteile angemeldet.

Im September 2020 kündigte Musk an, dass das Tesla Model Y eine einteilige Druckguss-Heckbodenbaugruppe verwenden wird, die das Gewicht der unteren Karosseriebaugruppe um 30 % und die Herstellungskosten um 40 % reduzieren kann.

Im Jahr 2021 demonstrierte Tesla beim Tag der offenen Tür in Berlin das einteilige Druckguss-Chassis von Tesla. Es ist geplant, die aus 370 Teilen bestehende untere Karosseriebaugruppe durch zwei bis drei große Druckgussteile zu ersetzen, um das Gewicht um 10 % zu reduzieren und die Reichweite zu verbessern. Steigerung um 14 %.
Teslas vorderer und hinterer Karosserieprozess ändert sich

Im zweiten Quartal 2022 sagte Musk, dass die Tesla-Fabriken in Texas und Berlin die Anzahl der Karosserieschweißroboter pro Produktionskapazitätseinheit um 70 % reduzieren werden und dass integrierte Druckgussteile leichter und billiger seien und eine gute NVH-Leistung erbringen würden. Und der zukünftige Elektro-Pickup von Tesla, der Cybertruck, werde „ein weiteres Maß an Einfachheit und Fertigungsverbesserungen“ bringen.

Tesla plant, die Karosserie künftig durch einteiliges Druckgussverfahren in neun Teile zu integrieren. Der Markt hat eine Marktbewertung von 100 Milliarden Yuan für integrierten Druckguss angegeben.

02
Tu etwas, tu etwas

2.1: Die perfekte Zukunft des einteiligen Druckgusses

Als Tesla das Unmögliche möglich machte, wurde der Unibody-Druckguss zu einem heißen Herstellungsprozess.

Echter Schuss aus Druckguss der Tesla Berlin-Fabrik

Volkswagen, Volvo und Mercedes-Benz haben alle integrierte Druckguss-Produktionslinien eingeführt oder Teile und Komponenten vorgestellt.
Weilai ET5 hat einen integrierten Druckguss-Heckboden angebracht;
Das von Xiaopeng Motors letztes Jahr angekündigte industrielle Basisprojekt in Wuhan umfasste eine integrierte Werkstatt für den Druckgussprozess und unterzeichnete im Januar einen Vertrag mit Guangdong Hongtu über eine 12.000-Tonnen-Druckgussanlage;
Im Januar schloss sich Great Wall Seiko mit Lijin, Sevida und Longda Aluminium (Materialunternehmen: Lizhong Group Sun Company) zusammen, um die strategische Zusammenarbeit beim Karosseriestrukturprojekt umzusetzen, und unterzeichnete einen Vertrag zum Kauf von 8.000 Tonnen Druckgussinseln;
Im Februar lief der 7.200 Tonnen schwere einteilige Druckgussboden, den Gaohe Automobile mit der Topology Group (einem Gießereiunternehmen) und der Shanghai Jiaotong University zusammenarbeitete, offiziell vom Band.

„Einteiliger Druckguss dient nicht nur der Gewichtsreduzierung und der Anzahl der Teile, sondern, was noch wichtiger ist, er steht im Einklang mit dem zukünftigen Entwicklungstrend einer geringeren Humanisierung und Automatisierung.“ Das sagte Great Wall Seiko Automobile Co., Ltd. dem „Electric Vehicle Observer“.

„Der Kern des integrierten Druckgusses ist eine durch Agilität getriebene Integration. Solange sich die Bedürfnisse der Benutzer mit jedem Tag ändern, wird die integrierte Druckgusstechnologie weiterhin eingesetzt.“ Gaohe Auto sagte auch.

„Electric Vehicle Observer“ erfuhr außerdem, dass die Produktionskapazität für supergroße Druckgussmaschinen vieler Druckgussmaschinenlieferanten auf Juni und Juli nächsten Jahres geplant ist.

Die Industrie folgt diesem Trend schnell, weil der perfekte einteilige Druckguss perfekt ist: geringes Gewicht, niedrigere Produktionskosten, deutlich schnellere Produktionstaktzeiten, verbesserte Produktgenauigkeit und Karosseriematerialrückgewinnung, kürzere Entwicklungszyklen und mehr.

Kosteneinsparungen bei der Herstellungsausrüstung:

Guohai Securities schätzte die Kosten für Ausrüstung, Personal und Herstellung für die Herstellung des hinteren Bodens der Karosserie unter Verwendung des traditionellen Verfahrens und des integrierten Druckgussverfahrens. Am Beispiel einer Produktionslinie mit einer Jahreskapazität von 500.000 Fahrzeugen belaufen sich die Gesamtkosten des traditionellen Stanz- und Schweißprozesses auf etwa 630 Millionen Yuan. Die Kosten für den integrierten Druckgussprozess betragen rund 480 Millionen Yuan, allein durch den hinteren Boden können durchschnittlich 300 Yuan pro Fahrzeug eingespart werden.

Luo Yan sagte: Der einteilige Druckguss wird hauptsächlich die beiden Hauptprozesse Stanzen und Schweißen „ersetzen“. „Die (Stanz-, Schweiß-)Werkstätten werden in einer Umformwerkstatt zusammengefasst. Sobald der Unterkörper mit 3-4 Druckgussteilen fertig ist, kann die Schweißwerkstatt komplett ersetzt werden.“

„Soweit wir wissen, werden die Schweißroboter bei OEMs, die derzeit eine integrierte Druckgussproduktionslinie planen, um 15–25 % reduziert.“

Verkürzen Sie den Entwicklungszyklus:
Untersuchungen von Guosen Securities gehen davon aus, dass die integrierte Druckgusstechnologie den Modellentwicklungszyklus auf ein Drittel verkürzt. Im traditionellen Automobilbau sind drei Runden umfassender Abstimmung für Teile wie Karosserie, Innen- und Außendekoration, Elektrogeräte usw. erforderlich, um die Teile innerhalb der Toleranzanforderungen zu stabilisieren und zu stabilisieren. Es dauert normalerweise 6 Monate, was ein langer Zyklus, hohe Arbeitsbelastung und Wiederholungen ist. Sexuelle Arbeit.

Einteiliger Druckguss vereinfacht die Logistik und die Anpassung der Komponenten und verkürzt den Entwicklungszyklus auf 1–2 Monate.

