Introduzzjoni
It-teknoloġija integrata tad-die-ikkastjar toffri vantaġġi bħal effiċjenza għolja fil-produzzjoni u spejjeż baxxi tal-manifattura. Bħalissa f'fażi ta 'żvilupp rapidu, għandu potenzjal biex jipproduċi komponenti kbar multipli, jissimplifika l-istrutturi tal-ġisem, u jirrevoluzzjona l-proċessi tal-manifattura tal-ġisem [1]. L-art ta' wara die-cast integrata tikkonsolida aktar minn 70 parti oriġinali f'komponent wieħed, tnaqqas b'mod sinifikanti l-piż tal-vettura u ttejjeb l-effiċjenza tal-produzzjoni. Forom, proċessi, magni tal-ikkastjar tad-die-, u materjali ta'-trattament-ħieles tas-sħana jikkostitwixxu l-erba' teknoloġiji ewlenin tad-die-ikkastjar integrat [2-3]. Magni tad-die-ikkastjar jirreferu speċifikament għal-magni fuq skala kbira b'forzi tal-ikklampjar li jaqbżu 60,000 kN [4]. Materjali ħielsa mit-trattament tas-sħana--li jintużaw primarjament illum huma-qawwa għolja,-liegi tal-aluminju fondut ta' tobusija għolja [5], magħrufa għas-saħħa speċifika għolja tagħhom, castability eċċellenti, spiża moderata, u status bħala l-materjal primarju għal komponenti awtomotivi diecast integrati attwali [6-7].
Diecastings kbar domestiċi tal-aluminju die-iffaċċjaw l-isfida li jonqsu r-rati ta' rendiment b'kumplessità ta' integrazzjoni li qed tiżdied. Fatturi ewlenin li jaffettwaw ir-rati ta’ kwalifika jinkludu:
1. Kwalità instabbli f'punti ta' ġarr ta' tagħbija-kritika: Uċuħ ta' installazzjoni għal torrijiet li jassorbu x-xokk, subframes, u pilastri C- jitolbu proprjetajiet mekkaniċi għoljin. Dawn iż-żoni ħafna drabi huma diffiċli biex jiġu ttestjati kampjuni, m'għandux ikun fihom pori interni li jaqbżu l-istandards, u għandhom ikunu ħielsa minn għeluq kiesaħ esternament. Notevolment, il-wiċċ tal-installazzjoni tal-pilastru C-ħdejn it-tarf tal-kamra tat-tmunier huwa suxxettibbli għal għeluq kiesaħ.
2. Dimensjonijiet instabbli f'uċuħ kritiċi ta 'tgħammir: Uċuħ ta' installazzjoni tal-pannelli tal-ġenb b'ħitan irqaq- fit-tarf tal-ikkastjar huma suxxettibbli għal deformazzjoni 'l ġewwa jew 'il barra, jew saħansitra brim (quddiem 'il barra, wara 'l barra). Dan jikkomprometti l-istabbiltà wara t-tgħammir mal-partijiet tal-kontroparti u jista' jikkawża allinjament ħażin tat-toqba -ffurmati minn qabel, li jwassal għal falliment tal-magni [8-15].
Dan l-istudju juża simulazzjoni biex ibassar id-difetti f'komponent integrat ta' l-art ta' wara die-cast u jottimizza s-sistema ta' gating u overflow biex ittejjeb il-kwalità interna, bil-għan li tipprovdi referenza għat-tfassil ta' kkastjar kbar simili.
1 Karatteristiċi Strutturali u Rekwiżiti Tekniċi
L-ikkastjar ta 'l-art ta' wara jikkostitwixxi s-sezzjoni ta 'l-art fuq wara tal-kompartiment tal-passiġġieri, li jintegra komponenti bħal kmamar tat-tmunier ta' wara tax-xellug/lemin, travi lonġitudinali ta 'wara, travi trasversali, pjanċi ta' konnessjoni ta 'l-art, u rinfurzar tar-raġġ ta' ġewwa. L-ikkastjar għandu dimensjonijiet ġenerali ta '1,630 mm × 1,624 mm × 666 mm, massa ta' 63 kg, ħxuna medja tal-ħajt ta '3 mm, u żona proġettata ta' 23,000 cm². Minħabba d-daqs kbir tiegħu, il-ħitan irqaq, u r-rekwiżiti ta' spazju sinifikanti, il-ħinijiet ta' ċiklu twal, u r-riskji ta' distorsjoni assoċjati mat-trattament tas-sħana, liga tal-aluminju mingħajr trattament tas-sħana-trattament-hija obbligatorja.
