这个问题我能答
传统的汽车使用的是冲压焊接技术、特斯拉搞一体化压力式铸铝技术。
刚好,这两个工艺,我管理的这个企业都有,我们既搞冲压,也搞压力铸造。
冲压冲的是板材,压力铸造铸的是铝。和传统汽车、特斯拉的工艺方式是一样的,只是冲床没有汽车厂的大,铸铝机没有特斯拉的大而已。但是在原理上是一样的。我们自己干这一行的,感受更加深刻一点吧。
车间照片不发了,看看书吧。
传统汽车厂家为什么没尝过过一体化铸铝?因为铸铝工艺很难满足汽车产业的品质要求。
通俗一点说,铸铝工艺的特点是:
1、快。不是生产快,而是设计快。冲压焊接需要几十个零部件,不同材料不同模具,利用焊接铆接等不同工艺搞到一起。铸铝工艺只要一个机器一个模具,直接压出来就行了。冲压设备蛮贵的,尤其是模具很贵,十几个冲压件就十几个模具,好几台冲床连续冲的。一个一个开发好这些模具,做好样品很费时间,压力铸造就方便多了,基本上一台机器一套模具,设备工装夹具流动资金是都省了不少。
2、成本各有优劣。如果造一万个产品,压铸成本更低,因为设备和模具的分摊很小,只是生产效率不高而已。如果造几十万个,冲压焊接成本更低,因为效率高,材料也不贵。
3、精度差。冲压件的精度,可以做到微米级别,模具精度都是几微米的样子去计算的,压铸的精度嘛,就差很多了。或者说,十个冲压件焊接在一起,组成一个零部件的精度,还可以比一个整体的压铸的零件公差控制的好。压铸件出来一般都要车的,冲压件可以比车出来的精度更好。
4、品质不行。压力铸造容易出现气泡等问题,而且很难发现,需要用射线去打,搞这玩意还要搞一个铅房子,费劲的很。小批量的话问题不大,大批量比较难搞。冲压的话钢板品质是非常稳定的,几乎没有质量问题,冲压品质也很稳定,焊接铆接机器人,品质也很稳定。
5、别把BBA的铝合金覆盖件和底盘铝合金零件和特斯拉的压铸混为一谈,BBA的铝合金还是冲压。现在BBA用的压铸件,主要在发动机底盘一些地方上,为啥精度能够满足要求,因为后加工了,车铣磨钻再加工过的,而且不是全部用压铸件。
所以说:
特斯拉要想快速割韭菜,快速产品迭代,牺牲产品品质,那压铸件是合适的。
如果汽车厂要想大批量的做出品质很好的产品,精度很高的豪华车,那现在压铸是不行的,还是要冲压。
如果特斯拉的压铸件全面普及的话,那特斯拉的定位就应该是5G和自动驾驶加持的五菱mini这样的,能够解决依靠通讯和智能驾驶运行的简易小车,大家都不要自己开车了,全无人驾驶,汽车只是工具而已,和三蹦子差不多。如果这样的话,买特斯拉和五菱没啥区别,反正做工差不多,内饰八十步笑一百步而已。
如果特斯拉的定位是电动豪华车的话,那么维修成本、车辆接缝大,毛病多,这些品质问题就要依靠品牌信仰去对冲了。
所以
我感觉特斯拉会继续搞压铸,而且想办法普及,也会继续宣传钢铁侠和移民火星。压铸实现快速迭代,钢铁侠化身实现信仰加持。
压铸颠覆传统→车辆快速迭代→传统汽车不思进取特斯拉行业救星→题材爆表→股价狂升→钢铁侠神话再加持→特斯拉品牌提升→品牌加持下质量问题多点没啥,消费者能接受→继续压铸降成本快速迭代。
这是个完美的正循环啊。
机械设计专业毕业生过来答一波。
【太长不看版】
1.特斯拉的电池太沉了不得不在车身中大量使用铝合金来减重,为了降低成本不得不使用了力学性能差的压铸成型,而传统车企对于车辆减重的需求远不及特斯拉迫切,想降低成本用钢材冲压件就可以了。
2.特斯拉作为电动车,在车身结构上的先天优势,使得其在偷工减料、降低车身力学性能之后,依然保有不错的碰撞得分。所以特斯拉这么鸡贼一下不会有啥大问题,而传统车企要是无脑跟风,就会出大问题。