He Shenghua, General Manager von Ningbo Shuyi Gonglian Technology Co., Ltd., sagte gegenüber dem „Electric Vehicle Observer“: „Einerseits liegt die Verbesserung der Effizienz durch Integration im Produktionszyklus, andererseits reduziert sie die Systemtechnik der Entwicklung.“

Es stellte sich heraus, dass ein Bauteil aus Hunderten von Teilen verschiedener Lieferanten bestand. Eine Änderung des Designs erfordert eine umfangreiche Koordinationstechnik, und der einteilige Druckguss vereinfacht den gesamten Prozess und verkürzt die Lieferkette erheblich. "

Erhöhen Sie die Produktionstaktzeit

Nach Einführung des einteiligen Druckgussverfahrens wurde die Anzahl der hinteren Bodenteile des Tesla Model Y von 70 auf 1 (integriert) auf 2 (gespleißt) reduziert; Die Anzahl der Teile wurde von 171 auf 2 reduziert und die Anzahl der Schweißpunkte wurde um über 1.600 reduziert.

Die Reduzierung der Anzahl der Stanz- und Schweißpunkte führt zu einer deutlichen Reduzierung der Arbeitsstunden.
Im Rahmen der traditionellen Handwerkskunst wird die Herstellung der Karosseriebaugruppe zwei große Werkstätten durchlaufen: Stanzen und Schweißen, mit einer Gesamtarbeitsstunde von mehr als 2 Stunden. Zuvor betrug die Druckgusszeit des hinteren Bodens des Model Y etwa 180 Sekunden. Bei der Demonstration im Werk in Texas wurde der Karosserieherstellungszyklus auf 45 Sekunden verkürzt.

Die Untersuchungen von Guosen Securities gehen davon aus, dass die fünf großen Druckgussanlagen im Werk Shanghai unter Berücksichtigung von Faktoren wie Wartung und Sanierung die jährliche Produktionskapazität von bis zu 600.000 Stück Karosserie-Heckböden erfüllen können. Im Juli wurde das Tesla-Werk in Shanghai wegen technischer Renovierungsarbeiten erneut geschlossen. Danach wird es bis Ende des Jahres eine Spitzenproduktionskapazität von 1,1 Millionen Fahrzeugen pro Jahr erreichen (Bericht von Reuters), eine Produktionskapazitätsskala, die noch nie von einem einzigen traditionellen OEM erreicht wurde.

Verbessern Sie die Genauigkeit des Karosseriewerkstücks:

„Die Genauigkeit der Model Y-Fahrzeuge der nächsten Generation wird in Mikrometern und nicht in Millimetern gemessen.“ Musk sagte.

Die Verbesserung der Genauigkeit des Karosseriewerkstücks trägt nicht nur dazu bei, das aerodynamische Design besser zu realisieren, sondern ordnet auch verschiedene Arten automatischer Fahrsensoren effektiver an, um die Installationsgenauigkeit des Gierwinkels, Nickwinkels und Rollwinkels zu erfüllen.

Im Gegensatz dazu liegt der Genauigkeitsfehler bei der traditionellen Karosseriefertigung aufgrund der akkumulierten Fehler beim Zusammenfügen einer großen Anzahl von Teilen bei weniger als 2 mm.

Verbessern Sie die Effizienz des Materialrecyclings:

Da ein Material verwendet wird und der Hochdruck-Druckgussprozess selbst der Materialrückgewinnung zuträglich ist. Schätzungen von Guosen Securities. Die Rohstoffrückgewinnungsrate des traditionellen Herstellungsprozesses beträgt weniger als 70 %, und die Rohstoffrückgewinnungsrate des integrierten Druckguss-Herstellungsprozesses beträgt bis zu 95 % oder mehr.

2.2 Einteiliger Druckguss ist derzeit nicht perfekt

Das Problem besteht jedoch darin, dass der derzeitige integrierte Druckguss nicht perfekt ist.

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Vergleich der Vorder- und Hinterböden der Tesla-Fabrik in Texas mit einteiligem Druckguss und den Originalteilen

Tesla und die Druckgussindustrie haben den Weg von 0 auf 90 % des integrierten Druckgusses eingeschlagen. Das ist noch schwieriger, und die 10 %, die die oben genannten Vorteile tatsächlich erreichen können, befinden sich immer noch in der Phase aller Parteien. Dies ist auch der Grund dafür, dass einige Mainstream-Automobilhersteller dem integrierten Druckguss immer noch eine abwartende Haltung entgegenbringen und ihn nur als zukunftsweisendes Thema nutzen.

„In dem Fall, in dem der Leichtbaueffekt keine offensichtlichen Vorteile mit sich bringt, bringt (integrierte Druckgussproduktion) keine sehr große Verbesserung der Kosten und (die Inbetriebnahme in dieser Phase) ist von geringer Bedeutung. Wir müssen uns immer noch auf Qualität, Kosten und Technologie konzentrieren. Drei Aspekte der Bewertung“, sagte der oben genannte verantwortliche F&E-Mitarbeiter.

Sogar Unternehmen, die bereits mit dem Einsatz begonnen haben, wie Great Wall Seiko, sagten: „Nach unseren Berechnungen bietet der aktuelle einteilige Druckguss keinen Kostenvorteil. Mit der kontinuierlichen Aktualisierung und Weiterentwicklung der Industrietechnologie werden die zukünftigen Herstellungskosten jedoch definitiv sinken, daher gehen wir davon aus, dass der integrierte Druckgussprozess in Zukunft einen enormen Entwicklungsspielraum bietet.“

Die integrierte Druckgusstechnologie mit einem Fertigstellungsgrad von 90 % ist hinsichtlich Gewichtsreduzierungseffekt, Produktionsmaßstab, Produktionsstabilität, Fahrzeugleistung und After-Sales-System noch sehr unausgereift.

Unwirksamer Gewichtsverlust:

Der grundlegende Zweck des integrierten Druckgussverfahrens von Tesla besteht darin, das Gewicht von Elektrofahrzeugen durch den großflächigen Einsatz von Aluminiumlegierungen zu reduzieren. Aber was die tatsächliche Wirkung angeht, befindet es sich derzeit im Stadium einer ineffektiven Gewichtsabnahme.
Nach der Demontage von zwei Generationen einteiliger Gussteile des Tesla Model Y stellte ein Automobilhersteller fest:

Die erste Generation (links und rechts geteilter Typ, mittlere Bolzenverbindung) wiegt 54 kg;
Die zweite Generation (komplett einteilig, mit zusätzlichem hinteren Längsträger) wiegt 65 kg.
Im Vergleich zu den gleichen Teilen des Tesla Model 3 auf der gleichen Plattform reduziert sich das Gewicht um 0,5 kg bzw. 3,4 kg. Im Gegensatz dazu wiegt unter der Voraussetzung einer Stahlradabdeckung die Vollaluminiumkomponente eines Eigenmarkenmodells 42 kg und ist damit sogar 12 kg leichter als die einteilige Komponente der ersten Generation des Model Y.

Das Problem liegt in der aktuellen Handwerkskunst des einteiligen Druckgusses.