Il-proċess SPR (Self-Piercing Riveting) huwa adattat għall-irbit kiesaħ ta' materjali differenti tal-azzar-aluminju [8]. Konsegwentement, it-truf ta 'quddiem u ta' wara tal-ikkastjar jgħaqqdu l-art ta 'quddiem u l-assemblaġġ tal-art ta' wara, rispettivament, permezz ta 'SPR. Il-kmamar tat-tmunier tax-xellug u tal-lemin jistgħu wkoll jgħaqqdu mal-pannelli tal-ġenb permezz ta 'SPR. Filwaqt li dawn l-erba 'truf mhumiex żoni primarji ta' tagħbija-li jġorru t-tagħbija tal-art ta 'wara, huma jitolbu siġillar għoli u integrità tal-konnessjoni, li jikkorrispondu mar-rekwiżiti għall-flatness u s-saħħa għolja-ebusija tal-materjal.
Rekwiżiti tad-Dehra: Ħieles minn difetti bħal għeluq tal-kesħa, xquq, u ċipep.
Rekwiżiti tal-Prestazzjoni tal-Materjal (-bake minn qabel):
Postijiet SPR (Teħid ta 'Kampjuni tal-Korp): Qawwa tat-tensjoni akbar minn jew ugwali għal 215 MPa, Qawwa ta' rendiment akbar minn jew ugwali għal 115 MPa, titwil akbar minn jew ugwali għal 12%, Angolu tal-liwja akbar minn jew ugwali għal 20 grad .
Nofs ta 'wara tal-kamra tat-tmunier (ftit aktar baxx): Saħħa tat-tensjoni akbar minn jew ugwali għal 215 MPa, qawwa ta' rendiment akbar minn jew ugwali għal 110 MPa, titwil akbar minn jew ugwali għal 6%, angolu tal-liwja akbar minn jew ugwali għal 20 grad .
Żoni oħra: Rekwiżit ta 'titwil bejn 6% u 12%.
Meta wieħed iqis in-nuqqas ta' omoġeneità inerenti tal-proprjetajiet mekkaniċi f'kampjuni ta' korp die-cast, il-kisba ta' proprjetajiet mekkaniċi speċifikati kullimkien f'żoni magħżula hija ta' sfida. Għalhekk, testijiet fuq il-bank huma meħtieġa biex jivverifikaw il-prestazzjoni ewlenija tat-tagħbija-ta' torrijiet li jassorbu x-xokk u travi lonġitudinali [9]. It-testijiet fuq il-bank tipikament jinkludu testijiet tad-durabilità u tat-tgħaffiġ:
Testijiet ta' Tgħaffiġ ta' Durabilità u Z-direzzjoni: Simula tagħbija ta' shock absorber fuq wara. It-tagħbija medja tat-test tad-durabilità hija 11.5 kN. Taħt it-tgħaffiġ tad-direzzjoni Z-, it-tagħbija tal-ewwel-stadju ta' 38 kN teħtieġ deformazzjoni tal-punt tat-tagħbija Inqas minn jew ugwali għal 3 mm; it-tagħbija tat-tieni-stadju ta' 74 kN ma teħtieġ l-ebda qsim fil-punt tat-tagħbija.
X-test tat-tgħaffiġ tad-direzzjoni: Jissimula t-tagħbija tar-raġġ lonġitudinali. Taħt forza ta 'tagħbija unilaterali Akbar minn jew ugwali għal 206 kN, l-ebda qsim u deformazzjoni Inqas minn jew ugwali għal 3 mm għandhom iseħħu fil-punt tat-tagħbija.
2 Die-Disinn tal-Proċess tal-Ikkastjar
2.1 Disinn tas-Sistema tal-Gating
L-art ta 'wara żviluppata għandha tieqa ta' konnessjoni tal-pjanċa tal-qoxra ta 'quddiem fit-tarf ta' quddiem tagħha. Madankollu, il-proporzjon tal-aspett għoli tiegħu (3.14) u l-post tat-tarf jagħmlu l-gting taċ-ċentru mhux adattat. Ġie adottat approċċ wieħed ta'-side gating, tipiku għal die-ikkastjar konvenzjonali. Ibbażat fuq ir-riżultati tal-analiżi tal-fluss Magma, tliet disinji ta’ runner (S1, S2, S3) ġew ottimizzati b’mod sekwenzjali:
Id-disinji S1 u S2 użaw magna tal-ikkastjar ta' 70,000 kN.
