Introduksjon
Integrert-støpeteknologi gir fordeler som høy produksjonseffektivitet og lave produksjonskostnader. For tiden i en fase med rask utvikling, har den et potensial for å produsere flere store komponenter, forenkle kroppsstrukturer og revolusjonere kroppsproduksjonsprosesser [1]. Det integrerte-støpte bakgulvet konsoliderer over 70 originaldeler i én enkelt komponent, noe som reduserer kjøretøyets vekt betydelig og forbedrer produksjonseffektiviteten. Støpeformer, prosess-,-pressestøpemaskiner og varme-behandlings-frie materialer utgjør de fire kjerneteknologiene for integrert-pressestøping [2-3]. Pressestøpemaskiner refererer spesifikt til store-maskiner med klemkrefter som overstiger 60 000 kN [4]. Varme-frie-materialer som primært brukes i dag, er høy-styrke, høy-seighet støpte aluminiumlegeringer [5], kjent for sin høye spesifikke styrke, utmerkede støpeevne, moderate kostnader og status som hovedmaterialet for nåværende integrerte trykkstøpte bilkomponenter [6-7].
Innenlandske store aluminiumsstøper- står overfor utfordringen med å redusere ytelsesrater med økende integreringskompleksitet. Nøkkelfaktorer som påvirker kvalifikasjonsratene inkluderer:
1. Ustabil kvalitet ved kritiske last-bærepunkter: Installasjonsoverflater for støtdempertårn, underrammer og C-stolper krever høye mekaniske egenskaper. Disse områdene er ofte vanskelige å prøveprøve, må ikke inneholde indre porer som overskrider standarder, og må være fri for kalde stenger utvendig. Spesielt er C--søylens installasjonsoverflate nær styrehuskanten utsatt for kalde stenger.
2. Ustabile dimensjoner ved kritiske flater: Tynne -veggede sidepanelinstallasjonsflater ved støpekanten er utsatt for inn- eller utover deformasjon, eller til og med vridning (front utover, bakre utover). Dette kompromitterer stabiliteten etter sammenkobling med motpartsdeler og kan føre til for-formede hullfeil, som fører til maskineringsfeil [8-15].
Denne studien bruker simulering for å forutsi defekter i en integrert-støpt bakre gulvkomponent og optimerer port- og overløpssystemet for å forbedre intern kvalitet, med sikte på å gi en referanse for utforming av lignende store støpegods.
1 Strukturelle egenskaper og tekniske krav
Den bakre gulvstøpen utgjør gulvseksjonen bak kupeen, og integrerer komponenter som venstre/høyre bakre styrehus, bakre langsgående bjelker, tverrbjelker, gulvforbindelsesplater og indre bjelkeforsterkninger. Støpingen har totaldimensjoner på 1 630 mm × 1 624 mm × 666 mm, en masse på 63 kg, en gjennomsnittlig veggtykkelse på 3 mm og et projisert areal på 23 000 cm². På grunn av dens store størrelse, tynne vegger og det betydelige plassbehovet, lange syklustider og forvrengningsrisiko forbundet med varmebehandling, er en varme{11}}behandlingsfri- aluminiumslegering påbudt.
SPR (Self-Piercing Riveting)-prosess er egnet for kaldskjøting av ulikt stål-aluminiumsmaterialer [8]. Følgelig kobles støpestykkets fremre og bakre ende til henholdsvis frontgulvet og bakre gulvmontasje via SPR. Venstre og høyre styrehus kan også kobles til sidepanelene via SPR. Selv om disse fire kantene ikke er primære-lastbærende soner i det bakre gulvet, krever de høy tetnings- og tilkoblingsintegritet, tilsvarende krav til flathet og høy styrke-seighet til materialet.
Utseendekrav: Fri for defekter som kalde stenger, sprekker og flis.
Krav til materialytelse (for-baking):
SPR-plasseringer (kroppsprøvetaking): Strekkstyrke større enn eller lik 215 MPa, flytestyrke større enn eller lik 115 MPa, forlengelse større enn eller lik 12 %, bøyevinkel større enn eller lik 20 grader.
Bakre halvdel av styrehuset (litt lavere): Strekkstyrke større enn eller lik 215 MPa, flytestyrke større enn eller lik 110 MPa, forlengelse større enn eller lik 6 %, bøyevinkel større enn eller lik 20 grader.
Andre områder: Forlengelseskrav mellom 6% og 12%.
Med tanke på den iboende inhomogeniteten til mekaniske egenskaper i-støpte kroppsprøver, er det utfordrende å oppnå spesifiserte mekaniske egenskaper overalt innenfor angitte områder. Derfor kreves det benketester for å verifisere nøkkellastbærende ytelsen til støtdempertårn og langsgående bjelker [9]. Benketester inkluderer vanligvis holdbarhets- og knusningstester:
Holdbarhet og Z-retning Knusningstester: Simuler belastning av bakre støtdemper. Holdbarhetstest gjennomsnittlig last er 11,5 kN. Under Z-retningspressing krever første-belastning på 38 kN lastepunktdeformasjon Mindre enn eller lik 3 mm; andre-trinnsbelastning på 74 kN krever ingen sprekkdannelse ved lastepunktet.