Als Hochdruck-Druckgussverfahren ist beim Einstück-Druckguss eine sehr hohe Einspritzgeschwindigkeit vorgesehen, damit die Legierungslösung die Form innerhalb einer begrenzten Zeit füllen kann, um dünnwandige Werkstücke herzustellen. Mit der Ausdehnung der Form nehmen jedoch die Zeit und der Druck der kleinen Position am anderen Ende stark zu, sodass die Wandstärke des Werkstücks verdickt werden muss, um die Füllschwierigkeiten zu verringern und den Prozess zu realisieren.

Beispielsweise beträgt die Wandstärke gewöhnlicher Radkappen aus Stahl nur 0,7 mm, während die Dicke des Tesla Model Y 2,5 oder sogar 3 mm beträgt. „Aus handwerklichen Gründen wurde es dicker gestaltet, was zu einer ineffizienten Gewichtsreduzierung führte.“ sagte der Verantwortliche für Forschung und Entwicklung.

Great Wall Seiko gab außerdem an, dass der einteilige Druckguss-Heckboden etwa 55 bis 63 Kilogramm wiegt. „Betrachtet man ein einzelnes Teil, ergibt sich für Blechteile (derzeit) kein großer Gewichtsvorteil. Allerdings wirken sich die Änderungen im Karosseriedesign durch den Einsatz von einteiligem Druckguss nach den Praxiserfahrungen inländischer Automobilhersteller durchaus auf das gesamte Fahrzeug aus. Gewichtsverlust.“

Materialeigenschaften beeinflussen die Fahrzeugleistung:

Derzeit haben sowohl Tesla als auch Weilai die einteilige Druckgusstechnologie in der hinteren Bodenposition eingeführt. Da der Heckaufprall hauptsächlich vom hinteren Antikollisionsträger und dem hinteren Längsträger getragen wird, ist die Aufprallkraft bei der Übertragung auf den hinteren Boden relativ gering, was kaum Auswirkungen auf die Sicherheit des Fahrzeugs hat.
Die aktuelle Anwendung von ultrahochfestem Stahl in der Karosserie

„Die im integrierten Guss verwendeten wärmefreien Aluminiumlegierungsmaterialien sind hinsichtlich der Materialeigenschaften nicht mit den mechanischen Eigenschaften von Stahlplatten oder gar warmumgeformten Stahlplatten zu vergleichen. Der Schweißprozess ist derzeit noch nicht so ausgereift wie der von Stahlplatten.“ Liang Zhenjin sagte: „Daher müssen der Indexwert des Fahrzeugdesigns und die Informationen zum Sicherheitsdesign neu untersucht werden, und die Stahlkarosserieteile können nicht vollständig übereinstimmen.“

Bisher erhielt die Gesamtkarosserie durch das Zusammenfügen zwischen Teilen auch eine bestimmte Gesamtleistung. Der Hauptkörperverbindungsprozess ist FDS (einseitige selbstschneidende Gewindeverbindung) und SPR (selbststanzender Nietprozess ist ein Kaltumformungsprozess, der eine feste Verbindung zwischen Niet und Blech bildet).

Dieser Prozess stellt bestimmte Anforderungen an die plastische Verformungsfähigkeit der Aluminiumlegierung. Und wenn die Verformbarkeit nachlässt, wirkt sich dies auch auf die Leistung des Verbindungsprozesses aus.
Neue Materialeigenschaften von Alcoa C611, das derzeit im Mainstream der Flächenheizmaterialien verwendet wird

„Die plastische Verformungsfähigkeit von Materialien wird im Allgemeinen durch Biegen bewertet. Der Biegewinkel der herkömmlichen Aluminiumdruckgusslegierung T7 nach der Wärmebehandlung beträgt im Allgemeinen 60 Grad. Allerdings besteht immer noch eine gewisse Lücke zwischen den wärmefreien Aluminiumdruckgusslegierungen auf dem Markt.“ Verantwortlich für die oben genannten F&E-Leute sagten.

Daher müssen Modelle, die den Einsatz der einteiligen Druckgusstechnologie planen, neu konstruiert werden, oder der Übertragungsweg der Aufprallkraft muss geändert werden, um das einteilige Druckgussmaterial zu vermeiden, oder die Verstärkungen bestehen aus hochfestem Stahl.

„Soweit wir wissen, muss der Kraftübertragungs-Designpfad des Fahrzeugs neu gestaltet werden, da der Vorderboden von Tesla eine integrierte Druckgusstechnologie verwendet, was sich völlig vom Übertragungspfad der herkömmlichen Stahl/Stahl-Aluminium-Hybridkarosserie unterscheidet.“ sagte Luo Yan.

Hohe Skalenschwelle und geringer Ertrag:

Und um integrierten Druckguss einzusetzen, muss man das Ziel haben, 20 Millionen Fahrzeuge pro Jahr für mehrere Autos wie Tesla zu produzieren.

„Die Kernschwelle des integrierten Druckgusses besteht darin, eine stabile Produktion zu erreichen.“ Die oben genannten Branchenkenner sagten, dass die einmalige kontinuierliche Produktion von 5.000 (10 Tagen) bis 20.000 (30-40 Tagen) Stücken der wirtschaftlichere Maßstab für großformatige integrierte Druckgusskomponenten sei.

Wenn der Maßstab nicht groß genug ist, ist integrierter Druckguss kein „gutes Geschäft“.

Die oben genannten Investoren schätzen, dass der jährliche Produktionswert einer Druckgussinsel mit Kosten von 100 Millionen Yuan etwa 200 Millionen Yuan beträgt, wovon die Materialkosten mehr als die Hälfte und die Herstellungskosten mehr als 30 % ausmachen. Und die Vermögenswerte sind zu schwer.“

Die Analyse von Western Securities geht davon aus, dass am Beispiel einer 6.800 Tonnen schweren Druckgussinsel mit einer Jahresproduktion von 100.000 Anlagenteilen ein ganztägiger Betrieb und eine Ausbeute von 80–85 % in der Chargenphase sichergestellt werden müssen, um einen Bruttogewinn von 25–30 % zu erzielen. Zinssatz, um die Betriebskosten und den jährlichen Produktionswert zu berücksichtigen.

Derzeit hat die Ausbeute beim einteiligen Druckguss gerade erst die Kostengrenze überschritten.

Die Ausbeute herkömmlicher Stahlkörper-Stanzteile kann 99 % erreichen; die Ausbeute von Druckgussteilen unter 4400 Tonnen liegt bei über 95 %;

Die aktuelle Situation von „Electric Vehicle Observer“ ist, dass Tesla, das als erstes Unternehmen die integrierte Druckgusstechnologie eingesetzt hat, derzeit nur eine Ausbeute von 90 % hat.

Talent- und After-Sales-Herausforderungen:

Neben den aktuellen Material- und Prozessproblemen des integrierten Druckgusses sind auch Talent- und After-Sales-Probleme zentrale Herausforderungen für die vollständige Umsetzung.

