世界上最大的压铸件

欧阳飞

       阳光持续照射，为地球持续提供充足的太阳能，以满足全球的能量年需求。为了更好地利用太阳能，瑞士DGS压铸系统股份公司制造出了用于生产热水的太阳能光热模板的边框。边框的生产工艺由焊接挤压型材转变为铝合金压铸件。这一成功是如此的引人注目，并在2014年铝合金压铸产品评比中获得特别表彰奖。

       对比焊接件，压铸件拥有更好的耐用性和密封性，这是引发这一生产工艺改变的动机。太阳能模板由于安装在屋顶，温度变化剧烈，导致焊接件的接缝有可能裂开。结果是，湿气侵入，吸收层损伤，最后导致效率损失。而压铸制成的边框没有这些缺陷，因而更加牢固。人们对压铸件也提出了更高要求：至少20年的耐腐蚀性，尺寸稳定性和低成本重量轻。尺寸2050x1230x50mm时重量仅为6kg，这对压铸工艺是一个巨大的挑战（图1）。

       首先要确定下来的是产品设计和压铸技术工艺。关键的生产条件也必须提前予以评定和考虑。较小的尺寸公差，适于太阳能板组装的矩形形状，以及管道连接的严格公差要求都是相关影响因素。对于最大5mm的壁厚规格，所要求的机械特性和刚性必须提前予以保证和优化。

       材料方面，选择了一种易于压铸和高强度的AISi10Mg压铸合金。对于初始设计和边框轮廓，在进行权衡后，确定为Z型一体式无角撑的边框概念。

       特别具有挑战性的是压铸工艺本身的设计。必须尽可能早的获得具有可比性和可靠性的结果。瑞士DGS公司项目管理负责人阿克塞尔.施密特先生认为关键的问题是：“产品是否能用长度达数米的流道进行充填？进行完整充填的所需时间是多少？熔液前端经过2至3米的流道后会合，会发生什么情况？长度的波动会有多大，以及巨大的浇口会在多大程度上扭曲产品？”所有这些问题我们必须尽早可靠解决，以便节省成本和资源，将项目导向成功。“在项目之初我们草拟了一至两个进浇区域的方案，并用模流分析软件，通过不同的质量影响因素，比如“流动长度”“充填温度”以及“材料流动轨迹”进行了分析。找到变形的解决办法是其中最具挑战性的任务”

       模流分析表明，运用这一充填方案，产品变形在长度方向最大9mm，横向最大5mm，远远超出公差要求（图2）。因此，DGS团队决定，再次对浇口进行根本性的设计改动。专家们再次重新用模流分析软件，分析了各种不同的基于经验的设计方案。这样使得他们可以达到所计划的项目时间安排，以及确保优化进度。

       最终确定的解决方案为，通过产品四个角进浇的充填系统，带有总共20个扇形浇口（图3）。施密特先生证实：在寻找变形最小的设计方案过程中，模拟软件起到了对我们来说决定性的作用。能够对不同的变量进行更快更早的测试，我们就能够从充填技术方面，让浇口施加尽可能少的压力在产品上。变形问题我们也能够如此成功的解决，同时消除其它潜在的压铸技术方面的错误。流道的对称性可以通过“材料流动轨迹”来很好的进行判断。运用“扭曲”分析结果可以精准分析变形情况，并记录和探讨改动所带来的影响。

       接下来，这一压铸技术必须应用到实际生产中。内模镶件的分割和模具运水设计是下一个里程碑式的关键工作内容。DGS团队再次使用模拟软件，来做被分割为10部分的模具半模的运水设计。最终做出了一套两个半模重量分别达到14.1吨和20.3吨的模具，找到了满足这一不同寻常的大尺寸产品的最终设计方案，以及由此导致的高运水要求的最佳解决方案。这套模具已用于生产。可以按照计划开始量产（图4）。如今，最终产品已经安装在两家不同的太阳能电池板主要生产商。

       DGS做出了总结回顾。施密特先生：通过模流分析使得我们能够做到，一开始就能够按照要求来压铸边框，并达到了严格的时间和成本要求。首次试模后无须进行任何修改。尽管产品重量仅为6.3公斤，但压铸重量达到了24公斤，填充时间为40ms，但是目前生产中并没有出现严重的产品变形。这一项目不仅是经济上的成功，也再次证明了DGS公司的创新能力。

       DGS压铸系统股份公司是一家跨国企业，位于瑞士圣加仑市的。拥有50多年的多种压铸工艺制造的丰富经验。中国工厂-广州德志金属制品有限公司位于广州市南沙区，为中国市场提供压铸及相关的其他生产加工服务。公司主要为国内的德系和美系汽车制造厂商提供各种各样的铝、镁合金汽车零部件，如排档壳体，手刹和转向系统部件等。