3.一体压铸成型严重影响维修性能,客户售后成本会大幅提升。特斯拉作为“造车新势力”还拥有大量死忠粉,胡搞一下“情有可原”,而传统车企要敢这么干,则“不可原谅”
以下为原文
特斯拉一体压铸确实是一个降低成本的好办法,但对于车辆性能,却是个十足的馊主意。
对于常规造车套路,车厂会根据各个部件的受力需求,选取合适的材料和制造方法,最后再将各个部件组合起来。厂家主要使用的加工方式及力学特性如下:
1.冲压:最为普遍、在成本和性能上最为兼顾的加工方式,利用瞬间产生的巨大外力,将板材压成所需的形状。冲压可以使材料内部产生预应力以增强零件的机械强度,称为塑性强化。塑性变形的时间越短,材料所受到的强化就越强,如奥迪RS7的车门使用了爆破成型,利用炸药爆炸产生的巨大压力来使材料瞬间成型,获得极高的机械强度。
2.压铸:即压力铸造,指在高压下将液态或半固态金属挤压进模具的铸造方式。相对于普通(常压)铸造,压铸的铸造缺陷大幅降低,提高了成品率,但却并不能解决铸件的天生缺陷:难以进行热处理导致整体力学性能差,同时各方向力学性能相同,无法根据需求获得定向强化,但压铸的成本在各种制造方式中也是最低的,并且可以制造出各种复杂的形状,如全铝发动机。
3.锻造:在一定温度下使用模具对材料进行力量打击。铁匠铺里拿大铁锤叮叮当当地敲铁条,就是最基础的锻造方式。锻造通过塑性强化,在材料中产生不同密度与方向的锻造流线,再配合热处理可以根据需要,使材料在各个方向与位置上呈现不同的力学性能:如锻造齿轮毛坯加工后,可以达到齿部高硬度高耐磨、轮部高韧性的特点。锻造加工出来的材料力学性能最佳,同时成本也最高。
所以总结一下就是,锻造加工性能最好但成本最高,冲压加工性能和成本上控制得最为均衡,压铸成本最低性能最差。
传统车企知不知道一体化压铸省钱?肯定知道,但他们不会这么干。因为一,他们没有这个需求,现有的加工方式已经可以满足性能或成本要求,而制造巨型整体压铸机非常昂贵。二,压铸出来的车身不仅性能差,还不好修,大大增加了用户购车的后续成本。
以目前的技术,压铸只能使用铝合金这种低熔点材料,而无法使用钢材(实际上钢材就算能压铸出来性能也很差)。尽管你可能早就听说过什么6061什么航空铝,但实际上这些所谓的高强度铝,在钢材面前是完全不够看的,也就是说,铝合金的体积强度比远低于结构钢。所以,铝合无法像高强度钢那样通过薄板冲压的方式制造车身结构件,那么就只剩下两个选择:压铸或锻造。
那么对于传统车厂,他们都是怎么做的呢?
高端厂家,如奥迪,在RS系列中用了铝合金、钢、碳纤维复合材料,并使用了多达14种连接方式将各个部件组合起来,使车身每一部分都发挥出最佳的力学性能。
低端厂家,如五菱,大量使用钢材冲压件分别制造各个部件最后再焊接在一起,既降低了成本,又使车身的力学性能不至于太差。
那么为什么特斯拉毛豆Y非要费劲吧啦地,搞这么一个成本上比传统的冲压钢材并不占优势,力学性能还挺差的一体压铸铝出来?其实根本原因在于,电池太沉了,不得不在车身上使用大量铝合金偷轻,但为了降低成本抢市场,舍不得给你用轻又强的锻造铝加热处理,只好搞一堆压铸铝件来凑合事。想着反正性能已经很差了,不如再把焊接的钱也省下搞个一体压铸成型,最后再利用普通民众对机械知识了解不足,尬吹一波
不得不说,特斯拉偷奸耍滑的技术,还是相当可以的。
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补充几个大家在评论中问题。
1.既然你前面说冲压又便宜性能也还说得过去,为什么特斯拉不搞个一体冲压成型,非要搞一体压铸成型?
