當(dāng)今，消失模成為了一個(gè)比較理想的解決方案，適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多腔、薄壁鑄件，可一次成型量產(chǎn)“多合一”鑄件。在2023第三屆xEV全球驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)暨產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，福建省神悅鑄造股份有限公司副董事長(zhǎng)朱家鋼詳細(xì)介紹了消失模的工藝流程。

“多合一”液冷電驅(qū)動(dòng)模組是電驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)，這類產(chǎn)品用低壓鑄造生產(chǎn)時(shí)面臨的問(wèn)題：壁厚6毫米以上，重量太大；廢品率高，良率很少超過(guò)70%；機(jī)加工量大，生產(chǎn)效率太低而產(chǎn)能不足，最終會(huì)導(dǎo)致成本過(guò)高。面對(duì)“三合一”及以上的鑄件生產(chǎn)，高壓鑄造面臨的問(wèn)題：外部多個(gè)（三個(gè)及以上）功能部件的集成工藝難度大，需要昂貴的大合模力壓鑄機(jī)和復(fù)雜模具；設(shè)計(jì)自由度低，帶內(nèi)部流道則無(wú)法一體化鑄造成型，必須分體鑄造后機(jī)加、安裝或焊接；不帶內(nèi)部流道則只能采用油冷，而油作為冷媒的比熱容僅為水的46%，造成總成增重，還需要加裝油管等，殼體是簡(jiǎn)單了，但是電機(jī)則復(fù)雜了。

因此，“多合一”電驅(qū)動(dòng)液冷殼體的理想生產(chǎn)工藝：一體化成型電驅(qū)動(dòng)集成模組；凈型薄壁: 減重、減機(jī)加、減工序；質(zhì)量好、精度高；清潔生產(chǎn)、綠色鑄造；研發(fā)生產(chǎn)效率高、成本低。

神悅在消失模工藝中幫助客戶完成極具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，朱家鋼列舉了三個(gè)項(xiàng)目：寶馬EMP156、保時(shí)捷IPB項(xiàng)目、寶馬HV SGR項(xiàng)目，為其提供解決方案，滿足了薄壁減重、復(fù)雜腔室等要求。

以下是演講實(shí)錄。

消失模鑄造在燃油車時(shí)代一直處在一個(gè)me too狀態(tài)，就是屬于在產(chǎn)品研發(fā)的早期階段，一直處于陪跑的一個(gè)角色，一般來(lái)說(shuō)工藝技術(shù)路線ABCD，前面可能是組芯、高壓、低壓、重力，最后輪到消失模，聽(tīng)說(shuō)消失模也神通廣大，那你也試一試，就是這樣的。所以知道的很少?，F(xiàn)在新能源車時(shí)代，情況發(fā)生了巨大的變化，因?yàn)殡婒?qū)動(dòng)一體化鑄造，特別是大家都在做的多合一電驅(qū)動(dòng)模組殼體，導(dǎo)致傳統(tǒng)的前面的ABC遇到了一些困難，總是在某一個(gè)點(diǎn)上不盡如人意，所以現(xiàn)在消失模反而成為了一個(gè)比較理想的解決方案。特別是今天這個(gè)卷時(shí)代，為什么大家都做集成，就是因?yàn)槌杀緣毫托阅艿膲毫?，都到了這個(gè)份上了。

消失模為什么突然在今天變成了一個(gè)關(guān)注度越來(lái)越高的工藝？主要就是它的特點(diǎn)，適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，腔室復(fù)雜的薄壁鑄件，比較容易一次成型量產(chǎn)多合一的鑄件。用別的工藝做，特別費(fèi)勁。三合一現(xiàn)在是常態(tài)，大家都在做，夸張一些的有八合一、十二合一，這些用別的工藝做能做，但要低成本量產(chǎn)就很費(fèi)勁，但用消失模就特別容易，特別簡(jiǎn)單。

