Інтегровані-литі компоненти кузова представляють великий технологічний прорив у сучасному автомобілебудуванні. Ця технологія забезпечує ефективну інтеграцію деталей з алюмінієвого сплаву в один чи кілька великих компонентів за допомогою одно-етапного лиття під тиском, що значно знижує виробничі витрати, покращує запас ходу автомобіля та підвищує загальну безпеку. У цьому документі представлено практичне дослідження проекту лиття-під тиском інтегрованого переднього відсіку. Для великих-компонентів зі складною-структурою з високими механічними характеристиками та вимогами до кількох з’єднань ми визначаємо проблеми та ризики лиття під тиском. Завдяки моделювальному аналізу, оптимізації параметрів процесу та дизайну прес-форми кінцевий продукт досягає відповідності вимогам точності розмірів, внутрішньої якості та механічних характеристик.
1. Структура та ключові моменти розробки інтегрованого переднього відділення
Інтегроване лиття під тиском поєднує традиційні процеси штампування та зварювання в один етап із використанням ливарних-машин із високою силою затиску для формування кількох компонентів із алюмінієвого сплаву в одну чи кілька великих деталей. До переваг цієї технології можна віднести:
Зменшення витрат: менша кількість виробничих етапів і зменшені точки зварювання знижують загальну вартість автомобіля.
Легка конструкція: алюмінієвий сплав-з одного матеріалу покращує запас ходу автомобіля.
Підвищена безпека: Зменшена кількість зварних швів підвищує жорсткість на кручення та стійкість до аварій.
Інтегрований передній відсік, який вивчається тут, має розміри 1600 мм × 940 мм × 700 мм, важить 53 кг і має середню товщину стінок 4,6 мм. У компоненті використовується алюмінієвий сплав серії AlSi7, який-без термічної обробки-. Основні вимоги до характеристик включають міцність на розрив більше або дорівнює 215 МПа, межа текучості більше або дорівнює 115 МПа, подовження більше або дорівнює 9%, і кут згину більше або дорівнює 20 градусам. Внутрішня якість суворо контролюється щодо пористості, дефектів різьбових отворів і розмірів контуру, при цьому швидкість проходження повного-розміру перевищує або дорівнює 97%, а не-оброблені поверхні контролюються в межах 1,6–3,0 мм.
2. Процес лиття під тиском і дизайн форми
2.1 Виклики та ризики
Будучи структурним компонентом передньої частини, інтегроване-лите переднє відділення має відповідати вимогам до зносу, втоми та ефективності з’єднання, враховуючи зварювання, SPR та клейові з’єднання. Великі розміри, довгі шляхи заповнення та нерівномірне затвердіння збільшують складність процесу, що вимагає високоточного обладнання та суворого контролю якості. Використання сплаву без-термічної обробки- дозволяє уникнути термічної деформації, але вимагає ретельного моніторингу складу матеріалу та якості процесу, зокрема перевірки вхідного матеріалу, моніторингу печі та-перевірки процесу.
2.2 Розробка параметрів процесу
Вибраний матеріал – це алюмінієвий сплав-без термічної обробки-AlSi7. Загальна маса разом із вентиляційною системою становить ~65,5 кг, проектована площа 15 978 см² і середня товщина стінки 4,6 мм. Параметри процесу та криві швидкості впорскування розраховуються на основі коефіцієнта заповнення форми, площі плунжера, щільності алюмінію та товщини стінки для забезпечення рівномірного заповнення та затвердіння.
2.3 Аналіз і оптимізація моделювання
Ключові показники процесу були оптимізовані за допомогою моделювання потоку:
Швидкість заповнення: швидкість внутрішнього затвора підтримується на рівні 45–85 м/с, у середньому 67,4 м/с, що забезпечує стабільне заповнення форми.
Температура наповнення: загальна температура вище 620 градусів; низькі-температурні зони пом’якшуються шляхом додавання допоміжних воріт для зменшення ризику холодного закриття.
Відстеження потоку матеріалу: Перевірений рівномірний потік без конвергенції в демпферній вежі або областях заклепки.
Затвердіння та усадка: області з товстими{0}}стінками твердіють останніми; попередньо-литі штифти та охолодження під високим{2}}тиском зменшують ризик усадки.
Вентиляція газу: оптимізована вентиляція в зонах, схильних до захоплення газу.
Гарячі точки та прилипання цвілі: гарячі точки, виявлені в товстих-ділянках стін; зони з високим-ризиком прилипання, оброблені азотуванням і поверхневим покриттям.
2.4 Підбір прес-форми та обладнання
Конструкція прес-форми та система впорскування були узгоджені зі специфікацією-машини для лиття під тиском із силою затиску 70 000 кН, силою впорскування 1078 кН і тиском у системі 17,5 МПа, що забезпечувало стабільне й точне виробництво.
3. Випробування та перевірка лиття під тиском
3.1 Внутрішня якість
Рентгенівська перевірка підтвердила, що внутрішня якість відповідає всім специфікаціям без значних дефектів.
3.2 Механічні властивості
Зразки, відібрані з компонента, показали міцність на розрив більше або дорівнює 233,4 МПа, межа текучості більше або дорівнює 104,6 МПа та відносне подовження більше або дорівнює 8,92%, що відповідає проектним вимогам.
3.3 Точність розмірів
Результати 3D-сканування показали загальну деформацію в межах 1,5 мм, що відповідає допуску на розміри.
4. Аналіз дефектів і коригувальні заходи
Холодне закриття та R-кутові тріщини в ребрах армування: оптимізована геометрія ребра, збільшений радіус R-кута та зменшена товщина серцевини форми покращили текучість металу та усунули проблеми холодного закриття та утворення тріщин.
Поверхневі подряпини на місці розташування воріт: збільшення кута тяги, регулювання температури форми від 80 градусів до 50 градусів і зниження швидкості ін’єкції покращили якість поверхні.
Деформація з’єднання рульової рубки: відрегульований кут вентиляції повзуна та додана функція корекції натискання для контролю деформації та підтримки відповідних відстаней відкриття.
5. Висновок
Оптимізація-процесу на основі моделювання успішно пом’якшила зони високого-ризику, включно з холодним закриттям, усадкою, захопленням газу, гарячими точками та прилипанням форми, продовживши термін служби форми, скоротивши цикли розробки та зменшивши витрати.
Механічні та розмірні показники перевищили проектні характеристики (межа міцності на розрив більше або дорівнює 233,4 МПа, подовження більше або дорівнює 8,92%), забезпечуючи безпеку та надійність автомобіля.
Інтегроване лиття під тиском революціонізує виробництво автомобілів, особливо у секторі електромобілів, завдяки-високій-інтегрованості виробництва. За даними Citic Securities, глобальне проникнення інтегрованого лиття під тиском очікується на рівні 30% до 2030 року, а ринковий потенціал перевищить 240 мільярдів юанів. Наслідуючи приклад Tesla, великі OEM-виробники, включаючи NIO, Xpeng, Zeekr, Li Auto, Changan, Chery, Volvo, Volkswagen, Mercedes і Toyota, активно впроваджують цю технологію.