Id-disinn S3 uża 120,000 kN die-magna tal-ikkastjar, inkorpora ottimizzazzjonijiet strutturali minuri mal-korp tal-ikkastjar, u żied id-dijametru tal-planġer, in-numru ta 'ingates, u l-erja ta' ingate.
2.2 Analiżi ta' Simulazzjoni ta' Mili u Solidifikazzjoni
Is-softwer Magma simula l-proċess tal-ikkastjar tad-die-l-art ta' wara. Materjal tal-moffa kien azzar tal-għodda H13; materjal tal-ikkastjar kien C611 liga tal-aluminju ta '-qawwa għolja,-għoli [1]. Parametri stabbiliti: Temperatura tat-tidwib 680 grad, temperatura tal-planġer 200 grad, temperatura tal-kmiem tal-isparatura 250 grad, temperatura tal-moffa 180 grad. Il-parametri tal-injezzjoni varjaw għal kull skema.
Riżultati tal-Analiżi tal-Iskema S1:
Fl-aħħar-tal--mili, il-pożizzjoni tat-tarf tal-kamra tat-tmunier kellha l-inqas temperatura (~618.6 grad ) u ssolidifikat l-ewwel (frazzjoni solida ~1%). L-ikkastjar attwali jeħtieġ temperatura tat-tidwib ogħla u monitoraġġ iffokat tat-temperatura tal-wiċċ tal-moffa f'dan ir-reġjun. Minħabba varjazzjonijiet fit-temperatura tal-moffa, jeżisti riskju ta' għeluq kiesaħ fit-tarf tal-kamra tat-tmunier tas-sezzjoni tan-nofs-.
Meta t-tidwib laħaq in-nofs tal-kavità ta 'wara, iż-żona tal-fluss ristretta kkawża veloċitajiet ta' mili sa 60 m/s. Żewġ nixxigħat ta 'tidwib ikkonverġu fiċ-ċentru tal-crossbeam tat-tarf. Veloċità għolja kkawżat tidwib tidwib, ħolqien ta 'riskju għoli ta' għeluq kiesaħ u xquq, tnaqqas il-proprjetajiet mekkaniċi.
Differenza ta 'pass sinifikanti u ħajt eħxen ħdejn l-ingate tar-raġġ lonġitudinali ta' wara kkawżaw bwiet kbar tal-arja iżolati fuq iż-żewġ naħat. Toqob bil-makna f'din iż-żona jagħmlu d-difetti tal-porożità ta 'detriment għar-rendiment.
Wara li t-tidwib daħal fir-raġġ tas-soll, il-pressjoni tal-ikkastjar żdiedet b'mod stabbli għal 30 MPa. Ibbażat fuq iż-żona proġettata tal-korp tal-ikkastjar (18,136 cm²), dan kien jeħtieġ forza ta 'ikklampjar ta' 69,000 kN. Meta wieħed iqis fattur ta 'sikurezza ta' 1.2 u inkluża s-sistema ta 'gate (erja proġettata stmata ~ 25,000 cm²), il-forza tal-ikklampjar meħtieġa laħqet 90,000 kN, qabżet il-kapaċità tal-magna ta' 70,000 kN.
Riżultati tal-Analiżi tal-Iskema S2:
Iż-żieda ta' runner direttament faċċata tal-kamra tat-tmunier tnaqqas il-ħin tal-mili tal-kamra tat-tmunier għal 51 ms (vs . 59 ms għal S1). Il-ħin totali tal-mili kien ta' 86 ms.
It-taqlib fiż-żewġ kmamar tat-tmunier kien aktar evidenti. Il-kontenut tal-gass kien l-ogħla fil-punt tal-konfluwenza tat-tidwib fil-crossbeam fit-tarf-tal--mili, u ħoloq riskji għoljin għal porożità, xquq, u difetti li jinxtorob [7].
Il-kwistjoni tal-fluss kiesaħ fiż-żona tat-tmunier ma ġietx solvuta b'mod effettiv.