消失模是個(gè)什么東西？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是你想做一個(gè)什么東西，我就用聚苯乙烯塑料給你做出來(lái)，做出一模一樣的一個(gè)白模。首先用水蒸氣讓泡沫塑料顆粒膨脹，膨脹以后打到模具中，消失模的模具只跟聚苯乙烯這種軟質(zhì)材料接觸，生產(chǎn)起來(lái)速度很快，用鋁模就行。這跟注塑和壓鑄沒(méi)有多大區(qū)別，原理一樣，做成一片片的模片。再把模片用膠水沾接成模片的模型。高壓鑄造必須鑄出來(lái)以后焊接起來(lái)，我這個(gè)是用泡沫塑料發(fā)出來(lái)以后用膠水沾起來(lái)，不用焊接也不用做焊接前的加工。然后為了提高效率，把它沾在膠道上，形成一個(gè)模簇，這樣能一箱一次澆鑄有多件。這個(gè)放在耐火涂料桶里進(jìn)行浸涂，使得外表面和內(nèi)腔都覆蓋一層涂料，涂料把鑄造的金屬液和其他環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，再放到砂箱里，埋箱振實(shí)，這是比較復(fù)雜的一個(gè)學(xué)問(wèn)，是通過(guò)多角度、多頻率振動(dòng)形成一個(gè)一層層的應(yīng)力場(chǎng)，保證澆鑄過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變形。然后隨著金屬液進(jìn)入，白模在高溫下汽化、液化，金屬液填充原來(lái)泡沫占據(jù)的空間。翻箱出件，倒出來(lái)以后凝固冷卻的就是我們要的鑄件。原理很簡(jiǎn)單，但其實(shí)做起來(lái)不是那么簡(jiǎn)單，因?yàn)橄Ｔ谟腥私小跋Ｏ葳濉?，形容消失模工藝有八個(gè)字，“一看就會(huì)”，原理很簡(jiǎn)單，要做什么東西、我用白模先做一個(gè)，泡在涂料里，把鐵、鋁、銅倒進(jìn)去就完了，但“一做就廢”，要是沒(méi)有掌握它的底層理論基礎(chǔ)，做出來(lái)廢品率非常高。

現(xiàn)在大家都在做集成化、集成度很高的產(chǎn)品，液冷電驅(qū)動(dòng)的模組，現(xiàn)在看起來(lái)是一個(gè)大的發(fā)展趨勢(shì)，特別是多合一的。這類產(chǎn)品我們?cè)谶^(guò)去和客戶同步研發(fā)的過(guò)程中，都試過(guò)用A方案是砂鑄，用射芯機(jī)射出來(lái)砂芯組成砂模，然后B方案是高壓，C方案是低壓和重力，這些都面臨比較大的困難，主要是低壓鑄造和重力鑄造不容易滿足年產(chǎn)幾十萬(wàn)件的要求，新能源車現(xiàn)在已經(jīng)到了一個(gè)量產(chǎn)的階段，量產(chǎn)的要求，上來(lái)就是10萬(wàn)件一年。第一就是低壓和重力鑄造壁厚6mm以上，重量太大。同時(shí)，里面內(nèi)腔室是用砂芯，會(huì)導(dǎo)致廢品率高，因?yàn)槿绻靶咀龅膹?qiáng)度太大，清砂的時(shí)候倒不出來(lái)，不碎不出來(lái)，但要把潰散性做得太好了，澆鑄過(guò)程中可能就碎了，這樣就會(huì)有大量的飛邊毛刺，所以廢品率高，良率很少超過(guò)70%。還有，要留大量的鑄造余量，所以機(jī)加工量大、生產(chǎn)效率比較低，容易產(chǎn)能不足。生產(chǎn)效率低，低壓和重力一臺(tái)機(jī)器一天就十幾模，太慢了。所以綜合成本太高，在這個(gè)“卷時(shí)代”，這是一個(gè)比較大的問(wèn)題。

