การแนะนำ
เทคโนโลยีการหล่อแบบรวม-มีข้อได้เปรียบ เช่น ประสิทธิภาพการผลิตสูงและต้นทุนการผลิตต่ำ ขณะนี้อยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาอย่างรวดเร็ว มีศักยภาพในการผลิตส่วนประกอบขนาดใหญ่หลายชิ้น ลดความซับซ้อนของโครงสร้างตัวถัง และปฏิวัติกระบวนการผลิตตัวถัง [1] พื้นด้านหลังแบบหล่อ-ที่ผสานรวมชิ้นส่วนดั้งเดิมกว่า 70 ชิ้นเป็นส่วนประกอบเดียว ซึ่งช่วยลดน้ำหนักยานพาหนะได้อย่างมากและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต แม่พิมพ์ กระบวนการผลิต-เครื่องหล่อแบบตายตัว และวัสดุ-ที่ไม่บำบัดด้วยความร้อน- ถือเป็นเทคโนโลยีหลักสี่ประการของการหล่อแบบรวม- [2-3] เครื่องหล่อแบบ-หมายถึงเครื่องจักรขนาดใหญ่-โดยเฉพาะที่มีแรงจับยึดเกิน 60,000 กิโลนิวตัน [4] วัสดุปลอด-การบำบัดด้วยความร้อน-ที่ใช้เป็นหลักในปัจจุบันคืออลูมิเนียมอัลลอยด์หล่อที่มี-ความแข็งแรงสูง-ความเหนียวสูง [5] ซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องความแข็งแรงจำเพาะสูง ความสามารถในการหล่อได้ดีเยี่ยม ต้นทุนปานกลาง และสถานะเป็นวัสดุหลักสำหรับส่วนประกอบยานยนต์หล่อแบบบูรณาการในปัจจุบัน [6-7]
การหล่ออะลูมิเนียมหล่อขนาดใหญ่ในประเทศ-เผชิญกับความท้าทายในการลดอัตราผลตอบแทนพร้อมกับความซับซ้อนในการผสานรวมที่เพิ่มขึ้น ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออัตราวุฒิการศึกษา ได้แก่:
1. คุณภาพไม่เสถียรที่จุดรับน้ำหนักวิกฤต-: พื้นผิวการติดตั้งสำหรับหอโช้คอัพ ซับเฟรม และเสา C- ต้องการคุณสมบัติเชิงกลสูง พื้นที่เหล่านี้มักจะสุ่มตัวอย่างการทดสอบได้ยาก ต้องไม่มีรูพรุนภายในเกินมาตรฐาน และต้องไม่มีฝาปิดเย็นภายนอก น่าสังเกตที่พื้นผิวการติดตั้งเสา C- ใกล้กับขอบโรงจอดรถมีแนวโน้มที่จะปิดด้วยความเย็น
2. ขนาดที่ไม่เสถียรที่พื้นผิวผสมพันธุ์ที่สำคัญ: พื้นผิวการติดตั้งแผงด้านข้างแบบผนังบาง-ที่ขอบการหล่อนั้นเสี่ยงต่อการเสียรูปทั้งด้านในและด้านนอก หรือแม้แต่การบิดงอ (ด้านหน้าออกด้านนอก ด้านหลังออกด้านนอก) ซึ่งจะทำให้เสถียรภาพลดลงหลังการผสมพันธุ์กับชิ้นส่วนที่จับคู่กัน และอาจทำให้เกิด-การวางแนวรูที่ขึ้นรูปไว้ไม่ตรง ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการตัดเฉือน [8-15]
การศึกษานี้ใช้การจำลองเพื่อทำนายข้อบกพร่องในส่วนประกอบพื้นด้านหลังแบบหล่อ-แบบรวม และเพิ่มประสิทธิภาพระบบเกตติ้งและโอเวอร์โฟลว์เพื่อปรับปรุงคุณภาพภายใน โดยมีเป้าหมายเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการออกแบบการหล่อขนาดใหญ่ที่คล้ายกัน