Druckguss ist eine kleine Handwerkskategorie und hochqualifizierte Fachkräfte in der Branche sind rar. Wenn ein Unternehmen einen integrierten Druckgussprozess einsetzen möchte, benötigt es ein hochqualifiziertes Handwerksteam, um eine kontinuierliche und stabile Produktion sicherzustellen. „Tesla rekrutiert immer noch Leute für den Druckguss.“ Sagte Luo Yan.

Darüber hinaus ist auch der Kundendienst ein Problem. Zuvor hatte der Besitzer des Tesla Model Y bekannt gegeben, dass die Reparaturkosten aufgrund des Absturzes des hinteren Stoßdämpfers fast 200.000 Yuan betrugen. Das Fahrzeug selbst kostet nur 280.000 Yuan.

In diesem Zusammenhang geht die Branche davon aus, dass Tesla selbst das Auftreten von Kollisionen reduzieren wird, indem es intelligente Fahrassistenzfunktionen auf hohem Niveau sowie ein eigenes, präzises Versicherungssystem implementiert, um die After-Sales-Kosten zu senken.

Allerdings sagte Luo Yan gegenüber „Electric Vehicle Observer“, dass einige OEMs beginnend mit der Konstruktion von Materialien und Teilen experimentieren, indem sie den Kraftübertragungsweg neu gestalten und Teile nicht oder nur teilweise an Kollisionen teilnehmen; die Entwicklung einer innovativen Reparaturtechnologie für Druckguss-Aluminiumlegierungen, um die Belastung durch Aftermarket-Reparaturen bei Kollisionen zu vermeiden/reduzieren.


03
Brechen Sie die letzten 10 %

„Menschen, Maschinen, Materialien, Methoden und Ringe müssen sehr gut gemacht sein.“ Die oben genannten Brancheninsider sagten, dass die Ausbeute des integrierten Druckgussprozesses von 90 % steigen werde und dies von der Zeit abhänge.

Luo Yan vertritt die gleiche Ansicht: „Die Schwierigkeit des einteiligen Druckgusses liegt in der Zusammenarbeit von Materialien, Prozessen, Formen und Geräten. Alle befinden sich in der Explorationsphase und Tesla hat einen Vorsprung von 3 bis 5 Jahren.“

Die vier Hauptprozesse Stanzen, Schweißen, Beschichten und Total in der Automobilindustrie haben fast hundert Jahre gebraucht, um die heutigen vollständigen Prozesskompetenzen, stabilen Produktionsprozesse und Ausbeuteraten zu entwickeln, die für die Anforderungen der Massenproduktion bestens geeignet sind.

Es ist erst weniger als zwei Jahre her, seit Tesla das Model Y mit integriertem Heckboden auf den Markt gebracht hat, und Menschen, Maschinen, Materialien, Prozessmethoden und Umweltsysteme mühen sich immer noch auf den Weg zur 100-prozentigen Reife.

3.1 Verlust des Nutzens durch Wärmebehandlung

„Theoretisch können die patentierten Materialien von Tesla nicht direkt verwendet werden. Tatsächlich sind die Materialien von Tesla möglicherweise nicht für alle Automodelle geeignet.“ Ein Experte auf dem Gebiet der Materialien sagte Ende 2021: „Derzeit sind wir es.“

Wärmefreies Material ist der Hauptgrund, der die weite Verbreitung der integrierten Druckgusstechnologie einschränkt.
Schematische Darstellung der Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung ist das wichtigste Mittel, um die Eigenschaften (Festigkeit, Plastizität, Schlagzähigkeit, Härte, Ermüdungsfestigkeit usw.) herkömmlicher Druckgussteile zu erhalten/zu verstärken und das innere Kristallgleichgewicht anzupassen.

Druckgussteile durchlaufen im Allgemeinen zwei Wärmebehandlungsmethoden T7\T6. Insbesondere T7: Lösungsbehandlung plus Stabilisierungsbehandlung, künstliche Korrektur wird sehr schwierig sein; T6: Lösungsbehandlung plus vollständige künstliche Alterung, die Verformung des Werkstücks kann erst nach dieser Wärmebehandlungsmethode eingeebnet werden.

Die durch die Wärmebehandlung verursachte sekundäre Wärmeausdehnung und Kältekontraktion führt jedoch zu einer Dimensionsverformung des Produkts oder zur Bildung von Poren. Kleinteile können mit formgebenden Werkzeugen (mittels Formenbau) korrigiert werden.

Temperatur, Druck und Formfluss im Druckgussprozess großformatiger Strukturteile sind schwieriger zu kontrollieren und es treten durch die Wärmebehandlung mehr Probleme mit der Produktverformung auf. Die Kosten für die Nachbearbeitung sind extrem hoch und der Prozess komplizierter, was eine Kommerzialisierung erschwert.

Daher erfüllt das beim herkömmlichen Druckguss verwendete Aluminiumlegierungsmaterial, das zur Leistungssteigerung eine Wärmebehandlung erfordert, nicht die Massenproduktionsanforderungen des großtechnischen integrierten Druckgusses.

Ohne Wärmebehandlung können hitzefreie Gussaluminiumlegierungswerkstoffe mit entsprechenden mechanischen Eigenschaften erhalten werden.

Nachdem jedoch die durch die Wärmebehandlung verursachten „Probleme“ der Orthopädie vermieden wurden, verlieren wärmefreie Materialien auch die Möglichkeit, stärkere mechanische Eigenschaften zu erzielen und die innere Kristallstruktur der Legierung durch Wärmebehandlung anzupassen und auszugleichen.

Größere Werkstückgrößen und komplexere Werkstückformen verstärken diese Probleme zusätzlich.

Daher stehen wärmefreie Materialien derzeit vor zwei großen Herausforderungen im Material selbst: Wie können höhere mechanische Eigenschaften erreicht werden, die mit denen von Stanzteilen vergleichbar sind? Wie kann die Empfindlichkeit der Teileleistung gegenüber internen Defekten/interner Struktur der Legierung verringert werden?

Es gibt auch zwei Hauptprobleme auf Prozessebene, die eng mit den Materialien zusammenhängen: Wie kann das Gleichgewicht der Gesamtleistung großer Teile sichergestellt und die Inkonsistenz der Festigkeits-/Zähigkeitsleistung an der einen und anderen Stelle vermieden werden? Wie können die durch unzureichende Duktilität der Materialien verursachten Probleme gelöst werden? Das Problem der schlechten Leistung des Verbindungsprozesses.

3.2 Welche Art von wärmefreiem Material wird benötigt?

Allerdings liegt der Kern der Verbesserung der Leistung hitzebeständiger Materialien derzeit nicht in der Materialformulierung, und die Industrie hat noch nicht klargestellt, welche Art hitzebeständiger Materialien benötigt werden.