某種情況下，大家首先想到的，用高壓鑄造，這是一個(gè)很成熟的工藝，而且在中國(guó)應(yīng)該算最卷的行業(yè)之一，做的人實(shí)在太多了，所以成本很低。高壓鑄造在大部分的情況下其實(shí)是非常理想的一個(gè)工藝，但走到三合一以上的鑄件，它就面臨幾個(gè)問(wèn)題。第一，外部多個(gè)功能部件要集成的話，工藝難度大，多加一個(gè)難度就提高很大的一個(gè)程度，需要昂貴的大合模力壓鑄機(jī)和復(fù)雜模具，導(dǎo)致前期模具研發(fā)和制造周期長(zhǎng)。第二，設(shè)計(jì)自由度低，因?yàn)閮?nèi)部流道沒(méi)法一體化鑄造成型，如果里面有復(fù)雜的流道，必須分體鑄造以后，比如以前寶馬做的48V的電機(jī)，就是內(nèi)殼、外殼機(jī)加工以后對(duì)合，然后摩擦焊，今天三合一用這個(gè)，沒(méi)法做了，因?yàn)槔锩娴牧鞯酪瑫r(shí)冷卻逆變器部分，所以流道的空間結(jié)構(gòu)不允許弄成內(nèi)殼、外殼，難度很大。還有一種做法，索性就沒(méi)有腔室沒(méi)有流道，就用油冷，但用油冷也有油冷的問(wèn)題，不是到處都能用的，因?yàn)橛妥鳛槔涿簾崛萋什桓撸_(dá)到同樣的效果的話，用一公斤的水的流量得用兩公斤以上的油的流量。而且油管也很討厭，設(shè)計(jì)起來(lái)很頭大，生產(chǎn)起來(lái)很麻煩。所以遇到這種三個(gè)以上的液冷電驅(qū)動(dòng)的模組，用高壓鑄造的話也有難點(diǎn)。不能說(shuō)不能做，也遇到過(guò)案例，SGR的前身，在研發(fā)過(guò)程中我們建議寶馬用高壓鑄造+摩擦焊做，而不是用消失模，因?yàn)榈灿眠@個(gè)做，各方面都有優(yōu)勢(shì)，表面光潔度也比我們好看。