1 ลักษณะโครงสร้างและข้อกำหนดทางเทคนิค
การหล่อพื้นด้านหลังประกอบขึ้นเป็นส่วนพื้นด้านหลังของห้องโดยสาร โดยผสานส่วนประกอบต่างๆ เช่น ซุ้มล้อด้านหลังซ้าย/ขวา คานตามยาวด้านหลัง คานขวาง แผ่นเชื่อมต่อพื้น และการเสริมคานด้านใน การหล่อมีขนาดโดยรวม 1,630 มม. × 1,624 มม. × 666 มม. มวล 63 กก. ความหนาของผนังเฉลี่ย 3 มม. และพื้นที่ฉาย 23,000 ซม.² เนื่องจากมีขนาดใหญ่ ผนังบาง และความต้องการพื้นที่ที่สำคัญ ระยะเวลาการทำงานที่ยาวนาน และความเสี่ยงในการบิดเบือนที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดความร้อน อะลูมิเนียมอัลลอยด์-การบำบัดด้วยความร้อน-จึงได้รับคำสั่ง
กระบวนการ SPR (-การตอกหมุดย้ำด้วยตนเอง) เหมาะสำหรับการเชื่อมเย็นที่เหล็กกล้าไม่เหมือนกัน-วัสดุอลูมิเนียม [8] ด้วยเหตุนี้ ปลายด้านหน้าและด้านหลังของการหล่อจึงเชื่อมต่อกับพื้นด้านหน้าและชุดประกอบพื้นด้านหลังตามลำดับ ผ่านทาง SPR ซุ้มล้อด้านซ้ายและขวาสามารถเชื่อมต่อกับแผงด้านข้างผ่าน SPR ได้เช่นกัน แม้ว่าขอบทั้งสี่นี้ไม่ใช่โซนรับน้ำหนักหลัก-ของพื้นด้านหลัง แต่ก็ต้องการการปิดผนึกและความสมบูรณ์ในการเชื่อมต่อสูง ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดด้านความเรียบและความแข็งแรงสูง-ความแข็งแกร่งของวัสดุ
ข้อกำหนดด้านรูปลักษณ์: ปราศจากข้อบกพร่อง เช่น ระบบปิดเย็น รอยแตกร้าว และชิป
ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของวัสดุ (ก่อน-อบ):
ตำแหน่ง SPR (การเก็บตัวอย่างร่างกาย): ความต้านแรงดึงมากกว่าหรือเท่ากับ 215 MPa, ความต้านแรงดึงมากกว่าหรือเท่ากับ 115 MPa, การยืดตัวมากกว่าหรือเท่ากับ 12%, มุมโค้งงอมากกว่าหรือเท่ากับ 20 องศา
ครึ่งหลังของโรงล้อ (ต่ำกว่าเล็กน้อย): ความต้านทานแรงดึงมากกว่าหรือเท่ากับ 215 MPa, ความแข็งแรงของผลผลิตมากกว่าหรือเท่ากับ 110 MPa, การยืดตัวมากกว่าหรือเท่ากับ 6%, มุมโค้งงอมากกว่าหรือเท่ากับ 20 องศา
พื้นที่อื่นๆ: ข้อกำหนดการยืดตัวระหว่าง 6% ถึง 12%
เมื่อพิจารณาถึงความไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยธรรมชาติของคุณสมบัติทางกลในตัวอย่าง-ตัวหล่อ การบรรลุคุณสมบัติทางกลตามที่กำหนดทุกที่ภายในพื้นที่ที่กำหนดถือเป็นเรื่องท้าทาย ดังนั้น การทดสอบแบบตั้งโต๊ะจึงจำเป็นเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพการรับน้ำหนักที่สำคัญ-ของเสาโช้คอัพและคานตามยาว [9] โดยทั่วไปการทดสอบแบบตั้งโต๊ะจะรวมถึงการทดสอบความทนทานและการกระแทก:
การทดสอบการกระแทกในทิศทาง Z-: จำลองการโหลดของโช้คอัพหลัง การทดสอบความทนทานโหลดเฉลี่ย 11.5 kN ภายใต้แรงกดทับทิศทาง Z- การโหลดระยะแรก-ที่ 38 kN ต้องมีการเปลี่ยนรูปจุดโหลดน้อยกว่าหรือเท่ากับ 3 มม. การโหลดขั้นที่สอง-ที่ 74 kN ไม่จำเป็นต้องมีการแคร็กที่จุดโหลด
การทดสอบการบดอัดทิศทาง X-: จำลองการโหลดลำแสงตามยาว ภายใต้แรงรับน้ำหนักฝ่ายเดียว มากกว่าหรือเท่ากับ 206 kN จะต้องไม่มีการแตกร้าวและการเสียรูป น้อยกว่าหรือเท่ากับ 3 มม. ที่จุดรับน้ำหนัก
2 Die-การออกแบบกระบวนการหล่อ
2.1 การออกแบบระบบประตู
พื้นด้านหลังที่พัฒนาแล้วมีหน้าต่างเชื่อมต่อแผ่นปิดด้านหน้าที่ส่วนหน้า อย่างไรก็ตาม อัตราส่วนกว้างยาว (3.14) และตำแหน่งขอบที่สูงทำให้การกำหนดช่องตรงกลางไม่เหมาะสม มีการใช้แนวทาง-ประตูด้านข้างแบบเดียวซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับการหล่อแบบ-แบบทั่วไป จากผลการวิเคราะห์การไหลของ Magma การออกแบบนักวิ่งสามแบบ (S1, S2, S3) ได้รับการปรับให้เหมาะสมตามลำดับ:
การออกแบบ S1 และ S2 ใช้เครื่องหล่อขนาด 70,000 กิโลนิวตัน-
การออกแบบ S3 ใช้เครื่องหล่อแบบตายตัว 120,000 กิโลนิวตัน- รวมการปรับปรุงโครงสร้างเล็กน้อยเข้ากับตัวการหล่อ และเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกสูบ จำนวนทางเข้า และพื้นที่ทางเข้า
2.2 การวิเคราะห์การจำลองการเติมและการแข็งตัว
ซอฟต์แวร์แมกมาจำลองกระบวนการหล่อ-แม่พิมพ์ที่พื้นด้านหลัง วัสดุแม่พิมพ์คือเหล็กกล้าเครื่องมือ H13; วัสดุหล่อคืออลูมิเนียมอัลลอยด์ความแข็งแรงสูง-ความเหนียวสูง- C611 [1] ชุดพารามิเตอร์: อุณหภูมิหลอมเหลว 680 องศา, อุณหภูมิลูกสูบ 200 องศา, อุณหภูมิปลอกกระสุน 250 องศา, อุณหภูมิแม่พิมพ์ 180 องศา พารามิเตอร์การฉีดแตกต่างกันไปในแต่ละโครงการ
ผลการวิเคราะห์โครงการ S1:
ที่จุดสิ้นสุด-ของ-การเติม ตำแหน่งขอบโรงล้อมีอุณหภูมิต่ำสุด (~618.6 องศา ) และแข็งตัวก่อน (เศษส่วนของแข็ง ~1%) การหล่อจริงต้องใช้อุณหภูมิหลอมละลายที่สูงขึ้นและเน้นการตรวจสอบอุณหภูมิพื้นผิวแม่พิมพ์ในภูมิภาคนี้ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแม่พิมพ์ จึงมีความเสี่ยงที่จะเกิดการปิดเย็นที่ขอบซุ้มล้อตรงกลาง-
เมื่อของเหลวหลอมไปถึงครึ่งช่องด้านหลัง พื้นที่การไหลที่ถูกจำกัดทำให้ความเร็วในการบรรจุสูงถึง 60 ม./วินาที ลำธารสองแห่งมาบรรจบกันที่กึ่งกลางของคานหน้าด้านท้าย ความเร็วสูงทำให้เกิดการหมุนวนของหลอม ทำให้เกิดความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการปิดเย็นและรอยแตกร้าว ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลลดลง
ความแตกต่างของขั้นบันไดอย่างมีนัยสำคัญและผนังที่หนาขึ้นใกล้กับทางเข้าของคานตามยาวด้านหลัง ทำให้เกิดช่องอากาศแยกขนาดใหญ่ทั้งสองด้าน รูที่เจาะด้วยเครื่องจักรในบริเวณนี้จะทำให้ข้อบกพร่องที่มีรูพรุนส่งผลเสียต่อผลผลิต
หลังจากที่สารหลอมเข้าสู่คานธรณีประตู ความดันในการหล่อเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็น 30 MPa จากพื้นที่ฉายตัวหล่อ (18,136 ซม.²) ต้องใช้แรงจับยึด 69,000 kN เมื่อพิจารณาปัจจัยด้านความปลอดภัยที่ 1.2 และรวมถึงระบบประตู (พื้นที่ฉายภาพโดยประมาณ ~25,000 ซม.²) แรงจับยึดที่ต้องการถึง 90,000 kN ซึ่งเกินความสามารถของเครื่องจักร 70,000 kN
ผลการวิเคราะห์โครงการ S2:
การเพิ่มนักวิ่งที่อยู่ตรงข้ามกับโรงจอดรถจะช่วยลดเวลาการเติมโรงจอดรถลงเหลือ 51 มิลลิวินาที (เทียบกับ. 59 มิลลิวินาทีสำหรับ S1) เวลาเติมโดยรวมคือ 86 ms
ความปั่นป่วนในโรงจอดรถทั้งสองหลังเด่นชัดมากขึ้น ปริมาณก๊าซจะสูงที่สุดที่จุดหลอมเหลวบรรจบกันในคานขวางที่จุดสิ้นสุด-ของ-การเติม ทำให้เกิดความเสี่ยงสูงต่อความพรุน รอยแตก และข้อบกพร่องในการหดตัว [7]
ปัญหาการไหลของความเย็นในบริเวณซุ้มล้อไม่ได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพ
ผลการวิเคราะห์โครงการ S3:
การปรับนักวิ่งให้เหมาะสมตามรูปแบบก่อนหน้านี้ มีการเพิ่มบ่อน้ำล้นที่ศูนย์กลางขอบโรงจอดรถและศูนย์กลางคานขวางส่วนท้าย พื้นที่ทางเข้าเพิ่มขึ้น (ต้องใช้แรงฉีดที่สูงขึ้นเพื่อรักษาความเร็ว) แรงจับยึดของเครื่องจักรได้รับการอัพเกรดเป็น 120,000 kN
อุณหภูมิขอบโรงล้อต่ำกว่า S1/S2 แต่ใกล้กับอุณหภูมิของเหลว ละลายไปถึงทางเข้าที่ 305 มิลลิวินาที (ระยะเวลาเริ่มต้นจากการเติมบิสกิต) ด้วยความเร็วสูงสุด 60 เมตร/วินาที คาวิตี้เต็มไปหมดที่ 390 มิลลิวินาที ใช้เวลา 85 มิลลิวินาที แรงดันในการหล่อคือ 40 MPa
จากพื้นที่คาดการณ์ของระบบประตู S3 (25,813 ซม.²) แรงดันการหล่อสูงสุดที่เครื่องจักร 120,000 kN สามารถให้ได้คือ 46.5 MPa ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนด
บ่อน้ำล้นที่เพิ่มเข้ามาข้างโรงจอดรถช่วยปรับปรุงการกักเก็บอากาศเมื่อเทียบกับ S2 ความใกล้ชิดกับประตูทางเข้ายังช่วยลดความเสี่ยงต่อการเกิดรูพรุนอีกด้วย
เลือกโครงการ S3 สำหรับการผลิตแม่พิมพ์
3 วิธีทดสอบและผลลัพธ์
3.1 พารามิเตอร์การหล่อ-และวิธีการทดสอบ