Riżultati tal-Analiżi tal-Iskema S3:
L-ottimizzazzjoni tar-runner ibbażata fuq skemi preċedenti, ġew miżjuda bjar tal-overflow fiċ-ċentru tat-tarf tal-kamra tat-tmunier u ċ-ċentru tal-crossbeam tat-tarf. Iż-żona ta 'l-ingate żdiedet (li teħtieġ forza ta' injezzjoni ogħla biex tinżamm il-veloċità). Il-forza tal-ikklampjar tal-magni ġiet aġġornata għal 120,000 kN.
It-temperatura tat-tarf tat-tmunier kienet inqas minn S1/S2 iżda qrib it-temperatura tal-liquidus. It-tidwib laħaq l-ingates f'305 ms (il-ħin beda mill-mili tal-gallettini), b'veloċità massima ta '60 m/s. Il-kavità mimlija kompletament f'390 ms, tieħu 85 ms. Il-pressjoni tal-ikkastjar kienet ta '40 MPa.
Ibbażat fuq iż-żona proġettata tas-sistema tal-gating S3 (25,813 cm²), il-pressjoni massima tal-ikkastjar li setgħet tipprovdi l-magna ta '120,000 kN kienet 46.5 MPa, li tissodisfa r-rekwiżit.
Il-bjar tal-overflow miżjuda ħdejn il-kamra tat-tmunier tejbu l-insib tal-arja meta mqabbel ma 'S2. Il-prossimità għall-ingate naqqset ukoll ir-riskju tal-porożità.
L-iskema S3 intgħażlet għall-manifattura tal-moffa.
3 Metodi tat-Test u Riżultati
3.1 Die-Parametri tal-Ikkastjar u Metodi tat-Test
Il-produzzjoni użat magna tal-ikkastjar die-Lijin 120,000 kN. Il-liga kienet C611 materjal ħieles mit-trattament-sħana-(il-kompożizzjoni kimika laħqet l-ispeċifikazzjonijiet). Meta mqabbla ma' materjali strutturali tradizzjonali AlSi10MnMg, il-ligi ħielsa mit-trattament-sħana-offerta aħjar bħala-ebusija mitfugħa, ta' benefiċċju għall-irbattar. It-temperatura tat-tidwib kienet 680 grad. Il-vakwu tal-moffa dinamiku u fiss kien ta '10 kPa.
Fluss tal-Proċess: Bexx → Blow-off → Għeluq tal-moffa → Tferrigħ → Evakwazzjoni bil-vakwu → Injezzjoni → Agħfas Lokali → Tkessiħ Dirett/Tkessiħ Spot → Ftuħ tal-Moffa → Estrazzjoni tal-Robot → Iċċekkja tal-Integrità → Tkessiħ tal-Ilma → Tirqim u Drittjar → Immarkar → Immaniġġjar tar-Robot → Tidwib Offline → Trasferiment tal-Proċessjoni Manwali → Trasferiment Dimensjonali → Trasferiment Dimensjonali.
Spezzjoni ta' kwalità interna użat magna ta' spezzjoni bir-raġġi X Maice FSC heavy-9-assi. Il-kampjuni tat-tensjoni l-ewwel inqatgħu mill-korp tal-ikkastjar bħala vojt żgħar (tul ta '80-100 mm, wisa' 15-30 mm), imbagħad maħduma f'kampjuni tensili standard b'tul ta 'gauge ta' 25 mm.
3.2 Spezzjoni Interna tal-Kwalità
Ir-riżultati tal-ispezzjoni tar-raġġi X-ma wrew l-ebda difett sinifikanti fil-porożità fiż-żoni ta' ġewwa, il-crossbeam ta' wara, jew il-kmamar tat-tmunier tal-ġenb tal-ikkastjar tal-art ta' wara. Il-kwalità interna laħqet l-istandards ASTM E505 Livell 2. Minħabba ħitan eħxen, il-pumijiet tat-toqba tal-magni kienu suxxettibbli għall-porożità, li jeħtieġu aktar kontrolli għall-pori esposti u l-konformità mal-istandards tad-dehra. It-testijiet taż-żamma tat-tagħbija għal inserzjonijiet bil-kamin jew viti tat-tapping waħedhom-twettqu bl-użu ta 'magna tal-ittestjar tat-tensjoni CMT5305.
3.3 Proprjetajiet mekkaniċi tat-tensjoni mit-teħid ta 'kampjuni tal-ġisem
Il-proprjetajiet mekkaniċi ġew ittestjati f'39 post fuq il-korp tal-ikkastjar. Il-punti tat-teħid tal-kampjuni kienu mqassma b'mod simetriku (L: In-naħa tax-xellug tal-ġisem, R: In-naħa tal-lemin tal-ġisem), li jkopru żoni ewlenin:
Pożizzjonijiet 1-10: Tarf tal-kamra tat-tmunier (tarf tal-irbattar tal-ġenb).
