pengenalan
Teknologi tuangan mati-bersepadu menawarkan kelebihan seperti kecekapan pengeluaran yang tinggi dan kos pembuatan yang rendah. Pada masa ini dalam fasa pembangunan pesat, ia mempunyai potensi untuk menghasilkan berbilang komponen besar, memudahkan struktur badan, dan merevolusikan proses pembuatan badan [1]. Lantai belakang-die bersepadu menyatukan lebih 70 bahagian asal menjadi satu komponen, mengurangkan berat kenderaan dengan ketara dan meningkatkan kecekapan pengeluaran. Acuan, proses,-mesin tuang dan bahan bebas-rawatan-panas membentuk empat teknologi teras acuan-tuang [2-}3]. Mesin tuang-die secara khusus merujuk kepada-mesin berskala besar dengan daya pengapit melebihi 60,000 kN [4]. Bahan bebas-rawatan-panas yang digunakan terutamanya hari ini ialah aloi aluminium tuangan-kekuatan tinggi,-keliatan tinggi [5], terkenal dengan kekuatan khusus tinggi, kebolehtuangan yang sangat baik, kos sederhana dan status sebagai bahan utama untuk komponen automotif die-cast bersepadu semasa [6-7].
Tuangan aluminium besar domestik-menghadapi cabaran untuk mengurangkan kadar hasil dengan peningkatan kerumitan penyepaduan. Faktor utama yang mempengaruhi kadar kelayakan termasuk:
1. Kualiti tidak stabil pada titik galas beban kritikal-: Permukaan pemasangan untuk menara penyerap hentak, subbingkai dan tiang C-meminta sifat mekanikal yang tinggi. Kawasan ini selalunya sukar untuk dijadikan sampel ujian, tidak boleh mengandungi liang dalaman melebihi piawaian, dan mesti bebas daripada penutupan sejuk secara luaran. Terutamanya, permukaan pemasangan tiang C- berhampiran tepi rumah roda terdedah kepada penutupan sejuk.
2. Dimensi tidak stabil pada permukaan mengawan kritikal: Permukaan pemasangan panel sisi berdinding nipis-di tepi tuangan terdedah kepada ubah bentuk ke dalam atau ke luar, malah berpusing (depan ke luar, belakang ke luar). Ini menjejaskan kestabilan selepas mengawan dengan bahagian sejawatan dan boleh menyebabkan-lubang yang tidak jajaran pra terbentuk, yang membawa kepada kegagalan pemesinan [8-15].
Kajian ini menggunakan simulasi untuk meramalkan kecacatan dalam komponen lantai belakang-cor bersepadu dan mengoptimumkan sistem gating dan limpahan untuk meningkatkan kualiti dalaman, bertujuan untuk menyediakan rujukan untuk mereka bentuk tuangan besar yang serupa.
1 Ciri-ciri Struktur dan Keperluan Teknikal
Tuangan lantai belakang membentuk bahagian lantai ke belakang petak penumpang, menyepadukan komponen seperti rumah roda belakang kiri/kanan, rasuk membujur belakang, rasuk silang, plat sambungan lantai dan tetulang rasuk dalam. Tuangan mempunyai dimensi keseluruhan 1,630 mm × 1,624 mm × 666 mm, jisim 63 kg, ketebalan dinding purata 3 mm, dan luas unjuran 23,000 cm². Disebabkan saiznya yang besar, dinding nipis dan keperluan ruang yang ketara, masa kitaran yang panjang dan risiko herotan yang dikaitkan dengan rawatan haba, aloi aluminium bebas{11}}rawatan haba diberi mandat.
Proses SPR (Self-Piercing Riveting) sesuai untuk penyambungan sejuk bahan keluli-aluminium yang berbeza [8]. Akibatnya, hujung hadapan dan belakang tuangan bersambung ke lantai hadapan dan pemasangan lantai belakang, masing-masing, melalui SPR. Rumah roda kiri dan kanan juga boleh bersambung ke panel sisi melalui SPR. Walaupun keempat-empat tepi ini bukan zon galas utama-di lantai belakang, ia menuntut integriti pengedap dan sambungan yang tinggi, sepadan dengan keperluan untuk kerataan dan kekuatan tinggi-ketangguhan bahan.
Keperluan Penampilan: Bebas daripada kecacatan seperti penutup sejuk, retak dan serpihan.
