רכיבי גוף משולבים-יצוקים מהווים פריצת דרך טכנולוגית גדולה בייצור רכב מודרני. טכנולוגיה זו מאפשרת אינטגרציה גבוהה של חלקי סגסוגת אלומיניום לרכיבים גדולים בודדים או בודדים באמצעות יציקת יציקה בצעד אחד, הפחתת עלויות הייצור באופן משמעותי, שיפור טווח הרכב ושיפור ביצועי הבטיחות הכוללים. מאמר זה מציג מקרה בוחן של פרויקט יציקה-של תא קדמי משולב. עבור רכיבים מובנים-גדולים ומורכבים-עם ביצועים מכניים גבוהים ודרישות חיבור מרובות, אנו מזהים אתגרים וסיכונים של יציקה. באמצעות ניתוח סימולציה, אופטימיזציה של פרמטרים של תהליך ותכנון תבניות, המוצר הסופי משיג התאמה לדרישות דיוק ממדי, איכות פנימית וביצועים מכניים.
1. מבנה ונקודות פיתוח מרכזיות של התא הקדמי המשולב
יציקה משולבת משלבת תהליכי הטבעה וריתוך מסורתיים לשלב אחד, תוך שימוש במכונות יציקה- בכוח הידוק גבוה ליצירת מספר רכיבים מסגסוגת אלומיניום לחלק גדול בודד או לכמה חלקים גדולים. היתרונות של טכנולוגיה זו כוללים:
הפחתת עלויות: פחות שלבי ייצור ונקודות ריתוך מופחתות מורידים את עלות הרכב הכוללת.
עיצוב קל משקל: סגסוגת אלומיניום-יחידה משפרת את טווח הרכב.
בטיחות משופרת: ריתוכים מופחתים מגבירים את קשיחות הפיתול וביצועי ההתרסקות.
גודל התא הקדמי המשולב הנלמד כאן הוא 1600 מ"מ × 940 מ"מ × 700 מ"מ, שוקל 53 ק"ג, ועובי דופן ממוצע של 4.6 מ"מ. הרכיב משתמש בסגסוגת אלומיניום ללא טיפול-מסדרת AlSi7. דרישות הביצועים העיקריות כוללות חוזק מתיחה גדול מ-215 MPa או שווה ל-215 MPa, חוזק תפוקה גדול או שווה ל-115 MPa, התארכות גדולה או שווה ל-9% וזווית כיפוף גדולה או שווה ל-20 מעלות. האיכות הפנימית נשלטת בקפדנות על נקבוביות, פגמים בחורי הברגה וממדי קווי מתאר, עם קצב מעבר בגודל מלא גדול או שווה ל-97% ומשטחים לא{17}}מעובדים שנשלטים בסובלנות של 1.6-3.0 מ"מ.
2. תהליך יציקה ועיצוב עובש
2.1 אתגרים וסיכונים
כרכיב מבני קדמי, התא הקדמי המשולב-היצוק חייב לעמוד בדרישות התרסקות, עייפות וביצועי חיבור, להתאים לריתוך, SPR וחיבורי דבק. גודל גדול, מסלולי מילוי ארוכים והתמצקות לא אחידה מגדילים את מורכבות התהליך, הדורשים ציוד דיוק גבוה ובקרת איכות קפדנית. שימוש בסגסוגת ללא-טיפול-חום מונע עיוות תרמי אך מצריך ניטור קפדני של הרכב החומר ואיכות התהליך, כולל בדיקת חומרים נכנסים, ניטור תנור ובדיקות- בתהליך.
2.2 עיצוב פרמטר תהליך
החומר הנבחר הוא סגסוגת אלומיניום ללא-טיפול בחום-של AlSi7. המסה הכוללת כולל מערכת השערים ואוורור היא ~65.5 ק"ג, עם שטח מוקרן של 15,978 ס"מ² ועובי דופן ממוצע של 4.6 מ"מ. פרמטרי תהליך ועיקולי מהירות ההזרקה מחושבים על סמך יחס מילוי התבנית, שטח הבוכנה, צפיפות האלומיניום ועובי הדופן כדי להבטיח מילוי והתמצקות אחידה.
