文：PATRTCK•Reichen
优化耗能以及相关的CO2减排，是21世纪人类社会的首要任务。由于能源会枯竭，要在各领域采取一切措施保护能源的使用，尤其是对于交通工具减排的政治措施，使得汽车生产设计，尽量采用新的结构方案。
尽管全球在努力减少不可再生能源的消耗，然而，在世界范围个性化活动需求难以抑制，这表现在独立的大量的汽车厂家和研究机构的趋势及市场研究。乐观的预测，在最近20年内，小轿车产量会成倍增加，传统的发动机工艺更多地为新型未来技术所代替。但是，铝和镁等轻量及高承载材料的使用增势会大幅提高（图1）。
随着对高效及耐用性的要求，对压铸作业者提出了全新，需要不断探索的质量要求。总之，要求复杂的构件要有高功能性，低的重量，成本要降低。是本文要讨论的主题。
1、 结构件
用轻金属压铸构件，替代较重的材料，有助于减少汽车的重量（图2），燃料消耗以及相应的C02——排放，不仅以汽油或柴油为燃料的交通工具获益，而且纯电动或混合驱动的车辆也会获利。电瓶及增加的驱动元件，如：电动机会增加重量，然而这些重量会被车身轻量化结构件平衡掉，铝合金结构件不断扩大其应用范围。目前交通工具的设计，铝合金件起决定作用，未来更会如此。
1、 高的要求
对结构件高要求，尤其是车身承载结构件必须承受高的动载荷，满足生产厂家点撞车安全性要求以及连接工艺的要求。为此，要开发高水平稳定的生产工艺，才能保证焊接、铆接及粘结构件可靠的机械性能。虽然对汽车生产厂家严格要求，但生产必须考虑成本效益。压铸的整个工艺链条——从合金熔化、净化处理、模具及压铸工艺，每个铸件都要有精细的量化控控制。
优化的工艺及合理的设备技术
结构件将许多功能构件连在一起，减少车身结构的复杂性，通过将许多构件集成一个铸件，这样的结构件就会更大，更复杂。为减少其重量，将之前2.5-3.0mm的壁厚减至小于2.0mm。然而依据要求还要对局部增强。压铸设备及合理的工艺，对于结构件的安全生产有决定意义。
较薄的壁厚是以较短的充模时间为条件；具有长的液态金属流程大的铸件，与所确定的闭合机构尺寸有关，为了满足这样的任务，要求有高功率及高动能的压铸设备，这样的设备工艺范围广。锁模机构可以均匀分布闭合力，从而减少毛刺以及相应后处理费用，确保稳定的工艺过程。压铸工艺实时调节，会使整个生产过程有高的可重复性。
2、 密封及无紊流
为了获得决定着铸件质量的高真空度，需要精确设计压铸模具及高效的模具真空技术。在此，压室的耐磨性及绝热也有决定作用：要确保压室和活塞之间的真空系统的密封以及减少压室内金属液的热消耗。在从配料炉进行金属配料时，要减少涡流，从而保证充模无氧化物和氢化物。
3、 精确的后处理
除了材料及其熔化和压铸工序，在整个研究过程，还要对构件再加工，热处理以及后加工，脱模剂喷涂会增加气孔隙度，对焊接质量有不良影响。因此，喷涂方案要用最少的脱模剂用量。
尤其是铸件脱模和取出以及冷却，对于铸件变形会有决定性影响。大的结构性，在批量加工时有着新的挑战：在铸造车间构件的去毛刺要有大的切边机。错误的热处理工序会导致废品率增高。热处理是保证机械性能达到的关键工艺。
2、 熔模芯
几年来随着先进的消芯工艺的发展——所谓的熔芯技术，轻结构应用的可能性在扩展。一个铸件的内部成型会很复杂，几何形状的侧凹也可以加工。使至今尚不熟悉的零件设计以及较高的功能集成有可能，例如：对于闭合结构的汽缸曲轴箱在研究该工艺的应用（图3）。