Keperluan Prestasi Bahan (Sebelum-membakar):
Lokasi SPR (Persampelan Badan): Kekuatan Tegangan Lebih Besar daripada atau sama dengan 215 MPa, Kekuatan Hasil Lebih Besar daripada atau sama dengan 115 MPa, Pemanjangan Lebih Besar daripada atau sama dengan 12%, Sudut Lentur Lebih Besar daripada atau sama dengan 20 darjah .
Separuh Belakang Rumah Roda (Lebih Rendah Sedikit): Kekuatan Tegangan Lebih Besar daripada atau sama dengan 215 MPa, Kekuatan Hasil Lebih Besar daripada atau sama dengan 110 MPa, Pemanjangan Lebih Besar daripada atau sama dengan 6%, Sudut Lentur Lebih Besar daripada atau sama dengan 20 darjah .
Kawasan Lain: Keperluan pemanjangan antara 6% dan 12%.
Memandangkan ketidakhomogenan yang wujud dalam sifat mekanikal dalam sampel badan-die, mencapai sifat mekanikal yang ditentukan di mana-mana dalam kawasan yang ditetapkan adalah mencabar. Oleh itu, ujian bangku diperlukan untuk mengesahkan prestasi galas utama-menara penyerap hentak dan rasuk membujur [9]. Ujian bangku biasanya termasuk ujian ketahanan dan penghancuran:
Ujian Hancuran Ketahanan dan Z-arah: Simulasi pemuatan penyerap hentak belakang. Purata beban ujian ketahanan ialah 11.5 kN. Di bawah Z-remukkan arah,-pemuatan peringkat pertama sebanyak 38 kN memerlukan ubah bentuk titik pemuatan Kurang daripada atau sama dengan 3 mm; -pemuatan peringkat kedua sebanyak 74 kN tidak memerlukan keretakan pada titik pemuatan.
Ujian Hancuran arah X-: Mensimulasikan pemuatan rasuk membujur. Di bawah daya beban unilateral Lebih daripada atau sama dengan 206 kN, tiada keretakan dan ubah bentuk Kurang daripada atau sama dengan 3 mm mesti berlaku pada titik pembebanan.
2 Die-Reka Bentuk Proses Casting
2.1 Reka Bentuk Sistem Gating
Lantai belakang yang dibangunkan mempunyai tingkap sambungan plat penutup hadapan di hujung hadapannya. Walau bagaimanapun, nisbah aspek yang tinggi (3.14) dan lokasi tepi menjadikan gerbang tengah tidak sesuai. Satu-pendekatan gating sisi, tipikal untuk tuangan acuan-konvensional, telah diterima pakai. Berdasarkan keputusan analisis aliran Magma, tiga reka bentuk pelari (S1, S2, S3) telah dioptimumkan secara berurutan:
Reka bentuk S1 dan S2 menggunakan mesin pemutus-mat 70,000 kN.
Reka bentuk S3 menggunakan mesin tuangan-die 120,000 kN, menggabungkan pengoptimuman struktur kecil pada badan tuangan dan meningkatkan diameter pelocok, bilangan ingat dan kawasan ingat.
2.2 Analisis Simulasi Pengisian dan Pemejalan
Perisian Magma mensimulasikan proses penuangan-die lantai belakang. Bahan acuan ialah keluli alat H13; bahan tuangan ialah C611 tinggi-kekuatan, tinggi-aloi aluminium keliatan [1]. Parameter ditetapkan: Suhu cair 680 darjah, Suhu pelocok 200 darjah, Suhu lengan pukulan 250 darjah, Suhu acuan 180 darjah. Parameter suntikan berbeza mengikut skema.
Keputusan Analisis Skim S1:
Pada penghujung-isi-, kedudukan tepi rumah roda mempunyai suhu terendah (~618.6 darjah ) dan dipejal dahulu (pecahan pepejal ~1%). Tuangan sebenar memerlukan suhu cair yang lebih tinggi dan pemantauan terfokus suhu permukaan acuan di rantau ini. Disebabkan oleh variasi suhu acuan, risiko tertutup sejuk wujud di bahagian tengah-tepi rumah roda.
Apabila cair mencapai separuh rongga belakang, kawasan aliran terhad menyebabkan kelajuan pengisian sehingga 60 m/s. Dua aliran cair menumpu di tengah rasuk silang hujung. Kelajuan tinggi menyebabkan cair berputar, mewujudkan risiko tinggi penutupan sejuk dan retak, mengurangkan sifat mekanikal.