Denn um die für das wärmefreie Material erforderlichen Materialeigenschaften zu klären, ist es notwendig, die strukturellen Eigenschaften der integrierten Teile ausgehend vom ursprünglichen Originalentwurf neu zu entwerfen und zu untersuchen; Anschließend werden die erforderliche Festigkeit jedes Teils und die Schlagfestigkeit bei Kollisionen durch Simulationsanalyse beurteilt. Was ist die Dehnungsanforderung?

Und das kann nur beim OEM beginnen. Materialexperten sagten: „Derzeit (bis Ende 2021) sind einige der von inländischen OEMs vorgebrachten Anforderungen sehr grob und ungenau. Automobilhersteller versuchen es auch mit Druckguss aus einem Stück, und Materialfabriken sind sich über die konkrete Situation noch unklarer.“

Great Wall Seiko sagte: „Einteilige Druckgussmaterialien unterscheiden sich von herkömmlichen Produkten in Bezug auf Festigkeit und Zähigkeit, hauptsächlich aufgrund unterschiedlicher Produktfunktionen. Als Körperteil ist die Hauptüberlegung die Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit des Körpers, aber in Bezug auf Zähigkeit basiert sie hauptsächlich auf den Anforderungen der Körperstoßdämpfung und des Verbindungsprozesses.“

Gegenwärtig haben einige Unternehmen Durchbrüche bei relativ geformten, hitzefreien Gussmaterialien aus Aluminiumlegierungen erzielt.

Deutschland Rheinfelden, Alcoa, China Lizhong Group und das Materialteam der Shanghai Jiaotong University verfügen über Patente für hitzefreie Materialien. Einige Experten sagten jedoch gegenüber „Electric Vehicle Observer“, dass die wärmefreien Materialien der Lizhong Group immer noch hauptsächlich in kleinen Gussteilen verwendet werden. Derzeit konzentrieren sich die gängigen kommerziellen wärmefreien Materialien für den einteiligen Druckguss noch auf die Materialbasis von Alcoa.
Bei bestimmten Anwendungen ist Teslas Verständnis der Leistung wärmefreier Materialien weiter fortgeschritten.

Luo Yan sagte, dass nach der Sekundärentwicklung die Festigkeit der in der vorderen Kabine verwendeten Materialien von Tesla möglicherweise um mehr als 50 % höher sei als die des hinteren Bodens. „Normalerweise (nach der Erhöhung der Festigkeit) nimmt die Zähigkeit leicht ab, aber nach unserem aktuellen Verständnis lässt sich die Zähigkeit des Aluminiumlegierungsmaterials in der Vorderkabine jetzt besser kontrollieren.“

Darüber hinaus haben viele inländische Automobilhersteller und Gießereiunternehmen angekündigt, dass sie in der Lage seien, hitzefreie Materialien zu entwickeln.

Im Oktober 2021 entwickelten NIO und Shuaiyichi gemeinsam die EZCAST-Serie integrierter, hitzefreier und gehärteter Druckguss-Aluminiumlegierungsmaterialien, die auf die Plattformmodelle der zweiten Generation angewendet werden.

Im Dezember 2021 haben Human Express Auto und das National Engineering Center for Light Alloys der Shanghai Jiaotong University eine strategische Zusammenarbeit bei der Entwicklung neuer Materialien und kohlenstoffarmer Leichtlegierungen vereinbart.
TechCast™ kohlenstoffarme Aluminiumlegierung für übergroße Gussteile. Im Februar dieses Jahres haben das Gießereiunternehmen Topp und Human Express Gaohe gemeinsam die Off-the-Line-Karosserie-Heckkabine in Massenproduktion hergestellt. Das lange Modell erreichte 1700 mm x 1500 mm und erreichte eine Gewichtsreduzierung von 15–20 %.

In China sagte Luo Yan, dass die hochleistungsfähige einteilige hitzefreie Gussaluminiumlegierung der Shanghai Jiaotong University, der Tsinghua University, der Beijing University of Science and Technology und anderen Materialteams den Labortest bestanden habe und die technische Reife die Stufen 5 und 6 erreicht habe. Suchen Sie in der Produktionstestphase aktiv nach Möglichkeiten für die Massenproduktion.

Angesichts der unzureichenden Leistung wärmefreier Materialien und der Auswirkungen auf die Leistung des Verbindungsprozesses (hauptsächlich SPR) haben einige Automobilhersteller Technologien entwickelt, um die Verbindungsleistung bei geringer Materialdehnung sicherzustellen.

„Derzeit befindet sich die Entwicklung von Aluminiumlegierungsmaterialien für den integrierten Druckguss noch im Anfangsstadium. Fabriken, F&E-Einrichtungen, Materiallieferanten und Druckgusslieferanten konkurrieren alle um die Förderung ihrer eigenen Materialien, aber die endgültige Auswahl der Materialien hängt immer noch von der umfassenden Berücksichtigung der Grundleistung, der Fertigungsleistung und der Kosten des Materials durch die Zielteile jedes OEM ab.“ Gaohe Automobile: „Langfristig ist die Aluminiumlegierung.“ Die für den integrierten Druckguss verwendeten Materialien werden definitiv ein differenziertes und serialisiertes Sortensystem bilden, um den individuellen Anforderungen verschiedener OEMs und Teile gerecht zu werden. "

Liang Zhenjin sagte: „Der Schlüssel zur Kontrolle der Entwicklungsziele und zur angemessenen Verbesserung der Produktqualifizierungsrate liegt darin, die Nachfrage nach Teilen für die Leistung des Fahrzeugs zu erfassen.“


3.3, Reduzierung des Standards, um den Prozess zu erfüllen

Gemäß dem Verfahren wird nach Bestätigung des hitzefreien Legierungsmaterials die Legierungsflüssigkeit in die Form gegossen und mit einer Druckgussmaschine gepresst. Der aktuelle Status quo ist jedoch, dass es kein perfekt integriertes Druckguss-Angusssystem und eine passende Form gibt.

„Derzeit ist das Entwicklungssystem des integrierten Druckgusses in der gesamten Branche noch nicht perfekt, und die Forschung und Verfeinerung der Grundprinzipien muss noch weiter erforscht werden.“ Liang Zhenjin sagte: „Die bestehenden Entwicklungsprojekte sind immer noch auf dem Weg der Nachahmung, und viele Informationen sind möglicherweise nicht vorhanden. Das ist passiert.“

Der Grund für „das ist nicht so“ liegt darin, dass es für den Einsatz der integrierten Druckgusstechnologie notwendig ist, die zugrunde liegenden Prinzipien des Druckgusses neu zu erlernen.