Pożizzjonijiet 11-20: Sezzjoni tan-nofs ta’ Wheelhouse.
Pożizzjonijiet 21-23: Ingate area (tarf tal-irbattar tal-assemblaġġ tal-art ta 'wara).
Pożizzjonijiet 31-34: Tarf tal-konnessjoni tal-pjanċa tal-qoxra ta 'quddiem.
Pożizzjonijiet 35-37: Xifer tal-irbattar tal-art ta' quddiem fit-tarf-tal-mili.
Riżultati:
Is-saħħa tat-tensjoni (TS) u r-rendiment (YS) kienu relattivament stabbli madwar il-postijiet. TS medju kien 237 MPa; YS medja kienet 118.9 MPa.
It-titwil varja b'mod sinifikanti skont il-post, b'medja ta' 6.5% biss, b'xi punti taħt is-6%. Il-valur medju tat-titwil huwa influwenzat mill-post tal-kampjunar u l-kwantità u jservi biss bħala referenza [9]. Għat-tqabbil, art ta 'wara oħra li tuża l-istess materjal kisbet titwil medju ta' 9%.
Ibbażat fuq ir-rekwiżiti tal-iżvilupp inizjali tal-klijent, il-proprjetajiet tal-ġisem (speċjalment it-titwil f'xi postijiet) ma setgħux jiġu sodisfatti bis-sħiħ. Għalhekk, ir-riżultati tat-teħid tal-kampjuni tal-ġisem waħedhom ma jistgħux ikunu l-uniku kriterju għall-kwalifika tal-prodott. Il-prestazzjoni ġenerali għandha tiġi ġġudikata abbażi tat-test fuq il-bank u r-riżultati tal-validazzjoni sħiħa tal-vettura.
4 Konklużjoni
(1) Is-softwer Magma intuża biex jiddisinja u jottimizza s-sistema tal-gaing għall-ikkastjar tal-art ta 'wara tal-liga tal-aluminju C611. Is-simulazzjoni wriet li varjazzjonijiet sinifikanti tal-ħxuna tal-ħajt fir-reġjuni tal-pass, flimkien ma 'temperatura baxxa tat-tidwib li tgħaddi minn dawn iż-żoni, joħolqu riskji għall-qbid tal-arja, għeluq tal-kesħa u xquq. Analiżi tal-pressjoni tal-mili fir-reġjun tal-crossbeam tat-tarf indikat li magna die-ikkastjar b'forza tal-ikklampjar li taqbeż id-90,000 kN hija meħtieġa għall-iffurmar sħiħ tal-art ta 'wara.
(2) Għażla ta '120,000 kN die-magna tal-ikkastjar għall-produzzjoni, flimkien ma' simulazzjoni-ottimizzazzjoni bbażata, eliminat b'mod effettiv difetti ta 'porożità u porożità li jinxtorob. Madankollu, xquq suxxettibbli li jseħħu f'żoni ta 'tranżizzjoni strutturali u żoni b'varjazzjonijiet sinifikanti fil-ħxuna tal-ħajt kellhom impatt fuq il-proprjetajiet mekkaniċi. Il-qawwa medja ta 'rendiment, is-saħħa tat-tensjoni, u t-titwil minn kampjuni maqtugħa mill-korp ta' l-ikkastjar ta 'l-art ta' wara C611 kienu 118.9 MPa, 237 MPa u 6.5% rispettivament, essenzjalment jilħqu l-miri tad-disinn prinċipali (TS>=215 MPa, YS>=115 MPa Greater than or equalation to 115 MPa , or equalation %).
(3) Meta mqabbel ma 'proċessi ta' formazzjoni tradizzjonali bħall-irbattar u l-ittimbrar, l-art ta 'wara die-cast integrata kisbet tnaqqis fil-piż li jaqbeż l-10%. Adozzjoni futura ta' 200,000 kN magni tal-ikkastjar tad-die-wegħda għall-kisba ta' manifattura ta' ċiklu ta'-qasir, ta' prezz baxx-, u ta'-saħħa/għoli-għoli ta' kkastjar tal-karrozzerija tal-karozzi.