Perbezaan langkah yang ketara dan dinding yang lebih tebal berhampiran ingat rasuk membujur belakang menyebabkan poket udara terpencil yang besar pada kedua-dua belah. Lubang bermesin di zon ini menjadikan kecacatan keliangan memudaratkan hasil.
Selepas cair memasuki rasuk ambang, tekanan tuangan meningkat secara berterusan kepada 30 MPa. Berdasarkan kawasan unjuran badan tuangan (18,136 cm²), ini memerlukan daya pengapit 69,000 kN. Memandangkan faktor keselamatan 1.2 dan termasuk sistem gating (anggaran kawasan unjuran ~25,000 cm²), daya pengapit yang diperlukan mencapai 90,000 kN, melebihi kapasiti mesin 70,000 kN.
Keputusan Analisis Skim S2:
Menambah seorang pelari betul-betul bertentangan dengan ruang roda mengurangkan masa mengisi ruang roda kepada 51 ms (vs. 59 ms untuk S1). Masa pengisian keseluruhan ialah 86 ms.
Pergolakan di kedua-dua rumah roda lebih ketara. Kandungan gas adalah tertinggi pada titik pertemuan lebur dalam rasuk silang pada akhir-isi-, mewujudkan risiko tinggi untuk keliangan, retak dan kecacatan pengecutan [7].
Isu aliran sejuk di kawasan rumah roda tidak diselesaikan dengan berkesan.
Keputusan Analisis Skim S3:
Mengoptimumkan pelari berdasarkan skema sebelumnya, telaga limpahan ditambah di pusat tepi rumah roda dan pusat rasuk silang hujung. Kawasan ingatan telah meningkat (memerlukan daya suntikan yang lebih tinggi untuk mengekalkan kelajuan). Daya pengapit mesin dinaik taraf kepada 120,000 kN.
Suhu tepi rumah roda adalah lebih rendah daripada S1/S2 tetapi berhampiran suhu liquidus. Cairkan mencapai ingat pada 305 ms (masa bermula dari isi biskut), dengan kelajuan maksimum 60 m/s. Rongga terisi sepenuhnya pada 390 ms, mengambil masa 85 ms. Tekanan tuangan ialah 40 MPa.
Berdasarkan kawasan unjuran sistem gating S3 (25,813 cm²), tekanan tuangan maksimum yang boleh diberikan oleh mesin 120,000 kN ialah 46.5 MPa, memenuhi keperluan.
Telaga limpahan ditambah di sebelah rumah roda menambah baik perangkap udara berbanding S2. Kedekatan dengan ingat juga mengurangkan risiko keliangan.
Skim S3 dipilih untuk pembuatan acuan.
3 Kaedah dan Keputusan Ujian
3.1 Die-Parameter Casting dan Kaedah Ujian
Pengeluaran menggunakan mesin tuang Lijin 120,000 kN-mesin tuang. Aloi ialah bahan bebas-rawatan-C611 (komposisi kimia memenuhi spesifikasi). Berbanding dengan bahan struktur AlSi10MnMg tradisional, aloi bebas-rawatan{10}}panas menawarkan lebih baik sebagai-keliatan tuangan, bermanfaat untuk memukau. Suhu cair ialah 680 darjah. Vakum acuan dinamik dan tetap ialah 10 kPa.
Aliran Proses: Penyemburan → Tiupan-mati → Penutup Acuan → Menuang → Pemindahan Vakum → Suntikan → Picit Tempatan → Penyejukan Terus/Penyejukan Bintik → Pembukaan Acuan → Pengekstrakan Robot → Pemeriksaan Integriti → Pelindapkejutan Air → Pemangkasan & Meluruskan → Penandaan → Pemangkasan & Meluruskan Apl Manual → Penandaan → Pembuangan Tangan Robot & Semakan Dimensi → Pindah ke Proses Seterusnya.
Pemeriksaan kualiti dalaman menggunakan mesin pemeriksaan X-ray paksi -berat -tugas 9-Maice FSC. Spesimen tegangan terlebih dahulu dipotong dari badan tuangan sebagai kosong kecil (panjang 80-100 mm, lebar 15-30 mm), kemudian dimesin ke dalam spesimen tegangan standard dengan panjang tolok 25 mm.