答:冲压加工对板材的厚度有要求,尤其是对于铝材这种韧性塑性都比较差的材料,太厚会导致材料出现细微裂纹等加工缺陷,同时冲压也无法制造太复杂的形状。然而对于铝型材来说,增加厚度和截面积是提升强度的必要途径,厚度(以板材举例)每增加一倍,受力可提升至原来的四倍。所以对于需要大量使用铝合金来偷轻的特斯拉来说,一体冲压并不是个好办法。同时,冲压本质上属于二维加工,对于车身一体成型这种复杂的三维结构,冲压工艺实现起来难度太大,导致可能最后做出来成本比锻造还高,性能却一般般。
下图为特斯拉毛豆Y车身后部的压铸成型零件,可见特斯拉设计了大量加强筋,以弥补压铸件机械强度上的不足。
2.毛豆Y用了力学性能最差的一体压铸车身,为什么碰撞得分还那么高?
答:这是特斯拉作为一款电动车,在车身结构上相比传统汽油车的先天优势。事实上特斯拉每一款车型的碰撞得分都很高,毛豆Y并没有因为新工艺的使用而得到明显的优势或劣势。特斯拉在正面碰撞时,车头因没有发动机,可以获得远高于燃油车的吸能空间;在侧面碰撞时,经过特别加固的电池底盘可以承受巨大冲击力而降低车身形变,结构上的先天优势使其再怎么偷工减料,也是“瘦死的骆驼比马大”。换句话说就是特斯拉仗着电动车结构上的先天优势偷工减料一下问题不大,但传统车企要是无脑跟风,就会出大问题,这也是为什么传统车企没有采用一体压铸成型的原因之一。
3.你说毛豆Y用了一体压铸导致车身力学性能下降,是否有事实依据?这个下降会带来哪些问题?
答:当然有。事实上知乎早已有人曝光过,运用了全新的一体压铸成型工艺的毛豆Y,其车身抗扭性能达到了特斯拉历届车型中,几乎垫底的成绩,甚至不及蔚来ES8一半的水准。
同样大量使用压铸工艺,但不是一体铸造的毛豆3表现更糟,荣获垫底桂冠。
车身抗扭性能虽然并不一定会导致碰撞得分下降,但一定会导致驾驶感受变差。直观表现就是在颠簸起伏路面上车身松垮,急转弯时侧向支撑力不足,感觉车头转过来了,车屁股还甩在外面。
4.为什么压铸铝件难以进行热处理?
答:压力铸造相比普通铸造,只能减少气孔、皱缩等铸造缺陷,而无法彻底消除缺陷。这些小缺陷如果不去做热处理,我们可以使用结构优化或者冗余设计来抵消影响,但是如果我们给有缺陷的铸件强行热处理,就会因为铸件内部的气孔及其它缺陷的膨胀率与材料本身存在差异,导致缺陷放大产生裂纹,最终导致铸件力学性能崩溃,所以铸造铝件的热处理一直是一个难题。特斯拉这种整体压铸的车身,要做热处理就也得整个一起做,那就是难上加难,不符合特斯拉省钱的中心思想。所以最后很可能的事情是,压根就不做热处理。
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2月24日更新两个问题
5:有报道说特斯拉为他的一体压铸工艺开发了新的高性能铝合金,特斯拉能否通过这一“黑科技”逆转工艺上的先天不足?