2.3 ניתוח סימולציה ואופטימיזציה
אינדיקטורים מרכזיים לתהליכים עברו אופטימיזציה באמצעות הדמיית זרימה:
מהירות מילוי: מהירות שער פנימי נשמרת על 45–85 מ"ש, ממוצעת 67.4 מ"ש, מה שמבטיח מילוי יציב של עובש.
טמפרטורת מילוי: טמפרטורה כוללת מעל 620 מעלות; אזורי טמפרטורות-נמוכות מופחתות על ידי הוספת שערים עזר כדי להפחית את הסיכון לסגירה קרה.
מעקב אחר זרימת חומרים: זרימה אחידה מאומתת ללא התכנסות במגדל שיכוך או אזורי ריתוק.
התמצקות והתכווצות: אזורי קיר עבים- הם האחרונים להתמצק; פינים- יצוקים מראש וקירור- בלחץ גבוה מפחיתים את הסיכון להתכווצות.
אוורור גז: אוורור אופטימלי באזורים המועדים ללכידת גז.
הדבקה של נקודות חמות ועובש: נקודות חמות שזוהו באזורי קירות עבים-; אזורי הידבקות-בסיכון גבוה שטופלו בניטריד וציפוי פני השטח.
2.4 התאמת עובש וציוד
עיצוב התבנית ומערכת ההזרקה היו מיושרים עם מפרט של מכונת יציקת תבנית של 70,000 kN כוח, כוח הזרקה של 1,078 kN ולחץ מערכת של 17.5 MPa, מה שמבטיח ייצור יציב ומדויק.
3. ניסויים ואימות של יציקה
3.1 איכות פנימית
בדיקת -רנטגן אישרה שהאיכות הפנימית עומדת בכל המפרטים, ללא פגמים משמעותיים.
3.2 מאפיינים מכניים
דגימות שנלקחו מהרכיב הראו חוזק מתיחה גדול או שווה ל-233.4 MPa, חוזק תפוקה גדול או שווה ל-104.6 MPa, והתארכות גדולה או שווה ל-8.92%, העומדים בדרישות התכנון.
3.3 דיוק מימדי
תוצאות סריקה תלת-ממדיות הצביעו על עיוות כללי בטווח של 1.5 מ"מ, בהתאם לסובלנות ממדי.
4. ניתוח ליקויים ואמצעי תיקון
סגירה קרה ו-סדקים פינתיים בצלעות חיזוק: גיאומטריית צלעות אופטימלית, רדיוס פינות R- מוגדל, ועובי ליבת עובש מופחת שיפרו את זרימת המתכת ופתרו בעיות סגירה קרה וסדקים.
מיקום שער שריטות על פני השטח: זווית טיוטה מוגברת, טמפרטורת תבנית מותאמת מ-80 מעלות ל-50 מעלות, ומהירות הזרקה מופחתת שיפרה את איכות פני השטח.
עיוות חיבור בית גלגלים: התאמה של זווית האוורור של המחוון והוספה של פונקציית תיקון לחיצה כדי לשלוט בעיוות ולשמור על מרחקי פתיחה נאותים.
5. מסקנה
אופטימיזציה של-תהליכים מבוססת סימולציה הפחתה בהצלחה אזורי סיכון- גבוהים, כולל סגירה קרה, התכווצות, לכידת גז, נקודות חמות והידבקות של עובש, הארכת חיי העובש, קיצור מחזורי פיתוח והפחתת עלויות.
ביצועים מכניים וממדיים חרגו ממפרטי התכנון (חוזק מתיחה גדול או שווה ל-233.4 MPa, התארכות גדולה או שווה ל-8.92%), מה שמבטיח בטיחות ואמינות הרכב.
יציקה משולבת מחוללת מהפכה בייצור הרכב, במיוחד במגזר EV, בכך שהיא מאפשרת ייצור אינטגרציה-בשלב אחד גבוה-. לפי Citic Securities, החדירה העולמית של יציקת יציקה משולבת צפויה להגיע ל-30% עד 2030, עם פוטנציאל שוק העולה על 240 מיליארד יואן. בעקבות הדוגמה של טסלה, יצרניות OEM גדולות כולל NIO, Xpeng, Zeekr, Li Auto, Changan, Chery, וולוו, פולקסווגן, מרצדס וטויוטה מאמצות באופן פעיל את הטכנולוגיה הזו.
