车用结构件压铸车间规划设计研究

张剡,冯永旺,勾立国

摘要：本文对车身结构件的压铸工艺、设备、工艺布置及厂房土建公用配套设施逐一论述，希望对后续的结构件压铸项目的规划设计有所助力。

关键词： 锁模力  压铸岛  熔化炉 切边机

1.背景：

2021年初特斯拉创新性的提出了车身结构件一体化铝合金压铸工艺，并且在其北美、德国及中国上海的工厂部署了大型压铸机用于生产MODEL Y的后地板总成，原本需要70个零件构成的后地板通过压铸变成了1个零件，车身减重10%，续航能力提升14%。目前国内的整车厂及零部件供应商也积极响应，陆续跟进。小鹏汽车武汉新工厂规划布置了压铸车间，部署两条大型压铸线；华人运通高合汽车与拓普集团联合宣布，国内首个基于7200吨巨型压铸机正向开发的一体化超大压铸车身后舱正式量产下线。随着新能源汽车的逐步普及，一体化压铸工艺必将成为颠覆汽车制造传统工艺的新工艺，大型压铸机将成为汽车制造的核心设备。

2. 常用的车身结构件产品：目前常用的车身结构件的重量、使用数量及压铸机吨位列表如下：

序号	结构件名称	结构件重量	单车使用量	压铸机吨位
1	中通道面板	1.2	1	1400
2	B柱	3.5	2	3200
3	后纵梁	10.5	2	4000
4	前门框	5.5	2	4000
5	后门框	5.5	2	4000
6	前减震塔	5	2	2500
7	前横梁	7.2	1	3500
8	后减震塔	5	2	2500
9	尾门框	6	1	4000
10	电池包壳体	35	1	6000以上
11	发动机仓	130	1	6000以上
12	后地板	80	1	6000以上

3. 压铸工艺流程

铝锭来料检验→熔炼→高真空压铸→去除浇口、浇道、毛刺→热处理→抛丸→外观及内部质量检查→数控机加工→清洗→包装。以上为大体工艺流程，由于产品工艺特点及装备自动化程度不同，具体工艺流程会有所调整。

4. 压铸车间工艺布置原则

4.1压铸机的布置应根据规模大小分别集中布置，对于自动化程度高的压铸车间宜按机组布置便于生产管理。

4.2根据厂房条件和压铸机的大小不同可采用单列布置和双列、多列布置；

压铸机可垂直车间墙面，也可平行车间墙面布置，无论采用那种布置方法，压铸机最突出部分到墙面距离不应小于1米，车间内人行道不应小于 1.5米，电瓶车的运输 通道不应少于4米。

4.3两台压铸机之间应根据压铸机的大小和周边设备多少、铸件装具、浇口余料放置情况留有足够距离以保证设备的运行和检修、模具装拆和清理、工人的操作等方面要求，并根据需要在压铸机外围设置防护网和金属隔板。压铸工部厂房内应有起重设备便于吊运模具和压铸机的零部件。

4.4充分考虑操作人员的人体生理数据，保证足够的工作活动空间，较好的作业环环境和职业安全卫生措施。

4.5熔化工部尽可能与压铸工部分开布置，根据不同的需要可布置在车间中部或端部，尽量采用少污染的能源。 应有足够的面积用于放置原材料、回炉料。

4.6车间的平面布置首先要考虑物料、炉料、金属液、铸件及浇注系统等流程通畅、紧凑避免来回输送。

4.7在充分利用车间面积的同时应考虑压铸机维修压铸型装拆、维护和存放场地。

5. 结构件压铸车间工艺布局介绍

5.1压铸车间一般由合金熔炼区、大型压铸岛、模修区、成品区等功能区构成。

5.2合金熔炼区铝合金熔化炉、保温炉、除气精炼设备、熔炼区烟气较大，最好与压铸区分开布置，而且需要配套排烟除尘设备处理烟气。铝合金熔化炉主要负责把铝锭或回用的废料熔化冶炼成合格的铝液，可以根据产品重量和生产节拍选择熔化炉的容量及数量，一般有电加热和燃气加热两种方式。熔化后的铝液进入保温炉保温，专用叉车运输预热浇包从保温炉取铝液运至压铸机边保温炉或定量炉。        

5.3大型压铸岛集成了合金保温给汤、压铸、切边、清理、质量检查等工艺内容，具体工艺流程为机械手铝合金给汤→压铸→地面机械手取件，机顶机器人喷涂脱模剂→冷却→压铸件去渣包切边→工业CT检查→外观检查人工修整。

5.4压铸岛的包含设备如下：a压铸机：锁模力从1400t～9000t不等，主要由结构件产品投影面积和增压压力决定，车身结构件压铸一般采用冷室压铸机。b喷涂设备采用机器人喷涂脱模剂，根据工件形状设置喷嘴的布局和喷头结构。c取件设备：一般采用机器人取件，实现自动化运行。d风冷架或水冷箱用于冷却工件。e切边机用于去除集渣包和浇道等,切边过程产生的料柄浇道等通过叉车或板链等机械化的方式输送到熔化区重新熔化回用。f输送带把成品件输送出压铸岛。