在此工艺设计中，水套是以盐芯成型的，盐芯在成型后以高压水冲掉，在压铸机上盐芯的使用是成功的，因为盐与砂芯相反，是不会被冲掉，不会产生磨损。用这样的方法还可以替代用硬模和砂型铸工艺加工构件。借助于盐芯技术还可以使压铸工艺更经济。消芯工艺另一个优点是由于用的是盐芯，浇铸件壁有很好的表面质量。因此，尤其是对水和油导向的构件，熔模芯工艺更适合，以盐芯开槽的铝铸件有着较小的流动阻力。
盐芯加工，决定于构件的内部造型，合适的盐混合物以及工艺参数起决定性作用。这样会保持型芯的稳定性以及型芯脱除。因此，压铸机生产厂家要成为该工艺技术的真正合作者，从初始的想法到生产工艺，整个链条配合用户——从利用盐芯设计零件，到压铸工艺，模具及盐芯的方案。
3、 提高资源效率
在压铸时要特别注意能源和材料的使用。压铸模具与压铸设备对此有决定性的影响，仅仅是熔化和保温在整个工序中能耗就占50-70%，熔化合金在很短时间在模具内冷凝，铸件脱模及冷却，要消耗许多能量。模具热平衡方案对于冷却时间及压铸工艺的循环时间起着决定性作用。尤其是以水溶性脱模剂对模具常规的喷涂，要占整个循环时间的50%，这就消耗了能量和资源。
减少材料的使用
经济效益迫使人们考虑浇口方案，以使回收部分明显减少。在此，于早期设计阶段不断优化，以实现持久的经济效果。用于确定合适浇口，要对精确快速充模及冷凝作模拟，所用数字模拟工具要经常加以开发。除了铸造作业者的实践经验，在未来数字模拟将体现出更大的作用。与此同时，在整个研究过程要考虑铸件的整修，热处理以及后续工作。在基础培训中必须学习和掌握有关各个工序步骤及其对成本和功能影响方面的知识，只有经专业培训人员才有可能保证成本效益。
提高生产率
压造生产效率重要的尺度是压铸工艺可用性及效果，也就是单位时间生产铸件的数量，然而，如何最客观来确定呢？在工业界很早以来所推荐的计算方法：OEE，即：综合设备有效系数，或者说，设备理论生产效率和实际生产效率之间比。OEE是利用度（作业与停机时间之比），效率度（理论生产效率与实际生产效率之比）及质量度（成品件与废品件之比）之比。尤其注意的是，在计算中，整个压铸效能，即压铸机及外用设备的影响，时间因数，速度及质量都要一起考虑。因此，各个部分的可靠性及利用性，对于压铸生产功效作用较大，所有重要的工艺极好的衍接是不断高效生产的关键。
有针对性的优化：
目前压铸机网络化控制，将设备周边辅助作业集于工艺监控之中。通过对所属体系的交叉接口将所要了解的数据汇集起来，进行分析，确保长期安全运转。除此之外，利用诊断体系，有助于操作人员对整个铸造工艺优化以及提高综合设备有效系数（OEE）充分了解，控制记录机器作业及周边设备状况以及所有发出报警的重要数据资料。所得资料有助于了解出现故障的原因，采用专门的软件包，如布勒公司的Even+-Analyzer，在需要时可以评价数据（图4），停车时间可以发出报警，查找工艺问题。对于压铸单元间有针对性提高生产率及铸件质量，提高经济效益。
图4：布勒(BUhler)生产作业分析系统
4、 总结
不断的技术创新及全面解决方案，能够很好地面对未来压铸工艺的挑战，尤其是对减轻重量，扩大结构件的功能以及提高资源及降低成本。为此，要不断开发新的机器方案提高工艺水平。在此，对压铸还要观念转变，改善工艺条件，为了生产高质量，低成本构件，必须采用满足铸件要求及生产工艺的方案提供者。布勒（Bahler），UZWil（瑞士）公司在此以其丰富的知识及熟练的人员成为您的合作伙伴。
