.png) 图1 3D模型 本篇技术文章基于Hüttenes-Albertus（以下简称HA集团）与Laempe的合作，该合作成果曾由Franz Friedrich Butz（HA集团）和Rudolf Wintgens（Laempe Mössner Sinto有限公司）在“2024年新制造世界”大会和“2025造型材料论坛”上展示。 汽车行业多年来经历着重大转型，其特点尤其体现在动力系统的多元化。随之而来的是对减重日益增长的需求，这导致铝合金铸件在车身制造中的应用显著增加。这一快速发展催生了日益复杂和大型化的功能集成式结构铸件。 大型一体化压铸技术（MEGA/GIGA casting）使得生产极其大型的部件成为可能，该技术采用压铸工艺。 这种用于结构部件的高性能制造工艺在过去几年中已经确立，并发展成为先前钢板车身制造方法的一个有趣替代方案。然而，它也带来了重大挑战，包括高昂的投资成本、较长的设置时间和模具寿命、有限的部件设计以及相应的维修和保险问题。 砂型铸造提供了一种替代性的、高效的且在技术上具有优势的工艺。该工艺尤其在中型批量生产中展现出显著优势。 铸造化学专家HA集团与制芯设备技术专家Laempe之间的一个合作项目表明，在该工艺中同样可以实现新思维和新方法。
图2 铸件 大型砂型铸造研究 在一项创新研究中，两家市场领导者与一家数字成本分析专家共同研究了砂型铸造在车身制造中的潜力。 该研究包括一个使用低压组芯铸造工艺制造豪华车辆后车架的概念 [图1, 2]。 研究还提供了与压铸工艺在经济性和生态性方面的比较。结果表明，砂型铸造可以成为压铸的有效替代方案，尤其是在设计复杂性、功能集成灵活性以及部件尺寸方面需求日益增加的情况下。
图3 砂型/芯组爆炸视图 采用射芯工艺制造砂型铸件 砂型采用射芯工艺制造，也可选择通过3D砂型打印制造。石英砂通常用作标准造型材料。使用特殊造型材料和粘结剂系统以实现铸件的特定性能也轻而易举。成熟的射芯工艺确保了铸件的高尺寸精度和稳定性。 此外，使用内部砂芯可以精确复制倒扣和任何复杂的空腔 [图3]。 在铸造厂，砂型和砂芯通过搬运机器人自动组装，确保了高工艺可靠性和效率。 芯组到浇注厂的运输和存储路线也是自动化的，确保持续且经济高效的生产。 射芯工艺的另一个优势是生产过程的灵活性。模具更换可以在生产周期内进行，原型件可以直接在系列铸造中生产。 将增材制造用于砂芯和砂型生产带来了额外的灵活性和非凡的设计自由度，因为3D打印没有模具相关的限制 [图4]。
图4：砂型横截面（3D打印） 使用可消失的砂芯使得能够实现中空结构和倒扣的复杂几何形状，这些是无法通过压铸生产的。这也使得诸如包到开体（cell-to-pack）解决方案等创新概念得以实现。 在浇注过程中，带有集成永久模部分的旋转运输托盘通过辊道将芯组运送到低压铸造机。通过一个或多个升液管实现压力辅助的层流充型。与压铸相比，低压铸造工艺凭借定向凝固在材料特性方面具有优势，并且在砂子、粘结剂和涂料的变化方面提供了进一步的技术激励。 成本效益与稳定工艺 工艺成熟后，对该概念部件进行了成本基准测试，并使用成本分析进行了评估。基础是年产25万件，持续7年。 工厂技术的投资成本比大型一体化压铸低约30%。单件制造成本与大型一体化压铸相当。对于较小批量的生产，由于模具成本显著降低，砂型铸造工艺相比压铸具有显著的成本优势。 部件的材料性能和壁厚也处于相似水平。通过层流充型和定向凝固可以生产高质量的铸件。避免了压铸中的拉伤或粘模点等挑战。 优势一览 大型砂型铸造不仅在技术上，而且在经济上都具有吸引力： 多种规格的射芯机可供选择：该技术已准备就绪，可用于大型部件。 成熟的组芯工艺：铸造厂已熟悉相关流程。 现有基础设施：大部分外围和制造设备已经到位。 通过3D砂型打印实现无模具生产：可以灵活且几乎成本中立地生产单件和小批量产品。 特殊轮廓的实现：增材制造可以实现传统模具无法实现的几何形状。 自动化制造流程：机器人和物流系统的使用确保持续的质量，且对人员依赖度低。 未来无极限 汽车铸造领域的转型给铸造行业的企业带来了新的挑战，我们必须以创新的解决方案来应对。生态出行需要轻量化和高效率，以最小化二氧化碳排放并优化资源利用。同时，“形式追随功能”的原则要求最大的设计自由度，这通常是永久模束缚的压铸工艺无法实现的。 数字化的推进和软件定义汽车（SDV）的发展对结构部件提出了新的要求。集成部件在实现功能性和重量效率优化的设计中起着决定性作用。新的车辆概念，如包到开体架构和先进的电池单元，也需要能够适应不断变化的市场需求的灵活制造技术。 另一个决定性因素是人工智能的应用，它可以加速技术发展并显著缩短开发时间。那些拥有高度生产灵活性并能快速响应新市场需求的企业将在长期内获得竞争优势。同时，技术工人的资格认证和培养变得越来越重要。只有拥有专业化和训练有素的员工，企业才能保持其创新能力，并创造有吸引力的、面向未来的工作岗位。 结论
HA和Laempe的合作项目清晰地展示了大型砂型铸造在汽车轻量化结构方面的巨大潜力。通过此工艺，铸造厂不仅获得了大型一体化压铸的经济替代方案，也获得了新的业务视角。通过创新技术和协作伙伴关系，HA和Laempe支持该行业开发可持续且灵活的解决方案。 Hüttenes-Albertus（HA集团） HA集团是全球领先的铸造用化学品制造商。这家拥有100多年历史的家族企业专注于研究、现代技术以及与客户和合作伙伴的紧密合作，以开发前瞻性解决方案。HA集团提供用于砂型和砂芯生产的高品质材料以及全面的服务。HA集团在全球30多个国家拥有约1800名员工，拥有自己的生产基地、实验室和销售公司，形成了强大的国际网络。 https://www.ha-group.com Laempe Mössner Sinto有限公司 Laempe Mössner Sinto有限公司是全球铸造行业制芯技术的市场领导者，提供全面的机器、自动化解决方案和服务组合。自1980年成立以来，公司通过创新和专业知识不断发展。除了自动射芯机、混砂机和控制系统，Laempe还根据客户需求实施交钥匙芯部车间。公司服务于众多行业，包括汽车、机械工程和电机制造业。Laempe在全球拥有约300名员工、自己的销售办事处和25家合作伙伴，提供一流的服务和全球支持。 https://www.laempe.com 本文转载自：铸造星球 |
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