Wie bereits erwähnt, kann das gestanzte Stahlrad eine Dicke von 0,7 mm haben, und die Wandstärke des einteiligen Tesla Model Y aus Druckguss beträgt 2,5 bis 3 mm. Durch die erhöhte Wandstärke entfallen die Gewichtseinsparungen, die das Aluminiumlegierungsmaterial mit sich bringt, was zu ineffektiven Gewichtseinsparungen führt.

Teslas 6.000 Tonnen schwere Druckguss-Heckkarosserie

Der Grund besteht darin, die integrierte Komponentenstruktur des Modells Y mit der aktuellen Leistungsfähigkeit des Druckguss-Inselsystems zu bilden. „Um die Füllung des distalen Endes des Bauteils und die mechanischen Eigenschaften nach der Umformung sicherzustellen, ist es notwendig, die Wandstärke des Produkts in einigen Bereichen entsprechend zu erhöhen.“ Liang Zhenjin-Express.

Derzeit werden die Spannkraft der Druckgussmaschine und die projizierte Fläche der Druckgussteile als quantitativer Maßstab dafür verwendet, welche Art von Maschine großformatige Werkstücke herstellen kann. Beispielsweise können mit einer Schließkraft von 6000-7000 Tonnen Teile mit einer Projektionsfläche von 1 Quadratmeter gegossen werden; Ist die Bodenüberstandsfläche eines reinen Elektro-Pickups inklusive Batteriefach größer als 1,5 Quadratmeter, ist eine Klemmkraft von 12.000 Tonnen erforderlich.

Diese einfache Entsprechung gilt jedoch nicht für die Prozesspraxis.

Im Laufe der Praxis erkannte Liang Zhenjin zutiefst, dass die projizierte Fläche nur eine Wölbungskraft mit sich bringt: Beim Druckguss wird, wenn die Füllung endet und in die Aufladephase übergeht, der auf das erstarrende Metall wirkende spezifische Aufladedruck durch den Metallguss gegossen. Das Reihensystem überträgt die Hohlraumwand, die sogenannte Ausbeulkraft. Die Prozessparameter müssen so abgestimmt sein, dass die Form dieser Kraft gerade noch standhalten kann.

Wichtiger ist ein ausreichend schneller Füllvorgang. Dies bedeutet, dass eine ausreichend hohe Geschwindigkeit erforderlich ist – unter Einbeziehung des Geräteflusses Q – und eine ausreichend große Antriebskraft bei der entsprechenden Geschwindigkeit – die dynamische Einspritzkraft P.

Wenn die durchschnittliche Wandstärke von Teilen etwa 1 Quadratmeter zu dünn ist oder der Modellierkanal kompliziert ist, kann das aktuelle Niveau der dynamischen Einspritzkraft und des Flusses der 6000-7000-Tonnen-Presse das Ziel oft nicht vollständig erreichen.

„Da die vom Gerätesystem während des Füllvorgangs bereitgestellte Leistung nicht ausreicht, um sicherzustellen, dass es den Widerstand (in einem komplexen Hohlraum) überwinden kann“, sagte Liang Zhenjin: „Für Faktoren wie die Form der Teile während des Füllvorgangs, die Verteilung der Wandstärke und andere Faktoren ist das Angusssystem und die Formgestaltung ein wichtigerer Faktor, um den Übereinstimmungsgrad von Teilen und Geräten zu messen.“

3.4, lernen Sie das Prinzip und verstehen Sie den Gussprozess neu

Voraussetzung für die Berücksichtigung der oben genannten wichtigen Elemente ist jedoch ein tiefes Verständnis der zugrunde liegenden Prinzipien des Druckgussprozesses.
Ein sehr kritischer Prozessparameter im Druckgussprozess ist beispielsweise die Füllzeit – innerhalb dieser Zeit ist die Füllung des Legierungshohlraums abgeschlossen.

Da die Fließfähigkeit der Legierung einen bestimmten Zeit-/Temperaturbereich hat, gelangt sie nach Überschreiten dieses Bereichs in die Kristallisationszone. Sobald sich die Kristallisation zu bilden beginnt, wird die Fließfähigkeit der Legierung stark verringert, es wird schwierig, den Hohlraum zu füllen, oder die Oberflächenqualität des Teils wird beeinträchtigt.

Es gibt bereits eine ausgereifte Berechnungsformel für die Füllzeit: die Füllzeitformel der NADCA (North American Die Casting Association), die eines der Grundprinzipien des Gießprozesses ist.
Beispiel für die Anwendung der NIADCA-Formel

Die Genauigkeit der Formelberechnung hängt jedoch von der genauen Erfassung der Flächenelemente ab. Wie die feste Liquidustemperatur der Legierung, die Arbeitstemperatur der Form, die durchschnittliche Wandstärke des Produktdesigns usw.

Die Genauigkeit von Oberflächenelementen basiert auf dem Verständnis physikalischer Eigenschaften. Wie etwa die physikalischen Eigenschaften des Wärmeaustauschs, die Fließfähigkeit des Materials, die strukturierte Struktur während des Formens, der Kühlschrumpfungszustand des Legierungsformens und der entsprechende Temperaturbereich usw.

Die Mehrschichteigenschaften und Merkmalsbedingungen bilden ein mathematisches Modell, das letztendlich über die Fülllegierungsformel einen genauen Füllzeitbereich ausgibt.

„Das Prinzip der alten Schönheit wird seit langem untersucht, aber die Erforschung der Grundprinzipien der heimischen Druckgussindustrie ist relativ langsam, und jetzt haben nur etwa 30 % der Unternehmen damit begonnen, sich damit zu befassen.“ sagte Liang Zhenjin.

Wie alle Prinzipien und der Aufbau von Know-how basieren auch die zugrunde liegenden Prinzipien des Gießprozesses auf einer Vielzahl experimenteller Analysen. Zahlreiche Laboruntersuchungen und Zeitaufwand sind erforderlich.

Der Grund, warum inländische Druckgussunternehmen weniger Forschung auf Prinzipebene betreiben, liegt darin, dass sie in der Vergangenheit „unbrauchbar“ waren. Zuvor waren die Druckgussteile kleiner und hatten einen großen Prozessraum für vorhandene Druckgussanlagen – beispielsweise konnte eine Druckgussmaschine eine Einspritzgeschwindigkeit von 5 m/s bis 12 m/s bereitstellen. Wenn die Teile klein sind, verfügt die Anlage über genügend Kapazität, sodass die Prozessanpassung die Abfüllung des Produkts vollständig steuern kann.

Wenn sich jedoch die Druckgussteile von den Produkten der Stringer-Ebene zu den Teilen der Größe und Komplexität des hinteren Bodens ändern, wird der Prozessraum sofort auf die Obergrenze der Gerätekapazität reduziert.