5.5模修区负责压铸模具的维护保养，成品区负责装入物流器具的结构件批量码放，2~3层码放节约车间面积。

6.车间物流：

压铸车间内的物流主要有铝液、压铸模具、压铸件及回炉料的运输。铝合金液的运输一般采用专用叉车+浇包的方式，叉车具有速度快、灵活性较大的特点。压铸模具的运输一般采用桥式起重机完成，桥式起重机的吨位一般按照最重压铸模具的重量加上一定的冗余量的原则选型。回炉料包括废件及料柄浇道等采用叉车或液压小车运输。需要注意的是铝液属于高温液体，铝液运输和压铸件及回炉料的运输必须分别走机头机尾两个通道，避免危险情况发生。

7.土建及公用配套：

7.1近年来新增项目的压铸车间的建筑结构形式基本以门式钢架为主，车间的火灾危险性等级为丁类，车间跨度需要根据本跨布置的最大压铸机的长度加上铝液运输通道及压铸件运输通道的宽度来确定。随着车身大型结构件在新能源车身上的应用越来越多，压铸机的锁模力也越来越大，6000吨以上的大型压铸机在整车厂及零部件配套商的压铸项目中屡见不鲜，以某头部新能源车企业压铸车间布置的6000吨压铸机为例，整机长度接近20米，如果考虑两侧的物流通道均为4米宽度的话，所需跨度至少为28米，考虑到在线头考虑布置一定的物流区及未来有可能增加更大锁模力的压铸机的情况下，建议跨度至少30米。考虑到土建的经济性及车间物流需要，车间的柱距一般为8~12米为宜。

7.2车间桥式起重机的吨位参考最大压铸模具的重量选型，目前的趋势是结构件越做越大，模具也越来越重，如国内首套6800t超大型一体化铝合金压铸结构件模具在鸿图科技成功试制。模具由广州市型腔模具制造有限公司自主研制，模重超过 140t[1]。车间的净高度由本跨最大压铸机的高度（H1）、最大模具高度（H2）、吊装高度（H3）及桥式起重机高度（H4）决定。例如压铸机选用某品牌6000吨压铸机，最大模具重量140吨，桥式起重机吨位为150吨,则车间高度的计算如下：

桥式起重机吊钩最大高度=H1+H2+H3+0.5米=8米+2.5米+2.2米+0.5米

                      =13.2米

查起重机样本可知QD型150/32桥式起重机吊钩最大高度比轨道顶部低1.2米，所以起重机轨道顶部高度为14.4米，该型起重机高度为4.6米，所以车间净高度=14.4米+4.6米+0.3米=19.3米。

7.3车间地面及荷载：

压铸车间地面一般为环氧树脂地面，地面为300mm厚度的钢筋混凝土地面，模具存放区地面载荷为10吨/平米，其他区域为5吨/平米。

7.4公用配套设施：

压铸车间的公用动力需求主要有天然气、电、压缩空气、冷却循环水几项。压铸车间的主要用电点集中在压铸工段，所以变压器室尽量靠近压铸工段布置。天然气主要用于熔化炉及机边保温炉的加热，用气压力为3千帕~5千帕,天然气从市政管网接入，经厂区内调压站进入压铸车间。压缩空气主要用于熔化炉及压铸机脱模剂的喷涂，用气点压力大于0.5兆帕，压缩空气品质要求：最高压力露点2℃~3℃，最大含油量1mg/m3,最大尘埃粒径1微米。冷却循环水主要用于压铸机模具及液压系统的冷却，设备进水温度33℃，出水温度50℃，温差17℃，一般选用中高温冷却塔。

7.5环保要求：

压铸车间对环境的影响主要为压铸机及熔化炉工作时产生的烟气，熔化炉通过加装烟尘净化系统处理烟气，压铸机虽然也配置了局部除尘设备，但开模时仍然有少许烟气逸出除尘罩，这部分烟气通过屋顶通风器排出室外。

结束语：随着新能源汽车的渗透率逐步提高，车身结构件一体化压铸工艺的应用方兴未艾，不但新能源汽车企业积极布局一体化压铸工艺，部分传统车企如一汽、长安、奇瑞等也开始试水一体化压铸工艺。本文对车身结构件的压铸工艺、设备、工艺布置及厂房土建公用配套设施逐一论述，希望对后续的结构件压铸项目的规划设计有所助力。

参考文献：

[1]陶永亮.一体化压铸给大型压铸模制造带来新机遇[J].模具制造，2022（7）：54-57.

[2]吴春苗.压铸技术手册[M].广州：广东科技出版社，2007.