X-retning Crush Test: Simulerer langsgående strålebelastning. Ved ensidig belastningskraft Større enn eller lik 206 kN skal det ikke oppstå sprekker og deformasjoner Mindre enn eller lik 3 mm ved belastningspunktet.
2 Støpeprosessdesign-
2.1 Utforming av portsystem
Det utviklede bakgulvet har et frontdekseltilkoplingsvindu i frontenden. Det høye sideforholdet (3,14) og kantplasseringen gjør imidlertid senterporten uegnet. En enkel-sideporttilnærming, typisk for konvensjonelle formstøpinger, ble tatt i bruk. Basert på resultater fra Magma-strømningsanalyse, ble tre løperdesign (S1, S2, S3) sekvensielt optimalisert:
S1- og S2-designene brukte en 70 000 kN die-støpemaskin.
S3-designet brukte en 120 000 kN die-støpemaskin, inkorporerte mindre strukturelle optimaliseringer av støpekroppen, og økte stempeldiameteren, antall inntak og innløpsareal.
2.2 Fyllings- og størkningssimuleringsanalyse
Magma-programvaren simulerte støpeprosessen- på bakgulvet. Formmaterialet var H13 verktøystål; støpematerialet var C611 aluminiumslegering med høy-styrke og høy-seighet [1]. Parametere satt: Smeltetemperatur 680 grader, Stempeltemperatur 200 grader, Shot sleeve-temperatur 250 grader, Formtemperatur 180 grader. Injeksjonsparametere varierte per skjema.
Scheme S1-analyseresultater:
Ved slutten-av-fyllingen hadde styrehuskantposisjonen den laveste temperaturen (~618,6 grader) og størknet først (fast fraksjon ~1%). Faktisk støping krever høyere smeltetemperatur og fokusert overvåking av formoverflatetemperaturen i dette området. På grunn av variasjoner i muggtemperatur, er det fare for kald stengning ved den midterste-seksjonen av styrehuskanten.
Når smelten nådde den bakre hulromshalvdelen, forårsaket det begrensede strømningsområdet fyllingshastigheter opp til 60 m/s. To smeltestrømmer konvergerte i midten av endetverrbjelken. Høy hastighet forårsaket virvling av smelte, noe som skaper en høy risiko for kalde stenger og sprekker, og reduserte mekaniske egenskaper.
En betydelig trinnforskjell og tykkere vegg nær innløpet til den bakre langsgående bjelken forårsaket store isolerte luftlommer på begge sider. Maskinerte hull i denne sonen gjør porøsitetsdefekter skadelige for veksten.
Etter at smelte kom inn i terskelbjelken, økte støpetrykket jevnt til 30 MPa. Basert på det projiserte arealet av støpekroppen (18 136 cm²) krevde dette en klemkraft på 69 000 kN. Tatt i betraktning en sikkerhetsfaktor på 1,2 og inkludert portsystemet (estimert projisert areal ~25 000 cm²), nådde den nødvendige klemkraften 90 000 kN, og overskred 70 000 kN maskinens kapasitet.
Scheme S2-analyseresultater:
Ved å legge til en løper rett overfor styrehuset reduserte fylletiden for styrehuset til 51 ms (mot . 59 ms for S1). Total fylltid var 86 ms.
Turbulensen i begge styrehusene var mer uttalt. Gassinnholdet var høyest ved smeltesammenløpspunktet i tverrbjelken ved enden-av-fyllingen, noe som skapte høy risiko for porøsitet, sprekker og krympingsdefekter [7].
Problemet med kald strømning i styrehusområdet ble ikke effektivt løst.
Scheme S3-analyseresultater:
Optimalisering av løperen basert på tidligere ordninger, ble lagt til overløpsbrønner i midten av styrehuskanten og ende-tverrbjelken. Ingate-området ble økt (krever høyere injeksjonskraft for å opprettholde hastigheten). Maskinens klemkraft ble oppgradert til 120 000 kN.
Styrehuskanttemperaturen var lavere enn S1/S2, men nær likvidustemperaturen. Smelten nådde innløpene ved 305 ms (timing startet fra kjeksfylling), med en maksimal hastighet på 60 m/s. Hulrommet fyltes helt ved 390 ms, og tok 85 ms. Støpetrykket var 40 MPa.
Basert på S3-portsystemets projiserte areal (25 813 cm²), var det maksimale støpetrykket 120 000 kN-maskinen kunne gi 46,5 MPa, og oppfyller kravet.
Overløpsbrønner lagt ved siden av styrehuset forbedret luftinnfangingen sammenlignet med S2. Nærhet til innløpet reduserte også porøsitetsrisiko.
S3-ordningen ble valgt for formproduksjon.