答:特斯拉确实开发了新配方的铝合金用于压铸车身,在网上我们可查到,其力学性能为:屈服强度90到150兆帕,也就是平均120兆帕。
那么这个120兆帕属于什么水准呢?商业铝型材,做门框窗框的常用材料6061 T6的屈服强度为245兆帕,工业铝型材,用于结构件的常用材料2014 T6屈服强度为415兆帕。换句话说,特斯拉这个黑科技新材料,还没你家窗框一半结实。。。。
但是2014铝的焊接性能较差,不适合于制造车身。所以同样有迫切减重需求的国产造车新势力蔚来,在测试了十几种材料后,最终选定7003作为车身主体材料。
那么7003的力学性能是什么水平呢:平均260兆帕,最高310兆帕。
于是我们发现了一个非常有趣的地方。
在补充问题3中,我们提到用了新材料新工艺的特斯拉毛豆Y,车身抗扭刚性为21700,而使用了传统工艺传统材料的蔚来ES8,抗扭刚性为44300。那么我们就可以计算,特斯拉用他优秀的设计,究竟弥补回来多少材料上的不足:
44300/260*120=20446
(21700-20446)/21700*100%=5.78
嗯,特斯拉在材料损失百分之53.8力学性能的情况下,通过其优秀的设计,成功弥补回来百分之5.78的性能
果真是“黑”科技
6.特斯拉使用一体压铸工艺的部件后面还有防撞梁和保险杠保护,就算用传统工艺,撞到这么伤,也得直接换新吧,凭啥说特斯拉转嫁客户维修成本?
提出这个问题的人,应该是看了这张图片:
这是目前毛豆Y使用的压铸工艺。就这么一小块是一体压铸,看起来似乎并没有太大影响。
但还有一张图片。
看到了吗?这才是特斯拉的最终目的:整个车身一体压铸!毛豆Y的后底板只是个开胃菜,练练手而已。
不知道在不久的将来,购买了终极一体压铸毛豆Y的用户们,修车的时候还开心吗?
PS:本人欢迎有不同看法的网友前来讨论并发表意见,但是对于下面这种,啥干货都拿不出来就一句“一派胡言”的纯喷子,一律拉黑,多跟你们说一个字都算我输。
原本没打算回答这个问题,但是看了一下题目下102个回答,有说特斯拉啥也不是的,有说特斯拉勇为人先的,有说特斯拉拿客户做实验的,还有随手打广告的,更还有2400+赞但是全都是胡说八道的。特别是还有N位做车身或者底盘出身的,扯了一堆正常的铝合金车身是怎么做的,可转到了特斯拉的压铸又一笔带过的。69万话题阅读量,竟然没有一个了解压铸的,看的确实是心累。
只有黄色部位改为压铸件,不是全车身,这个位置碰撞概率很小,而且都还包在外面的车身里面,是后排座椅后部和以前燃油车放油箱、很多电动车放电池以及燃料电池车放氢气瓶的位置,为什么这么说?就是强调这块极少能撞到,不管什么车如果都把这块撞坏了,你这个车基本也可以不要了。所以不要夸大什么一体铸造特斯拉就会一碰就要换车,这都是扯。
车身,无论是钢还是铝合金车身,主要的材料都是板材为主,工艺是冲压。压铸件和铸造件不是没有,但是很少,而且结构简单,体积小。整体来说,整车的工程团队一般对于压铸、棒材锻造和特钢方面都比较缺乏技术知识,而真正在产品中大量使用压铸工艺的是动力总成的工程师,没错,就是发动机、变速箱的工程师。
这也是为什么,特斯拉突然干了这么个压铸工艺后,国内主机厂整车工厂的制造专家一脸懵逼的在做benchmark,然后动力总成工厂的制造专家们在和高压铸造的供应商以及压铸设备供应商们在研究做工艺稳健性和可行性。
高压压铸,又叫做HPDC,结构简图如下
金属首先在单独的熔炉中熔化,然后转移到保温炉中,然后倒入压射套筒中。融化的铝合金注入套筒,封闭端口,然后活塞推动快速高压的将铝合金金属流液注射入模具中。