การผลิตใช้เครื่องหล่อแบบ Lijin 120,000 kN- โลหะผสมเป็นวัสดุที่ปราศจากการบำบัดความร้อน- C611 (องค์ประกอบทางเคมีเป็นไปตามข้อกำหนด) เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโครงสร้าง AlSi10MnMg แบบดั้งเดิม โลหะผสมที่ปราศจากการบำบัดด้วยความร้อน-ให้-ความเหนียวในการหล่อได้ดีกว่า ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการตอกหมุด อุณหภูมิหลอมละลายอยู่ที่ 680 องศา สุญญากาศของแม่พิมพ์แบบไดนามิกและคงที่คือ 10 kPa
ผังกระบวนการ: การพ่น → การเป่า- ปิด → การปิดแม่พิมพ์ → การเท → การอพยพสูญญากาศ → การฉีด → การบีบในพื้นที่ → การทำความเย็นโดยตรง/การทำให้เย็นเฉพาะจุด → การเปิดแม่พิมพ์ → การสกัดด้วยหุ่นยนต์ → การตรวจสอบความสมบูรณ์ → การชุบน้ำ → การตัดแต่งและการยืดให้ตรง → การทำเครื่องหมาย → การจัดการหุ่นยนต์ → การหล่อแบบออฟไลน์ → การขัดด้วยมือ → การตรวจสอบรูปลักษณ์และมิติ → ถ่ายโอนไปยังกระบวนการถัดไป
การตรวจสอบคุณภาพภายในใช้เครื่องเอ็กซเรย์ตรวจสอบสิ่งปลอมปนแบบหนัก-แกน 9- ของ Maice FSC ขั้นแรกชิ้นงานทดสอบแรงดึงจะถูกตัดออกจากตัวหล่อเป็นช่องว่างขนาดเล็ก (ความยาว 80-100 มม. ความกว้าง 15-30 มม.) จากนั้นจึงกลึงเป็นชิ้นงานทดสอบแรงดึงมาตรฐานที่มีความยาวเกจ 25 มม.
3.2 การตรวจสอบคุณภาพภายใน
ผลการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์-ไม่พบข้อบกพร่องที่มีนัยสำคัญที่บริเวณประตูทางเข้า คานขวางด้านหลัง หรือโรงเก็บล้อด้านข้างของการหล่อพื้นด้านหลัง คุณภาพภายในตรงตามมาตรฐาน ASTM E505 ระดับ 2 เนื่องจากผนังที่หนากว่า หัวหน้ารูตัดเฉือนจึงมีแนวโน้มที่จะมีรูพรุน จึงต้องตรวจสอบรูพรุนเพิ่มเติมและปฏิบัติตามมาตรฐานรูปลักษณ์ภายนอก การทดสอบการกักเก็บโหลดสำหรับเม็ดมีดเกลียวหรือสกรูเกลียวปล่อย-ดำเนินการโดยใช้เครื่องทดสอบแรงดึง CMT5305
3.3 สมบัติทางกลของแรงดึงจากการสุ่มตัวอย่างร่างกาย
ทดสอบคุณสมบัติทางกลที่ 39 ตำแหน่งบนตัวหล่อ จุดสุ่มตัวอย่างมีการกระจายอย่างสมมาตร (L: ด้านซ้าย, R: ด้านขวา) ครอบคลุมพื้นที่สำคัญ:
ตำแหน่ง 1-10: ขอบซุ้มล้อ (ขอบโลดโผนด้านข้าง)
ตำแหน่ง 11-20: ส่วนตรงกลางของซุ้มล้อ
ตำแหน่ง 21-23: พื้นที่ทางเข้า (ขอบโลดโผนการประกอบพื้นด้านหลัง)
ตำแหน่ง 31-34: ขอบเชื่อมต่อแผ่นปิดด้านหน้า
ตำแหน่ง 35-37: ขอบโลดโผนพื้นด้านหน้าที่ส่วนท้าย-ของการถม
ผลลัพธ์:
ความต้านแรงดึง (TS) และกำลังคราก (YS) ค่อนข้างคงที่ในทุกตำแหน่ง TS เฉลี่ยอยู่ที่ 237 MPa; YS เฉลี่ยอยู่ที่ 118.9 MPa
การยืดตัวจะแตกต่างกันไปตามสถานที่ โดยเฉลี่ยเพียง 6.5% โดยมีบางจุดต่ำกว่า 6% ค่าการยืดตัวโดยเฉลี่ยจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งและปริมาณการเก็บตัวอย่าง และใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงเท่านั้น [9] สำหรับการเปรียบเทียบ พื้นด้านหลังอีกชั้นหนึ่งที่ใช้วัสดุเดียวกันสามารถยืดตัวได้เฉลี่ย 9%