為什么做這個(gè)對(duì)客戶來(lái)說(shuō)是解決問(wèn)題一個(gè)比較輕松的路徑？比方說(shuō)我做一個(gè)切片，多合一的，里面是復(fù)雜的流道，先用泡沫塑料把它做出來(lái)，然后再做鑄造，首先，比較容易做一體化成型的電驅(qū)動(dòng)模組，小零小碎都集成上去，我就是在白模上給你沾一個(gè)東西就完了，對(duì)我來(lái)說(shuō)沒(méi)有特別大的麻煩，它可以精確一體成型，集成多個(gè)功能的多合一的模組。同時(shí)，還能把冷卻流道也集成成為一體，做成一個(gè)貫通式的多介質(zhì)的雙回路構(gòu)造，風(fēng)冷水冷雙重冷卻，一個(gè)殼體里一次成型。第二，它有三減，可以做凈型薄壁，而且不需要留什么鑄造余量，減重、減機(jī)加、減工序。壁厚現(xiàn)在能做到2.5mm，跟高壓鑄造差不太遠(yuǎn)；第二近無(wú)余量，加工余量最多1.5到2mm，僅僅端面上需要機(jī)加工，和傳統(tǒng)的砂型鑄造方法相比，可以減少40%-50%的機(jī)械加工量。特別容易做一體成型，大幅度減機(jī)加工和安裝、焊接的工序。還有質(zhì)量好、精度高。因?yàn)闊o(wú)型芯組合而造成的尺寸誤差，沒(méi)有砂芯尺寸不準(zhǔn)或下芯位置不準(zhǔn)確造成鑄件壁厚不均。無(wú)需取模，無(wú)分型面，無(wú)砂芯，沒(méi)有飛邊毛刺。鑄件表面粗糙度也好，鑄件尺寸精度可以達(dá)到CT7到9，批量生產(chǎn)良品率高于95%。寶馬的SGR應(yīng)該是全世界第一家經(jīng)過(guò)模流仿真模擬確定工藝參數(shù)以后第一次生產(chǎn)就一次成功的。還有清潔生產(chǎn)、綠色鑄造。我們?cè)谝獯罄膹S是在熱點(diǎn)旅游景區(qū)以內(nèi)，離400m就是度假營(yíng)地，環(huán)保這塊沒(méi)有問(wèn)題，而且沒(méi)有化學(xué)的粘結(jié)劑，砂是浮砂，回收率95%以上，而且能耗比傳統(tǒng)的鑄造工藝低27%。還有最關(guān)鍵的，今天這個(gè)時(shí)代，新能源汽車迭代速度越來(lái)越快了，研發(fā)效率和成本是很關(guān)鍵的因素，我們現(xiàn)在能做到全數(shù)字化的產(chǎn)品研發(fā)和工藝過(guò)程的仿真模擬，時(shí)間過(guò)程的數(shù)字化現(xiàn)在正在進(jìn)行中。將來(lái)，研發(fā)和生產(chǎn)全數(shù)字化以后，效率會(huì)非常高，可以適應(yīng)新能源汽車的“卷時(shí)代”，現(xiàn)在看起來(lái)，以前39個(gè)月慢悠悠做，現(xiàn)在壓縮到一年以內(nèi)，快的甚至10個(gè)月，這樣能大幅度提高復(fù)雜鑄件的創(chuàng)新研發(fā)效率和成功率。到現(xiàn)在為止，我們?cè)缙阼T件方案出來(lái)以后鑄件研發(fā)成功率100%，沒(méi)有失敗過(guò)，一般接到3D數(shù)模以后，可能是概念設(shè)計(jì)階段一個(gè)很粗糙的東西，也沒(méi)有關(guān)系，我們可以在一二周內(nèi)出鑄件方案，一個(gè)月做樣件出來(lái)。還有一個(gè)特別好的，我們?yōu)殍T件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度，原來(lái)鑄件供應(yīng)商跟電機(jī)電驅(qū)客戶之間，永遠(yuǎn)是一個(gè)矛盾關(guān)系，做產(chǎn)品的我們的客戶的研發(fā)部門(mén)就是突發(fā)奇想，做出很有創(chuàng)意的一個(gè)東西，但往往鑄件沒(méi)法跟上，跟著做的話廢品率高，會(huì)賠得叮當(dāng)響。我們這個(gè)情況下是反過(guò)來(lái)的，你想出來(lái)的越復(fù)雜的東西，我越高興，因?yàn)閷?duì)我來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)上有難度、但沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)說(shuō)最后做不成。批生產(chǎn)的綜合成本，比傳統(tǒng)鑄造大概低5-15%。標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)是要求一半用消失模工藝，一般用傳統(tǒng)工藝，一比較是14%的成本的下降，主要是減重，二是省了加工、安裝、機(jī)加工、焊接。所以研發(fā)效率高、成本低，周期短。這樣對(duì)我們快速迭代會(huì)有一個(gè)比較好的助力作用。

我們的解決方案，就是用合適的工藝解決設(shè)計(jì)、成本、量產(chǎn)的問(wèn)題。我們并不是向客戶玩命推銷消失模方案，也有案例我們反過(guò)來(lái)建議客戶（寶馬）改用高壓鑄造+摩擦焊的，因?yàn)榱鞯缽?fù)雜度沒(méi)有到一定要用消失模的程度。我們有成熟的工藝，多年的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和和客戶聯(lián)合開(kāi)發(fā)的能力。

