【轻量化高峰论坛】乔治费歇尔Steffen Dekoj：GF本地化研发助力轻量化

7月12日-13日，“2018中国汽车轻量化产业高峰论坛”在上海隆重举行，论坛以“新技术、新材料、新工艺“为主题，旨在降低汽车自身重量同时提高输出功率、降低噪声、提升操控性和安全性，并对汽车轻量化政策趋势发展、整车轻量化平台化设计方案、关键零部件轻量化技术开发及汽车轻量化多材料应用及成本控制分析等问题展开探讨。

乔治费歇尔金属成型科技亚太研发中心总监Steffen Dekoj

乔治费歇尔金属成型科技亚太研发中心总监Steffen Dekoj介绍了GF在本地化轻量化研发方面的最新进展和规划，以下是演讲实录（有部分删减）：

女士们，先生们，大家下午好，我是GF的Steffen Dekoj，在中国已经一两年了，我专门负责公司当中的研发工作，特别负责亚洲市场的研发工作。我首先给大家介绍一下我们公司的情况，这些是一些数字，来自上一年的数据，我们公司已经有200年的历史，在过去的200年过程当中，我们主要有三大事业部。我们有GF管道系统，这个事业部的销售额去年达到了15亿欧元，第二个事业部门关于铸造部门，可以看到现在这个事业部整个的销售额达到了13亿欧元，我们有6500名员工，这个事业部最近并购了来自其他行业的铸造公司，我们想把我们工作范围扩大，不仅仅关注于汽车这个行业，这样我们这个事业部有了进一步的扩大。

我们的总部是在瑞士，在瑞士、奥地利、德国、罗马尼亚都有生产工厂，我们在中国的苏州、昆山有两个工厂，这里给大家简单介绍一下我们生产的一些铸件，特别是用于汽车行业，可以分成三个领域，第一个关于动力总成，第二个关于底盘还有车身，这里可以看到这当中讲的是一些用于底盘的部件，还有动力总成，还有车身结构件也在增长。这个是蓝图的业务。这里列出了详细的部件我们在苏州为不同的整车厂生产达到100万件的零部件，对乘用车厂来说分成三个部分的部件，包括动力总成、底盘、结构件专门用于乘用车辆。比如说我们生产超过1500万件应用于底盘的部件，动力总成方面我们也生产超过100多件的支架，主要用于引擎还有一些传动部分还有驱动器，我们是一些客户专有的供应商。

我们有两个工厂，一家在苏州，2005年这家工厂开始投入营运，这家工厂有370名员工，我们有16台压铸的器械，从1650-2800吨。昆山工厂是2009年开业，一共有299名员工，最大的产能是6万吨，我们可以看到铸件是从3公斤一直到200公斤。当然这是我们这个的蓝图，看看欧盟、中国、美国、亚洲关于二氧化碳排放的法规越来越严了，为了达到严格的标准，作为一个供应商来说我们供货的时候要牵涉到方方面面，让所有的方面做到很好的供应。这是讲的我们关于新能源汽车的动力电池这样一个研发的目标。这是关于车重的发展的情况现在我们可以看到车的重量，如果要达到政府的规定是比较困难，这方面我们要做到车辆的轻量化，在有些领域我们可以通过减重达到二氧化碳的减排，我们可以改进引擎的传动，同时可以通过轻量化的设计，通过降低整个滚动的阻力，也可以通过进一步降低空气的阻力达到二氧化碳降低的目标。我们是一个铸造解决方案的供应商，所以说材料、设计以及验证还有工艺是我们四大主要方面，如果我们把这四个环节结合起来，能够为客户提供非常完整的解决方案。

这里给大家讲一下关于各个方面的情况，首先原材料，说到原材料刚才我已经说到了，我们要在最合适的应用场合选用最合适的材料，我们公司已经测试研发了自己的方式，这是一个零件，这个零件主要是我们用它来做抗拉强度的实验，我们还有专用测试的一些铸件样件。右边是一些特殊球形测试的样本，我们可以对铸件的表面进行测试，通过抛砂也可以测试。这个是模拟，我们讲的是一个实际的零件关于抗拉强度的测试。这里有特殊的形状，我们可以看到整个计算机模拟是和零件本身实际的数值吻合。我们对零件的裂缝裂纹进行测试，通过对实际的物理的仿真之后我们可以了解到零件的性能。