为什么要有高压的加压部分呢?可以看看传统的重力铸造,金属流液依靠重力作用来填充整个模具,因此金属的流动与冷却速度、冲型效果、浇注速度都受到了影响。尽管我们可以通过采用惰性气体氛围和模具排气结构来优化,但是重力铸造依然还是只能为体积比较小、结构相对简单的铸造零件服务。
而高压铸造适合制造体积较大,结构复杂,表面质量要求高、批量制造速度快的零件。传统的发动机缸体、缸盖、平衡轴壳体等零件都是采用高压铸造工艺。而真实的压铸机可看如下:
过去汽车行业的压铸机一般来说在1000-4000吨范围。特斯拉采用的是中国力劲科技的压铸机,这也是汽车零部件行业比较熟悉的一个压铸机供应商,压铸关闭力达到了6000吨,这是我见过的最大的压铸机规格。
不过6000吨目前也不是什么独有技术,全球范围内提供5500吨以上的压铸机的企业还是有的,这个还是与制造需求有关系。
首先,高排位回答中有整车工艺工程认为铸造代替冲压焊接产量低。这个逻辑是有问题的。因为一体式铸造是单独工位,不能用包含一堆冲压与焊接组装过程的成线节拍来对比。独立设备的设备开动时间就可以很久,设置中转仓库一直干下去就完了,而且节拍不够加一台就直接打一半节拍,而你要加多级零件冲压+组装激光焊接就是一条线一串的设备。
其次,所有铸造形式对比锻造、冲压都有成本优势,无论是从材料利用率、材料成本还是工艺成本的角度,更何况你还采用的是激光焊接工艺,而且还是小部件激光焊接。根据我的经验,以任何形式的铸造零件取代锻造和冲压零件或组合零件的成本改进都在30%-55%左右。
首先,结构越复杂,薄壁结构或者壁厚变化结构越多的,越难以实现良好的冲型
这张图是高压铸造过程中金属流液的流动分析,可以想象,流动通道越复杂,存在边角结构越多的,就会导致金属在冲型过程中没法良好填充,甚至出现由于流动速度快,形成紊流的情况。而所谓紊流就会导致内部严重的缺陷。流动问题还会带来杂质和氧化皮的风险,流动性不足或由于多处的流动进度不同,从而出现多处金属液面冲击融合,都会导致杂质不能顺利的排出,或者出现氧化皮冷隔。这些都会导致零件失效。
然后,接下来的问题就是排气。
这里的“气”,既有模具中原来有的气体,也有金属流液自身带进去的气体,还有包含在金属中的气体。铝合金液在一开始熔炼转移到保温炉的时候就要做排气,完全的沉淀铝液中的杂质和排出气体,我们会采用取样密度法来评估含气量。然后通过压铸设备的设计来尽可能减少浇注气体,然后到了模具里面,根据仿真结果和填充结构,在模具上还有设置合理的排气结构排出气体,更先进的做法甚至采用惰性更好的气体保护和一定的真空技术来实现。在这里,大量的仿真技术和生产过程控制会被介入。做的不好就是大量的气孔。
第三,冲型和排气做好了,冷却又是个大问题。
冲压是一个冷过程,而铸造是一个热过程。这里面有一个热胀冷缩的问题。我们要准确的仿真铸造零件的完整的冷却过程,而且还要让零件按照我们的想法去冷却。因为冷却就意味着收缩,如果此时没有足够的液态的金属去补缩,那么你就又会出现缺陷。所以我们要让那么大的一个零件按照我们的想法去冷却,还要设置一个最晚冷却的小池子能够补充液体。我们还要避免出现不合群的热孤岛,因为那将会是缺陷生成的起始。
而要实现这一点,我们要对零件的铸造特性和热特性了如指掌,而且还要去设计不同的模具冷却方案来进行匹配。
好不容易冷却好了,然后你发现尺寸又是一个大问题:
从热态的模具尺寸,到冷却后的尺寸有形变。然后热处理过程,又会有形变。(铝合金铸造结构件必然有热处理,前面那位说铝铸造不需要热处理的真不知道你是那个学校学的材料或者在哪家企业做工程,麻烦告诉我一下,以后我避开贵司产品)。当然也没有到失控的地步,因为牛逼的我们也还能仿真,高压铸造良好的表面结构对改进也有一定的帮助。