我們是“專精特新”“小巨人”，和寶馬、保時(shí)捷、ABB、日本電產(chǎn)都合作了一段時(shí)間了，從99年給德?tīng)柛：筒┦雷龅谝慌豪潆姍C(jī)開(kāi)始到今天，主要是做新能源車的帶冷卻腔體的多合一殼體產(chǎn)品，其他工藝也在做，最主要就是多合一的殼體。車規(guī)級(jí)的領(lǐng)域，我們以前也給一大堆客戶做了燃油車時(shí)代排氣管和缸體缸蓋集成的那些東西，最核心的客戶是寶馬。在研發(fā)領(lǐng)域我們有成建制的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，一個(gè)在國(guó)內(nèi)一個(gè)在國(guó)外，從博世開(kāi)始和博格華納、寶馬和客戶都是以同步研發(fā)的方式開(kāi)發(fā)。

這里介紹三個(gè)案例。第一個(gè)案例是寶馬，Mini的安裝空間，但要求有i3和i5輸出功率的新能源車型的液冷電機(jī)外殼，這種情況下能量密度很高，但要求表面溫度不能超過(guò)80度，而且壁厚不能超過(guò)4mm，量產(chǎn)必須做到1000件/周以上。我們方案就是雙介質(zhì)、雙冷卻系統(tǒng)，風(fēng)冷水冷同時(shí)集成在殼壁中，用消失模+機(jī)加工。綠色的是風(fēng)冷冷卻轉(zhuǎn)子，藍(lán)色的是水冷，把殼體當(dāng)成一個(gè)熱交換器，最后用水把熱量帶出去。第二個(gè)是保時(shí)捷的IPB項(xiàng)目，俗稱小三電。挑戰(zhàn)是要求電加熱器啟動(dòng)的時(shí)候預(yù)熱電池，主要是在超低溫環(huán)境下能運(yùn)營(yíng)，要求液冷，而且尺寸非常緊湊，平面壁厚3mm，這對(duì)鑄造是非常麻煩的，我們用消失模技術(shù)把冷卻回路和加熱電池的電加熱器全部一次成型，鑄造在電機(jī)殼體鑄件里，直接鑄進(jìn)去。原來(lái)是很麻煩的，這個(gè)地方要機(jī)加工，根據(jù)形狀銑出來(lái)，把電加熱器裝進(jìn)去，然后激光焊焊起來(lái)。現(xiàn)在是通過(guò)預(yù)埋電加熱器，在鑄造過(guò)程中一次成型。這是做白模的模具，最后成品電加熱器一體成型，把三個(gè)東西集成在一起了，車載充電器、直流轉(zhuǎn)換器和高壓配電單元一體，52秒一箱兩個(gè)，所以生產(chǎn)效率非常高。第三個(gè)案例是比較有意思的一個(gè)典型，寶馬SGR。這個(gè)件的前身是48V的，這個(gè)件是400V的，壁厚3mm，里面有很復(fù)雜的水套結(jié)構(gòu)，一周要1200件以上。這個(gè)件我們?cè)谇吧硇吞?hào)是反過(guò)來(lái)建議他用高壓鑄造+摩擦焊，因?yàn)樗桩?dāng)時(shí)還沒(méi)有復(fù)雜到今天這個(gè)程度，所以就找一家做高壓鑄造的就可以了，又便宜又好。這一件就不行了，因?yàn)橄９に嚳梢砸淮涡澡T造三合一的產(chǎn)品，出于價(jià)格、生產(chǎn)效率的考慮，不再用高壓鑄造和摩擦焊，一前一后兩個(gè)型號(hào)，完成了一個(gè)工藝的轉(zhuǎn)換。它把電機(jī)、減速和逆變器三個(gè)集成在一起，而且是400V，對(duì)氣孔要求極其嚴(yán)格，不能漏水，因?yàn)?00V、800V環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題。

簡(jiǎn)單總結(jié)。遇到幾個(gè)問(wèn)題：一是“多”，要多個(gè)東西集成。二是“冷”，冷卻回路要做得很給力才能滿足熱管理的要求。三要“快”，生產(chǎn)速度、效率要很高。四對(duì)安全性的要求很高，不能漏水，水密性要求很高，還有就是成本不能高。這種情況下，除了其他你已經(jīng)用慣的工藝以外，可以考慮用消失模工藝來(lái)做鑄件的開(kāi)發(fā)。

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