降低车重，高效驾驶——轻量化技术助力OEM 设计更高效的汽车

用户对更高效车辆的需求日益旺盛，促进整个供应链的工程创新。原始设备制造商不仅更加重视空气动力学和开发更高效的推进系统，轻量化技术对提高车辆效率也愈发重要。

“轻量化战略如今涉及整车概念，而且是改善排放、性能、操控性和燃油经济性不可或缺的一部分。”复杂金属专业公司Grainger&Worrall 技术总监Keith Denholm 表示，“减轻车重的最好机会在原型与生产的铸造阶段，从而提供更轻的发动机、动力总成和结构部件。”

Denholm 携团队与主要汽车原始设备制造商合作开发轻型底盘、动力总成和传动系部件。过去几年，Grainger & Worrall开发了一种快速可靠铸造空心铝部件的方法，其生产高压压铸模具的成本要比传统硬模具更低。

“轻量化一直是车辆设计中不可或缺的一部分，随着原始设备制造商实施全新电气化策略，降低车重变得愈发关键，因为这有助于增加电池续航里程，令电动车成为汽车用户更可行的出行选择。”Denholm 补充道，“原始设备制造商放弃实心铸件，改为空心铸件，可以减轻几百公斤的重量。相比钢材，空心铸件更多使用铝材，这是因为铸铝工艺更简单。然而，我们预计这两种材料的使用量都会增加，不仅要对每个项目使用的材料进行探讨，也要考虑使用的工艺。”

“LEAAST”计划是一项由Innovate UK资助的220万英镑的研究项目。Grainger & Worrall 在参与该计划后，细调了生产工艺。该计划旨在促进公司与知名研究机构合作，为汽车应用开发面向未来的轻型铝质碰撞管理系统。

LEEAST项目侧重于通过降低壁厚，让高强度铝合金发挥减轻铸件重量的作用，从而帮助提高燃油经济性并减少碳排放。凭借在内燃机（ICE）和电动汽车（EV）项目铸造优化方面的世界领先经验，Grainger & Worrall 正在拓展化学成分的应用可能性，让客户获得更优异的机械性能。

Grainger & Worrall尤为注意避免在冷却过程中出现铸造变形。特殊模具制备和涂层造成薄壁蜂窝结构具有流动性，凭借几何形状和密度的优势，其提供的轻量化解决方案比批量铸造材料更高效。

此外，其完美结合了尖端技术与精深的冶金和金属结晶技术，为所用工艺提供可靠支持。例如，三维砂印机令企业能够直接支持轻量化工作，同时为原始设备制造商带来更大的设计自由度。

“从根本上说，砂印技术是我们能快速转向原型铸造开发的基础。”Denholm 解释道，“它还让我们能够生产更复杂的型芯，避免使用多个部件。”

铸造过程本身就存在若干需要考虑的变量，例如冷却过程中铝部件的收缩以及空心铸件的模芯。砂印技术让我们能更好地控制收缩率，并管理开发过程的产能，以重复进行用于轻型结构的高压铸造。

“我们还使用糊剂模拟来改进铸造方法，确保我们每次都能一次性成功生产出零件，没有因为反复实验和出错导致的工艺延迟和浪费。糊剂模拟让我们能在浇注第一个模具之前开发出完善的制造方法，这样我们就可以在虚拟环境中试验各种合金以优化结构和性能。借助这种模拟技术，我们还可以深入了解铸造条件和热处理后的残余应力水平，为有限元分析提供支持。”

Grainger & Worral 轻量化策略的重要基础是为整个零件实现均匀属性。形状会在早期阶段加以考虑，材料也是如此。制造之前，借助技术来加速开发过程并优化结构和属性，而浇铸后和去型芯对于保持结构完整性和正确尺寸至关重要。

Denholm 总结道：“铸造材料通常包含多种成分，由于模具浇注和冷却速率以及加工和加工后操作中固有的残余应力，一个铸件各个部分的铸造材料会有所不同。我们必须尝试预测所有这些参数，并将其告知客户，从而交付更轻的零件，优化机械性能。”

“我们的轻量化工艺一直在变化发展，作为工程师，我们不断在摸索学习。由于我们长期致力于轻量化的探索工作，所以我们的设计甚至时常会超出一些最具创新力的客户好几代。正是这些知识、工艺、技术和独特的方法，让我们能帮助全球制造商生产更高效的车辆。”