说到原材料，刚才我已经说到结构件对我们来说是蓝海，在这个领域当中投入了非常大的力量。我们说到合适的材料要用于合适的应用。我们通过材料物理性能，可以发现关于抗拉强度性质。我们为不同的整车厂提供不同的材料，我们完全可以达到客户的要求。说到铸铁件有些是与铝铸件非常相似的，抗拉强度250-300左右，同时我们还有铸铁件可能是更加便宜一点。还有ADI这个材料，这个是更加昂贵。我们要研发一种材料，这个材料适合于当中使用，这是我们打造SiboDur材料，也可以在生产厂里面生产。这个抗拉强度是800左右，随着它的抗拉强度进一步降低，新型材料的延伸会进一步上升。第二块是设计本身，原材料非常重要，设计也是同样重要，我们采用的叫做仿生设计的方法，我们希望通过对大自然当中很多事物进行观察，进行学习。比如说通过观察树是如何生长的等等，我们从大自然当中学习，我们可以对零件的断面进行很好的调节，也可以防止凹陷。通过观察能够界定非常有效的结构，能够让我们的设计做的更加好，我们是通过拓扑结构的优化做到这些的。我们有一个初始的设计，我们可以看到左边是底盘零件，重量是4.39公斤，我们从客户那里会接受到他们的一些关于强度方面的要求，还有载荷的要求，同时可以集成一些临近的部件。最左边是初始的设计，考虑到这样一个零件所有载荷的情况，去掉不需要的材料，最后我们可以看到右边最终这样一个零件。这个零件在这个情况下面并不能够直接进行铸造，在初始的零件上面首先要对一些角度进行调整，做一些转化之后才能够进行铸造，左边这张图经过进一步的微调，进一步打磨之后初步结构。右边是3D CAD的情况，左边是观察到的情况，初始设计的时候重量是4.39公斤，通过增加一些好的材料，通过结构的优化，我们可以看到减重达到32%，在优化之后整个重量只有1.41公斤。

我们还可以进一步做更多的工作，比如说来分析一下所有的连接件，我们讲的是铸造，还有机加工，机加工也是一个非常重要的问题，我们需要进一步降低机加工的工作量，还有其他的方面。通过分析上面所有的方面，我们可以做到结构的优化减重830克，通过重量的优化，我们可以看到对这个界面可以进一步降低它的重量，达到320克。这里是一些理想的形状，当然通过我刚才说了仿生学设计的方法，大家可以看到，这个零件可以把它做到尺寸非常小，特别是讲到连接部分能够把它做到最小化，同时我们还看到一个优化，最合适的场景在最合适的地方，做到最合适的材料的应用。

它可以提高代工差，如果有一个很好的扭转的角度，我们可以来调整机加工，从而能够提高直接的联动效率，我们也是和铝合金进行比较，4.04公斤的比较，这个上面会有不同的功能，并且有做一些优化，可以降低到2.84公斤，和铝铸件相比较的话这个当中重量差的不多，你可以甄别一下铝铸件可能更贵，要比铸铁来的贵。

包括高压的压铸能不能用呢？不单是对于减震塔，现在已经用压铸的方式在做，替代钣金件。不同的汽车功能，功能件，不同的功能部位件重是9.6公斤，可以整合成一个压铸件。下面是工艺，如果你开发的话，有一个正确的设计，可以做出一个正确的部件。我们非常关注工艺，我们做自己的工装，是在我们的工具库当中做一个仿真，这是非常有效高速的。建模的时候非常快，在开发当中有任何的设计更改可以更加灵活的改变设计和模具的设计，可以提高效率。