จากข้อกำหนดการพัฒนาเบื้องต้นของลูกค้า คุณสมบัติของตัวเครื่อง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการยืดตัวในบางตำแหน่ง) ไม่สามารถตอบสนองได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นผลการเก็บตัวอย่างร่างกายเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถเป็นเกณฑ์เดียวสำหรับคุณสมบัติผลิตภัณฑ์ได้ ประสิทธิภาพโดยรวมจะต้องได้รับการตัดสินโดยอิงจากการทดสอบบัลลังก์และผลการตรวจสอบยานพาหนะเต็มรูปแบบ
4 บทสรุป
(1) ซอฟต์แวร์ Magma ใช้เพื่อออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพระบบประตูสำหรับการหล่อพื้นด้านหลังอลูมิเนียมอัลลอยด์ C611 การจำลองเผยให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงความหนาของผนังอย่างมีนัยสำคัญในพื้นที่ขั้นตอน รวมกับอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำที่ไหลผ่านพื้นที่เหล่านี้ ทำให้เกิดความเสี่ยงในการกักเก็บอากาศ การปิดความเย็น และรอยแตกร้าว การวิเคราะห์แรงดันเติมในบริเวณคานขวางส่วนท้ายระบุว่าเครื่องหล่อ-ที่มีแรงจับยึดเกิน 90,000 กิโลนิวตันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขึ้นรูปพื้นด้านหลังโดยสมบูรณ์
(2) การเลือกเครื่องหล่อแบบตายตัว-ขนาด 120,000 กิโลนิวตันสำหรับการผลิต ควบคู่ไปกับการเพิ่มประสิทธิภาพตามการจำลอง- ช่วยขจัดความพรุนและข้อบกพร่องของรูพรุนจากการหดตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม รอยแตกร้าวมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในโซนการเปลี่ยนผ่านของโครงสร้างและพื้นที่ที่ความหนาของผนังเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากจะส่งผลต่อคุณสมบัติทางกล ความแข็งแรงของผลผลิตเฉลี่ย ความต้านทานแรงดึง และการยืดตัวจากชิ้นงานที่ตัดจากตัวหล่อพื้นด้านหลัง C611 อยู่ที่ 118.9 MPa, 237 MPa และ 6.5% ตามลำดับ ซึ่งตรงตามเป้าหมายการออกแบบหลักเป็นหลัก (TS มากกว่าหรือเท่ากับ 215 MPa, YS มากกว่าหรือเท่ากับ 115 MPa, การยืดตัว มากกว่าหรือเท่ากับ 6%)
(3) เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการขึ้นรูปแบบดั้งเดิม เช่น การตอกย้ำและการตอกย้ำ พื้นด้านหลังแบบหล่อ-แบบรวมสามารถลดน้ำหนักได้มากกว่า 10% การใช้เครื่องหล่อแบบตาย-ขนาด 200,000 กิโลนิวตันในอนาคตถือเป็นคำมั่นสัญญาในการบรรลุ-รอบการทำงานระยะสั้น ต้นทุน-ต่ำ และ-ความแข็งแกร่ง/สูง-ความเหนียวสูงของการหล่อตัวถังยานยนต์แบบผสมผสาน