„Daher sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Grundlagen und zugrundeliegenden Berechnungen/Kontrollen sehr hoch.“ Liang Zhenjin sagte: „Sie müssen zunächst die zugrunde liegenden Berechnungen/Prüfungen verstehen, bevor Sie den Prozess realisieren können, der für Komponenten auf der Oberflächenschicht erforderlich ist.“
Das mangelnde Verständnis der zugrunde liegenden Prinzipien spiegelt sich auch in der industriellen Arbeitsteilung wider.

Basierend auf dem Design des Teils hängt es davon ab, wie die Legierungslösung in die Form gelangt, wie hoch der Auslassdruck ist und wie das Angusssystem der Form angepasst wird
Es wird von den Gießereiingenieuren der Druckgussfabrik im europäischen, amerikanischen und japanischen System entworfen und fertiggestellt. Der Formenbauer ist nur für den Entwurf der Formstruktur verantwortlich und kümmert sich anschließend um die Bearbeitung der Form.

Allerdings verlangen inländische Kunden häufig, dass Formenbauunternehmen teilnehmen oder über die Möglichkeit dazu verfügen. Der Grund dafür ist, dass Formenbauunternehmen mit jedem Link mehr Kontakt haben und über mehr Erfahrung verfügen, aus der sie lernen können.

Da jedoch das integrierte Druckgießen von Ultrahochdruck- und Großbauteilen den Prozessraum an seine Grenzen bringt, müssen nicht nur die Materiallieferanten, sondern alle Kettenglieder im Prozess von Grund auf lernen und Durchbrüche auf der Prinzipebene erzielen, insbesondere die OEMs.

Zu diesem Zweck benötigt der Karosseriedesigner des OEM unterschiedliche Materialien wie Stahl, Stahl-Aluminium-Mischung und hitzefreie Aluminiumgusslegierung, die Grundprinzipien der Kollisionskraftverformung verschiedener Teile der Karosseriekomponenten und des Gesamtzusammenbruchs sowie das grundlegende Know-how der unteren Schicht. Tiefgehende Beherrschung und Verständnis. Es erfordert sogar ein gewisses Verständnis und Verständnis für Herstellungsprozesse wie den Druckguss.

Glücklicherweise ist in den letzten sechs Monaten mit der kontinuierlichen Erweiterung der Ausrüstungskapazität der Druckgussinsel der Prozessraum des integrierten Druckgusses zunehmend größer geworden.

Im November letzten Jahres kam Chinas erstes selbst entwickeltes und entworfenes zweiteiliges, gespleißtes Ganzkörperprojekt heraus, das in die vierte Debugging-Runde eingetreten ist und dessen Leistung im Wesentlichen die Anforderungen für die Massenproduktion erfüllt. „Das Aussehen und die Betriebsstabilität dieses Gussstücks sind viel besser als bei ähnlichen ausländischen Produkten.“ Die oben genannten Branchenexperten sagten, dass die Dehnung der Teile, die durch die in das Versuchsstadium eingetretenen integrierten Druckgussformen für die Vorder- und Hinterkabine hergestellt werden, 10 % und 10 % der Vorderkabine erreicht. 8 % in der hinteren Kabine.

3.5, Simulationsdaten akkumulieren

„Das Gießen von Aluminiumlegierungen selbst ist ein sehr komplexer Umformprozess. Derzeit ist es schwierig, die mechanischen Eigenschaften verschiedener Teile zu Beginn der Teilekonstruktion genau vorherzusagen. Es gibt noch viel zu tun.“ Liang Zhenjin sagte: „Diese Arbeit ist gut gemacht. Danach kann die Genauigkeit des strukturellen Designs der Teile umgekehrt verbessert und die mechanischen Eigenschaften jedes Teils und der Schwerpunkt jedes Körperteils geklärt werden, um die Wirksamkeit des Teiledesigns zu verbessern und seine Wirtschaftlichkeit sicherzustellen.“

„Inzwischen sind viele unserer Konstruktionen redundant ausgelegt, um die Erzielung des integrierten Druckgussprozesses zu gewährleisten. Die Genauigkeit wird verbessert und die überflüssige Feuchtigkeit wird reduziert, so dass Gewichtsreduzierung, Energieeinsparung und Emissionsreduzierung tatsächlich erreicht werden können.“

„Diese Arbeit“ bezieht sich auf die Sammlung und Analyse von Test- und Praxisdaten in allen Aspekten der Integration sowie auf die Einrichtung eines integrierten professionellen Druckgussteams und einer Simulationsdatenbank.

Beispielsweise sind bei der Konstruktion des Angusssystems die Teile zu groß, die Struktur komplex und die Aluminiumlegierungslösung weist eine empfindliche Kristallisationszeit auf. Um sicherzustellen, dass die Aluminiumlegierung den Hohlraum innerhalb der vorgegebenen Zeit füllen kann, erfordert die Strömung der Flüssigkeit in der Form eine sehr genaue Simulation, um das Design des Angusskanals einschließlich der Flüssigkeitseinlass- und -auslassöffnung zu optimieren.

Nicht nur das Angusssystem, sondern auch die Konstruktion von Karosserieteilen und der Gussprozess erfordern einen solch hochpräzisen Simulationsprozess. „Der Hochdruck-Druckguss weist aufgrund seiner hohen Temperatur, seines hohen Drucks und seiner hohen Durchflussrate die folgenden technischen Schwierigkeiten und Probleme auf und die technischen Hürden sind relativ hoch. Darüber hinaus weisen integrale Druckgusskomponenten häufig Porositätsfehler und Blasenprobleme auf.“
Luo Yan sagte: „Dies ist eine völlig neue Erkundungsphase für OEMs und Teilehersteller. Die Simulation basiert auf der Vorhersage der Zukunft nach der Ansammlung großer Datenmengen in der frühen Phase. Daher sind die Vorhersagen bei fehlender Ansammlung in der frühen Phase alle ungenau. Genau (was zu Problemen wie geringeren Erträgen führt).“

„Wenn der OEM unter Koordination der gesamten Industriekette langsam die Datenakkumulation und sogar die grundlegenden Methoden des Formversuchs, der Anpassung von Prozessparametern, der Optimierung des Angusskanaldesigns usw. beherrscht, wird die Ausbeute steigen.“

Der Akkumulationsprozess von Simulationsdaten wird von der gemeinsamen Weiterentwicklung des Gießereiteams und der industriellen Big-Data-Software abhängen.

Brancheninsider sagten: Obwohl es jetzt Druckgussmaschinen und Druckgussanlagen gibt, die Teams bereitstellen können, bedeutet dies nicht, dass sich die Hauptmotorenfabrik vollständig auf die schlüsselfertigen Projekte des Lieferanten verlassen kann, sondern muss das KNOW-HOW des integrierten Druckgusses beherrschen: einerseits, um eine stabile Produktion mit hoher Ausbeute zu erreichen; Andererseits sammelt es Erfahrungen für die spätere Teileentwicklung.

