【汽车与环境】银宝山新压铸科技高级技术顾问Steve Midson:用于轻型汽车应用的铝合金压铸和半固态铸造
2018年12月7日-8日，以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。本次论坛完整覆盖汽车行业技术领域的研讨，旨在进一步促进整车企业与零部件企业之间对技术发展趋势的探讨、加强汽车行业专家之间的交流互动、增强整车与零部件企业的交流、搭建合作平台，通过活动促进汽车零部件产业创新转型升级、打造更具竞争力的整零协同创新关系，助力实现向汽车强国的转变。以下是深圳市银宝山新压铸科技有限公司高级技术顾问Steve Midson的发言：
深圳市银宝山新压铸科技有限公司高级技术顾问 Steve Midson
大家早上好，我的名字叫Steve Midson，我现在在深圳市银宝山新科技股份有限公司工作，今天我会给大家讲一下“用于轻型汽车应用的铝合金压铸和半固态铸造”。
压铸是一个非常常见的工艺，用于制造企业的零配件，而且是一个成本非常低的方法，能够制造形状复杂的滤制部件，在北美每年生产量超过70亿美金。铝铸件大概35%用于其他的应用，65%是用于汽车工艺。
压铸能够制造出非常复杂的形状，而且能够有比较薄的壁，非常好的表面，而且复杂的形状也有尺寸的公差，生产力高、低成本、长寿命的优点。缺点是残余孔隙率比较高，机械性能比较差。它的填充是有问题的，因为它在压铸的过程中是有一个枪的，我们要以非常高的速度喷射一些液体流到模腔中。赋予它一些金属的特性，160%Mpa，35%的孔隙率。半固态铸造是50%是固体，50%是液体，是一个高度粘合的材料，可以填充。我们能够非常好地控制填充，可以看到直接在金属前就把这个气体放进去，流动非常好。比较高黏度的液体，控制度比较方便，可以减少空气的滞留。这里有70%Mpa，有更多的固体填充进去，有更好的控制性的流动和高压，可以最大限度的减少收缩孔隙率。
固体的制造我们有一个很好的微观结构，常规的铸造半固态的话是稠状的结构，白色的是固体，黑色的是液体，同时他们的工艺跟球状的会不同。我们可以看看这个流程，首先倾倒钢，然后放进去的液体就会冷却下来，空气就会加热，开始旋转它，比较温和的去旋转它，直到我们得到一个比较好的温度，就可以把它转换到一个压铸的容器当中。我有一个视频，这个就是我刚刚跟大家讲过的机器，机器人把它放到C的单位当中去，接下来倾斜，完全液化的铝在有控制的温度之下。把它倒到容器当中。我们在坩埚当中会把它加热到足够的温度，之后就可以得到一个半固态的铸造结构了，控制的进行旋转，得到B的分布，接下来就能得到很好的液体状态，用不同的机器人，倒到压铸的器械当中，慢慢的通过有控制的把它进行注射。给大家看到通过热能的角度看一下情况。
上面有一个坩埚，下面有一些不同的位置，可以去看钢的温度，这边可以看到有铝，都是铝。随着坩埚变热，我们就可以有一个很好的温度，灰色就是我们生产的温度变化，就可以得到正确的温度，把它转移到我们压铸的机器当中。
首先看一下模拟，首先是浇铸，通过浇铸不断的进行旋转，在此可以看到非常好的进行控制，我们要尽量的降低敏感化，看看整个压铸的充型非常统一的充型状态，我们就不会当中出现任何泄露。这边是半铸造的好处，我们想说，我们保留了非常好的优势，我们有一些非常好的机械的性能，比方说有非常好的机械的填充性，可以非常好的进行焊接，我们有非常好的模具寿命。
接下来我们可以看到作为两个半固态，像319S，我们可以得到非常好的刚度，320的Mpa，我们可以看到延伸长也是非常好的。这个是我们讲的半固态浇铸，通过比较大的流程，和传统的方法比较，可以降低制造成本。我们在生产当中，在基础压铸当中我们可以看到，基础压铸在深圳有一个工厂，有一些传统的压铸，同时也有一些半固态压铸，所以我们可以有两台840吨的机械。这边给大家看的气罐支架，可以将我们的储气罐连接起来，很好的用制动系统控制。之前是双刹制造的，重1.54Kg，修整铸造。之后把这个设计改了一下，我们变化了一下，加进去更多的摩擦，我们可以看到可以有更好的流动性，并且有更好的刚度。