比方说是我们这个模具，所有的客户使用这个模具之后可以很好的把能耗传输给他们，让整个工艺更好。还有一个是追溯性，在压铸有不同的形状，这个当中有不同参数，像化学成分的参数，还有机加工的参数，如果有任何的投诉或者出现问题，或者召回的情况，如果有任何的索赔我们可以非常容易的进行追溯。工艺也要进行热处理，热处理是一个非常重要的因素，尤其对于压铸来讲，这个对于本身的特性非常重要。我们要有一个非常均匀的热处理，热处理我们可以看到左侧这个图片上面从这边进入，下部位的可以看到零件会经过热处理之后被推出，在熔炉当中有不同的装置，可以让热处理均匀的传输，热处理是非常稳定和均匀。在两边有两个门，所以你加了零件之后，空气进入也非常均匀。如果说控制不良的话，传统设备如果有空气进入会引起氧的均匀性，每一次稍微的开关门会造成精度不高。还有一个是高精度的工艺，我们系统当中有参数，放到我们的数据库已备使用。还有轻量化的设计要找出热点，在开发当中可以很好的定义哪里是热点。如果说关键的部位要看看孔隙率，我们还要进行比对，通过APMI进行比对，在一些主要的区域，我们可以看到左侧这个图可以进行整合，检查看看有没有孔隙率的情况，对于一些零件方面有没有潜在的问题。通过参数的比对确定精确度，并且可以开发进行分析。真正的部件能不能满足客户的需求这是一个关键的点。我们整个开发的流程在最后我们通过APMI的检测。这是我们内部进行检测确保它是性能极高。我们在中国有一个测试中心，有2.5米的测试台，我们的温度可以达到100度，100 000牛的加载。100千牛，我们可以进行符合测试，进行验证，我们要看这个部件如何加载到车上，我们还有测试台进行测试，最后运行测试得出结果，还要看看这个当中会不会有断裂。通过这样的测试可以确保轻量化不会影响性能。你减少重量的同事确保生产轻量化的部件仍旧可以满足客户需求。

这边有一些例子，对于轻量化到底还能够做些什么？首先这是一个非常有趣的例子，这个上面是钣金件，是后门的镁铝合金，首先可以降低10%镁铝合金的重量，但是仍旧是很好的进行了一个减震，对于CD或者卡车、商用车有很多客人对这个要求越来越高，这是我们相关的客户。包括标准的衡量，对于总成支架大概也是两组，一组10公斤，也可以达到20公斤的减重。对于底盘包括结构件，对于动力总成来讲也可以加入曲轴，也可以进行减重。你也可以用空心的浇铸，在奥地利我们也提供测试，根据技术的要求为了保证它的稳定度，为了保证空心部分的稳定度，根据摩擦力学保证耐用度。这个重量是12公斤，我们之后能够变成9.37公斤，我们通过轻量化能够节约重量22%。这个当中还有其他的一些例子，如果说你从钣金变成了高压的压铸之后，可以达到45%减重，如果在门架上面比如说A类的可以达到17%的减重，包括座椅的框架，通过铸镁可以降低30%，减重可以达到45%，通过降低镁的重量。如果说你和铝相比的话可以减重45%。这是镁铝合金的情况，我们有不同的设计，通过仿生学的方式，不同的设计能够降低18%。包括横梁、柱体和传统相比能够降低15%。

之前我举了一些例子，事实上如果说你设计不好就没有办法做到减重，你必须有优良的设计，必须整合各个方面，材料、设计、工艺都要很好，之后有很好的验证才能达到很好的需求。我们是一整套解决方案的提供商，所以我们是在整个的设计方面很早期有一个一整套的综合的考虑，GF我们有一个非常好的设计，最新设计，我们也是做工艺的设计，和设计的参数，我们希望在轻量化的产业当中和各位合作，谢谢大家。

主持人：非常感谢您非常精彩的发言，我有一个问题，我们都知道SPR我们是用Si36、37进行热处理，如果没有这种材料可以提高10%或者高压的压铸，生产率肯定降低，您是怎么解决？

Steffen Dekoj：我们客户想要降低成本，对于热处理是成本的一大块，熔炉可能占了很大的成本项，我们如果想要有一个更好的10%以上的生产率的话，比如说刚才说的材料都可以用，还有铝硅材料都可以用，还有SI37，如果做的比较窄是可以达到10%的生产率。

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