„Die Anzahl der Geräte und die Betriebskomplexität der integrierten Druckgussinsel haben erheblich zugenommen, und es ist für Verfahrensingenieure aus gewöhnlichen Druckgussbetrieben schwierig, schnell loszulegen.“ Es besteht ein tiefes Verständnis für die Eigenschaften jedes Geräts. Wenn es ein oder zwei Personen sind, wird der Druck groß sein. Das Team ist größer und es ist wissenschaftlicher, dass jede Person für mehrere Prozessgeräte verantwortlich ist.“

Gleichzeitig wird industrielle Big-Data-Software auch die Reife der integrierten Technologie der Druckguss-Industriekette beschleunigen.

He Shenghua sagte: „Das Gießen stellt hohe Anforderungen an die Prozessparameter. Von 90 % bis höher ist es unmöglich, sich nur auf die Erfahrung des Meisters zu verlassen. Stattdessen hängt es von der Big-Data-Analyseplattform der Prozessqualität, der Datenerfassung des Internets der Dinge und sogar einer Menge Deep-Learning-Algorithmen ab.“

Derzeit verbindet die von Shuyi Gonglian errichtete digitale Fabrik alle Geräte auf der Druckgussinsel mit dem Internet, indem sie digitale Software anpasst, um alle Prozessparameter und die Ergebnisdaten nachfolgender Produktqualitätsprüfungen zu sammeln. Anschließend wird das Datenmodell der Prozessqualitäts-Big-Data-Analyseplattform erstellt.

„Durch die Ansammlung von Daten können wir die Zusammensetzung der Rohstoffe, die Formtemperatur, die Temperatur des geschmolzenen Aluminiums, die Prozessparameter der Druckgussmaschine, die Zusammensetzung der Sprühflüssigkeit, den Sprühweg usw. betrachten, sodass die qualifizierte Rate integrierter Druckgussprodukte höher sein kann.“ Er sagte Shenghua.

Im April wurde das vollständig transparente digitale Fabrikprojekt der Druckgussindustrie der Haiwei and Shuyi Industry Federation offiziell gestartet.

Das System wird 14 Module und 35 Funktionen umfassen, darunter Planungsberichtsverwaltung, Formenverwaltung, Qualitätsmanagement, Ausrüstungsverwaltung und Ausnahmeverwaltung usw., um eine Echtzeiterfassung von Ausrüstungs-IoT, eine Echtzeiterfassung von Produktionsberichtsdaten, eine Echtzeittransparenz von Bestandsdaten und eine vollständige Qualitätssicherung zu erreichen. Rückverfolgbarkeit und andere Ziele, Aufbau von Qualitätsstandards für die Prozesskontrolle mit integrierter Qualitätsverbesserung und Schaffung einer digitalen und intelligenten Fabrik mit nachverfolgbaren Prozessen und nachverfolgbarer Qualität.

3.6 geht die Druckgussinsel in eine größere Richtung

Verglichen mit den wärmefreien Materialien, Gießsystemen und Gesamtprozessen, die immer noch Schwierigkeiten haben, Schwierigkeiten zu überwinden, ist der technologische Reifegrad von Geräten wie Druckgussmaschinen und Druckgussinseln relativ höher und sie bewegen sich in eine „größere“ Richtung.

Luo Yan sagte gegenüber „Electric Vehicle Observer“, dass der Marktanteil von LK im Bereich des integrierten Druckgusses als führendes Unternehmen für große Druckgussmaschinen mehr als 50 % erreicht habe. Bei der zuvor an Tesla verkauften Großdruckgussmaschine handelt es sich immer noch um eine Drei-Platten-Maschine. Derzeit ist die von ihr entwickelte Direktdruck-Druckgussmaschine in die Massenproduktionsphase eingetreten.
Derzeit ist der gängige konstruktive Aufbau von Druckgussmaschinen in Zwei-Platten- und Drei-Platten-Pressen unterteilt.

Unter ihnen ist die Schließkraft der Dreiplatten-Druckgussmaschine nur eine. Der Zwei-Platten-Typ kann die Spannkraft aufgrund der Verwendung einer Servomotor-Antriebssteuerung innerhalb eines bestimmten Bereichs flexibel steuern. Swiss Bühler zeichnet sich durch Zwei-Platten-Pressenkonstruktionen aus.

Luo Yan sagte, dass neben den Vorteilen der Gerätelebensdauer, der Stabilität und der Größe der Druckgussmaschine der größte Vorteil von Direktdruck- und Zweiplattenpressen im Vergleich zur Vergangenheit darin besteht, dass die Produktionslinie flexibler ist.

„Der Druckgussprozess erfordert die Gestaltung einer Reihe von Parametern wie Einspritzgeschwindigkeit, Füllzeit, Formtemperatur usw., die eng miteinander verbunden sind und sich direkt auf die Produktqualität auswirken.“

Der Preis des Direktdrucktyps und des Zwei-Platten-Typs mit gleicher Tonnage unterscheidet sich nicht wesentlich von dem der Drei-Platten-Presse. „Der Unterschied zwischen dem Direktdruck und dem Zweiplattentyp sowie der dritten Version besteht hauptsächlich darin, dass die Anforderungen an die Grundteile der Presse höher sind und auch die Anforderungen an die Strukturgestaltung der Presse höher sind.“

Auf Marktanwendungsebene verfügt LK derzeit über einen erheblichen First-Mover-Vorteil.

Es wird davon ausgegangen, dass Bühler, Yizumi und Haitian jeweils Bestellungen für Hochdruck-Druckgussmaschinen von 6.000 Tonnen bzw. 8.000 Tonnen erhalten haben, diese jedoch noch nicht geliefert wurden. LK verfügt über mehr als 10 integrierte Druckgussinseln am Terminal.

Nach der Lieferung der 6.000-Tonnen-Maschine an Tesla haben die 9.000-Tonnen- und 12.000-Tonnen-Maschinen von Lijin Kaufverträge erhalten und sind in die Massenproduktion eingetreten.
Der einteilige Druckguss hat in der Automobilfabrik bereits Fuß gefasst und könnte auf lange Sicht die Automobilfabrik verändern.

In Kombination mit anderen Materialien und Prozessinnovationen kann der einteilige Druckguss dazu führen, dass Autos so hochintegriert und einfach zu verbinden sind wie Lego, wodurch der schwierigste Sektor der menschlichen Industrie – der Automobilbau – zum Kinderspiel wird.

Das ist Musks Traum, ein großartiger Traum.

Allerdings erfordert eine Technologie, von Grund auf bis zur Exzellenz, oft einen langen und schmerzhaften Einarbeitungsprozess. Für einen ausgereiften, zuverlässigen und kompletten Automobilhersteller ist es derzeit eine schwierige Entscheidung, integrierten Druckguss einzusetzen oder nicht.