但是肯定比不上冲压件的效果,这就要看结构的需求了。
所以你看我们扯了这么多,而这些东西连我真实在分析压铸结构产品时候的十分之一都还不到,而要解决这些问题则需要大量的开展材料、结构、模具、冷却模型的深入研究,在生产制造过程中还需要在工艺方面增加大量的监控才能实现稳定生产。
为了能够对缺陷进行识别,无损探伤方面需要结合使用超声波、X光和工业CT共同协作,才能有效确保。这些玩意儿我感觉特斯拉大概率还没搞,特别是工业CT。
铝合金的不同铸造模式的铸造缺陷的接受标准和识别定义方法,在汽车行业结构件的不同级别定义与评估,在世界范围都是一个需要大量工业积累的过程。传统的整车工程很难接受这种状态,我见过的多家企业对于整车车身用高压铸件的技术要求甚至有直接规定“没有铸造缺陷”的。这就是典型的失心疯了。因为车身用的板材件太多了,这类零件在材料厂这里就是经过了缺陷检查过来了,而且板材工艺本身就不会带来酥松缩孔这类的缺陷(形象的理解就是揉打压实的死面团里面是没有气的)。
至于回答中很多人说这个多不可靠云云的,我觉得:
楼上一堆外行都没回答到点子上。
利益相关:N年TOP OEM工程经验,曾深度参与蔚来铝车身开发,制造工艺设计。
一体铸造优点就不说了,很多特吹已经大吹特吹过了。那为什么之前大家都不用呢?就特斯拉的工程师聪明?我斗胆先抛出来一个车身制造的不可能三角,即生产效率、成本和质量三者不可能同时做到最优。大部分主机厂都是质量为纲,追求生产效率,通过控制成本以实现利益最大化。特斯拉呢,简化设计,用铸造代替冲压件焊接,在降低生产成本的同时保证了生产效率,那么,牺牲了什么呢?不言而喻了。这里的质量还可以拆解为几个具体的概念,如整车质量的robustness,质量的可查可控可追溯,以及大家最常提到的做工(尺寸间隙面差,装配间隙,钣金配合等)
往细里说,我提几条从专业角度的评价:
总而言之,特斯拉的核心优势可能体现在电子电气及软件方面(非专业人士,仅直观感受),从车身结构和制造工艺的角度来说,只体现了厂家想尽办法压缩开发、验证测试与制造准备的时间,投机取巧,不负责任。特斯拉在生产效率、成本和质量三者之间通过降低质量要求,实现了很多传统主机厂不可能实现的工艺和目标。作为消费者,你爱买什么,爱吹什么,你对自己的钞票和行为负责,无可厚非。但是作为工程师,我觉得,对特斯拉盲目的吹捧和顶礼膜拜是对行业内很多兢兢业业的从业者的侮辱。质量,是件很严肃的事情。
2021/10/15
我看了很多评论,不少同行对我表示了支持。更多的外行对我进行了无情的批判和嘲讽。本来不想回复的,但是实在忍不住说几句:
质量等于安全性么?质量等于安全性么?质量等于安全性么?
我有说过特斯拉安全性不好么?我有说过特斯拉安全性不好么?我有说过特斯拉安全性不好么?
特斯拉的车身结构是过设计,加上电池包的加持,碰撞表现比绝大多数白车身都要好,这点没人质疑。
但是拜托你们这些精神特粉去了解TS16949对于质量的定义。当然,你们也不会去看的。
坦克它坚固没错。它做工好么?漏风漏水么?匹配好么?缝隙均匀么?我说特斯拉它做工差、一致性差、匹配差、NVH差,可靠性差,有啥问题么?别想当然听到质量不好就自己脑补成说T不安全,是在给自己加戏么?再说一遍,特斯拉碰撞表现诚然比绝大多数白车身碰撞表现要好,但不代表它质量好。
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