3.2 Pemeriksaan Kualiti Dalaman
Hasil pemeriksaan-sinar X menunjukkan tiada kecacatan keliangan yang ketara pada kawasan ingat, rasuk silang belakang atau rumah roda sisi tuangan lantai belakang. Kualiti dalaman memenuhi piawaian ASTM E505 Tahap 2. Disebabkan dinding yang lebih tebal, bos lubang pemesinan terdedah kepada keliangan, memerlukan pemeriksaan lanjut untuk liang terdedah dan pematuhan dengan piawaian penampilan. Ujian pengekalan beban untuk sisipan berulir atau skru penoreh sendiri-dilakukan menggunakan mesin ujian tegangan CMT5305.
3.3 Sifat Mekanikal Tegangan daripada Persampelan Badan
Sifat mekanikal telah diuji di 39 lokasi pada badan tuangan. Titik persampelan diedarkan secara simetri (L: Bahagian badan kiri, R: Bahagian badan kanan), meliputi kawasan utama:
Kedudukan 1-10: Tepi rumah roda (tepi memukau sisi).
Kedudukan 11-20: Bahagian tengah Rumah roda.
Kedudukan 21-23: Kawasan ingatan (tepi memukau pemasangan lantai belakang).
Kedudukan 31-34: Tepi sambungan plat penutup hadapan.
Kedudukan 35-37: Pinggir memukau lantai hadapan di hujung-isi.
Keputusan:
Kekuatan tegangan (TS) dan kekuatan hasil (YS) adalah agak stabil di seluruh lokasi. Purata TS ialah 237 MPa; purata YS ialah 118.9 MPa.
Pemanjangan berbeza dengan ketara mengikut lokasi, dengan purata hanya 6.5%, dengan beberapa mata di bawah 6%. Nilai pemanjangan purata dipengaruhi oleh lokasi dan kuantiti persampelan dan hanya berfungsi sebagai rujukan [9]. Sebagai perbandingan, satu lagi lantai belakang menggunakan bahan yang sama mencapai pemanjangan purata 9%.
Berdasarkan keperluan pembangunan awal pelanggan, sifat badan (terutamanya pemanjangan di beberapa lokasi) tidak dapat dipenuhi sepenuhnya. Oleh itu, keputusan pensampelan badan sahaja tidak boleh menjadi kriteria tunggal untuk kelayakan produk. Prestasi keseluruhan mesti dinilai berdasarkan ujian bangku dan keputusan pengesahan kenderaan penuh.
4 Kesimpulan
(1) Perisian Magma digunakan untuk mereka bentuk dan mengoptimumkan sistem gating untuk tuangan lantai belakang aloi aluminium C611. Simulasi mendedahkan bahawa variasi ketebalan dinding yang ketara di kawasan langkah, digabungkan dengan suhu cair rendah yang mengalir melalui kawasan ini, mewujudkan risiko untuk terperangkap udara, penutupan sejuk dan retak. Analisis tekanan pengisian di kawasan rasuk silang hujung menunjukkan bahawa mesin tuang-di dengan daya pengapit melebihi 90,000 kN diperlukan untuk pembentukan lengkap lantai belakang.
(2) Memilih mesin tuang 120,000 kN-untuk pengeluaran, ditambah dengan simulasi-pengoptimuman, menghapuskan kecacatan keliangan dan pengecutan secara berkesan. Walau bagaimanapun, retakan cenderung berlaku di zon peralihan struktur dan kawasan dengan variasi ketebalan dinding yang ketara memberi kesan kepada sifat mekanikal. Purata kekuatan hasil, kekuatan tegangan dan pemanjangan daripada spesimen yang dipotong daripada badan tuangan lantai belakang C611 masing-masing ialah 118.9 MPa, 237 MPa dan 6.5%, pada asasnya memenuhi sasaran reka bentuk utama (TS Lebih besar daripada atau sama dengan 215 MPa, YS Lebih besar daripada atau sama dengan 115%).
(3) Berbanding dengan proses pembentukan tradisional seperti rivet dan pengecapan, lantai belakang-die bersepadu mencapai pengurangan berat melebihi 10%. Penerimaan pada masa hadapan bagi mesin tuang 200,000 kN-mesin tuangan menjanjikan untuk mencapai kitaran-pendek,-kos rendah dan-kekuatan/tinggi-keliatan tinggi{10}}pembuatan tuangan badan automotif bersepadu.