3 Testmetoder og resultater
3.1 Støpeparametere og testmetoder-
Produksjonen brukte en Lijin 120 000 kN die-støpemaskin. Legering var C611 varme-behandlingsfritt-materiale (kjemisk sammensetning oppfylte spesifikasjonene). Sammenlignet med tradisjonelle AlSi10MnMg-konstruksjonsmaterialer gir varme-behandlingsfrie{10}}legeringer bedre som-støpseighet, gunstig for nagling. Smeltetemperaturen var 680 grader. Dynamisk og fast formvakuum var 10 kPa.
Prosessflyt: Spraying → Blås-av → Formlukking → Helling → Vakuumevakuering → Injeksjon → Lokal klem → Direktekjøling/punktkjøling → Formåpning → Robotekstraksjon → Integritetssjekk → Vannslukking → Trimming og retting → Manuell støping → Robotering → Manuell støping → Håndtering Utseende og dimensjonssjekk → Overfør til neste prosess.
Intern kvalitetsinspeksjon brukte en Maice FSC kraftig-9-akset røntgeninspeksjonsmaskin. Strekkprøver ble først kuttet fra støpelegemet som små emner (80-100 mm lengde, 15-30 mm bredde), deretter maskinert til standard strekkprøver med en 25 mm gauge-lengde.
3.2 Intern kvalitetskontroll
Røntgeninspeksjonsresultater viste ingen signifikante porøsitetsdefekter ved innsugningsområdene, bakre tverrbjelke eller sidehjulhus i det bakre gulvstøpet. Intern kvalitet oppfylte ASTM E505 nivå 2 standarder. På grunn av tykkere vegger, var maskineringshull-bosser utsatt for porøsitet, noe som krever ytterligere kontroller for utsatte porer og samsvar med utseendestandarder. Lastretensjonstester for gjengede innsatser eller selvskruende-skruer ble utført med en CMT5305 strekktestmaskin.
3.3 Strekkmekaniske egenskaper fra kroppsprøvetaking
Mekaniske egenskaper ble testet på 39 steder på støpekroppen. Prøvepunktene ble symmetrisk fordelt (L: venstre kroppsside, R: høyre kroppsside), og dekket nøkkelområder:
Posisjon 1-10: Styrehuskant (sidenaglekant).
Posisjon 11-20: Styrhus midtseksjon.
Posisjoner 21-23: Innløpsområde (bakre gulvmonteringsnaglekant).
Posisjon 31-34: Frontdekselplate tilkoblingskant.
Posisjoner 35-37: Naglekant foran på gulvet ved enden-av fyllingen.
Resultater:
Strekkfasthet (TS) og flytegrense (YS) var relativt stabile på tvers av lokasjoner. Gjennomsnittlig TS var 237 MPa; gjennomsnittlig YS var 118,9 MPa.
Forlengelsen varierte betydelig etter sted, i gjennomsnitt bare 6,5 %, med noen poeng under 6 %. Den gjennomsnittlige forlengelsesverdien påvirkes av prøvetakingsplassering og mengde og tjener kun som referanse [9]. Til sammenligning oppnådde et annet bakgulv med samme materiale en gjennomsnittlig forlengelse på 9 %.
Basert på kundens første utviklingskrav, kunne ikke kroppsegenskaper (spesielt forlengelse på enkelte steder) oppfylles fullt ut. Derfor kan ikke kroppsprøveresultater alene være det eneste kriteriet for produktkvalifisering. Den generelle ytelsen må bedømmes basert på benktest og fullstendige kjøretøyvalideringsresultater.
4 Konklusjon
(1) Magma-programvare ble brukt til å designe og optimalisere portsystemet for C611 aluminiumslegering bakre gulvstøping. Simulering avslørte at betydelige veggtykkelsesvariasjoner i trinnområder, kombinert med lav smeltetemperatur som strømmer gjennom disse områdene, skaper risiko for luftinnfanging, kalde stenger og sprekker. Analyse av fyllingstrykk i endetverrbjelkens område indikerte at en dyse-støpemaskin med en klemkraft over 90 000 kN er nødvendig for fullstendig forming av bakgulvet.
(2) Valg av en 120 000 kN die-støpemaskin for produksjon, kombinert med simulerings-basert optimalisering, eliminerte effektivt porøsitets- og krympeporøsitetsdefekter. Imidlertid har sprekker som er utsatt for å oppstå i strukturelle overgangssoner og områder med betydelige veggtykkelsesvariasjoner påvirket mekaniske egenskaper. Gjennomsnittlig flytestyrke, strekkstyrke og forlengelse fra prøver kuttet fra C611 bakre gulvstøpekropp var henholdsvis 118,9 MPa, 237 MPa og 6,5 %, og oppfyller i det vesentlige hoveddesignmålene (TS større enn eller lik 215 MPa, YS større enn eller lik lik eller lik 115 MPa %).
(3) Sammenlignet med tradisjonelle formingsprosesser som nagling og stempling, oppnådde det integrerte-støpte bakgulvet en vektreduksjon på over 10 %. Fremtidig bruk av 200 000 kN støpemaskiner gir løfter om å oppnå kort-syklus, lav-kostnad og høy-styrke/høy{10}}tødig produksjon av integrerte karosseristøpegods til biler.