因此的话，我们就可以看到有非常好的ProCAST，变成一个非流动黏性的，接下来给大家看一下具体的形状、固体分数，，可以看到合金的319S，罐装速度是0.2M/秒。给大家看一下我们在原创设计当中跟改良设计填充的差别。改良设计填充不会有任何滞留的气体，之前的填充缺乏一些控制，我们做了一些改良之后就有更好的流动性。半固态的流动会更好一些，更重要的是我们讲到的凝固，在一开始的时候，我们有一些小的问题，绿色的是半固态的，蓝色的是凝固了的。我们碰撞它可以看到有更多半固态的压缩，这个已经不是跟我们的铸体相关的，我们没有任何压力就可以做了，可以得到一个收缩气孔。接下来我们把它们放回来，就可以看到有更好的凝固的收缩会更好。
这里给大家看一下我们应力的分析，一开始是228Mpa，我们做了一个改良之后，我们可以看到降低了应力变成了162Mpa，这是一个非常好的改良。优化之后我们就开始生产，可以做各种各样的流程发展工具。我们可以看到有微观的结构评估，所以我们可以看到完全没有任何缺陷的。拉伸样品的话也是有铸件加工而成的，拉伸最高是450。这里是X光内部质量的情况，没有任何缺陷。这边的话是第二个变形支架，右手边就可以看到，一开始每个支架是3.2Kg，后来319S是1.6Kg重。左边这个是原来的设计，经过半固态的设计模态的改变，渠道做了改变，降低收缩孔隙率，同时减重了71%。
在这边也是比较好的连接器，作为电动公交车的连接器，所以我们有4个这样的支架，我们可以看到在200-500之间，500个连接器同时使用。左边是转向节，是A356-T6，可以有非常好的防撞。右边是一个减震塔，比较高的半固态铸造，这个是一个半固态的。我们再看一下控制壁，也是有比较好的拉伸度，右边是合金319S。
最后让我们来看一看关于生产成本，像我提到的半固态是最基础的一种铸造生产方式，我们看一看铸造工艺和它的价格是什么情况？通常来说压铸是3倍，金属压铸是3-5倍。我们假设铸造生产3公斤的组份，如果是铝我们计算每公斤是2.2美元，部件中铝的成本大概在7.25美元，这样售价就是金属价值的4-6倍，这样可以看到铸造的价格就会是29美元，增长到43.5美元。但是我们看一下半固态的铸造它是非常接近传统的压铸，因为传统的压铸是成本最低的，压铸一般是生产复杂形状铝部件的方法，2013年，在美国，我们有一家叫Koch的公司进行了非常详细的成本估算，半固态铸造、高压压铸、重力永久模具、挤压压铸，他们进行了非常详细的分析，半固态的铸造比高压压铸要高4%，但是重力永久模具会高15%，挤压铸造高25%，永久模具增加了90%，所以看起来半固态的铸造方法还是在成本上有一定的优势的。
最后作为一个总结，半固态的铸件可以生产比传统压铸更高质量的部件，因为它的强度更高，而且有更好的延展性，有更长的模具寿命。我们看到现在有很多的半固态的铸件正在开发或者已经被生产了，非常感谢大家的聆听，谢谢。
南方科技大学朱强教授：我有两个问题，第一个是你的总结说它是高强度的，但是演讲过程说它的强度只有240%。
Steve Midson：其实我们要看一下客户的要求，因为这些是我们客户的要求，客户最低的要求是240，其实它可以达到更高的强度。
南方科技大学朱强教授：第二，你谈到了温度变化，液态铝的结构，在温度上是很相似的，能不能回到那张图上，200度但是你模拟的结果是在5度，5度是不是一个标准？
Steve Midson：是看一看这个温度是不是一致的，有一个温度的曲线。我们不管它的温度是怎么样，我们要看一看它的温度的分布是怎样的，我们看到这个工艺，这个液态的铝温度是比较高的，但是原理上来说一些温度热量会转移，而这个能够控制温度。另外，如果是没有办法进行温度控制的话，会在工艺中发现很多的问题。所以要看坩埚里面的温度的控制，这个对于产品的一致性非常重要的，今天、明天、后天的产品具一致性是非常重要的，非常感谢。
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