Các bộ phận thân xe- đúc tích hợp thể hiện bước đột phá công nghệ lớn trong sản xuất ô tô hiện đại. Công nghệ này cho phép tích hợp cao các bộ phận hợp kim nhôm vào một hoặc một vài bộ phận lớn thông qua quá trình đúc khuôn một-bước, giảm đáng kể chi phí sản xuất, cải thiện phạm vi hoạt động của xe và nâng cao hiệu suất an toàn tổng thể. Bài viết này trình bày một nghiên cứu điển hình về dự án đúc khuôn-tích hợp ngăn phía trước. Đối với các thành phần có cấu trúc có kích thước lớn,{7}}phức tạp với hiệu suất cơ học cao và nhiều yêu cầu kết nối, chúng tôi xác định những thách thức và rủi ro khi đúc khuôn. Thông qua phân tích mô phỏng, tối ưu hóa tham số quy trình và thiết kế khuôn, sản phẩm cuối cùng đạt được sự tuân thủ về độ chính xác về kích thước, chất lượng bên trong và các yêu cầu về hiệu suất cơ học.
1. Cấu trúc và các điểm phát triển chính của ngăn phía trước tích hợp
Đúc khuôn tích hợp kết hợp các quy trình hàn và dập truyền thống thành một bước, sử dụng máy đúc khuôn có lực kẹp cao{0}}để tạo thành nhiều bộ phận hợp kim nhôm thành một hoặc một vài bộ phận lớn. Ưu điểm của công nghệ này bao gồm:
Giảm chi phí: Ít bước sản xuất hơn và giảm số điểm hàn giúp giảm tổng chi phí của xe.
Thiết kế nhẹ: Hợp kim nhôm một chất liệu giúp cải thiện phạm vi hoạt động của xe.
Tăng cường an toàn: Giảm mối hàn giúp tăng độ cứng xoắn và hiệu suất va chạm.
Ngăn phía trước tích hợp được nghiên cứu ở đây có kích thước 1600 mm × 940 mm × 700 mm, nặng 53 kg và có độ dày thành trung bình là 4,6 mm. Thành phần này sử dụng hợp kim nhôm không cần xử lý nhiệt-dòng AlSi7. Các yêu cầu về hiệu suất chính bao gồm độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 215 MPa, cường độ chảy lớn hơn hoặc bằng 115 MPa, độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 9% và góc uốn Lớn hơn hoặc bằng 20 độ. Chất lượng bên trong được kiểm soát chặt chẽ đối với độ xốp, khuyết tật lỗ ren và kích thước đường viền, với-tỷ lệ đạt kích thước đầy đủ Lớn hơn hoặc bằng 97% và các bề mặt không{17}}được gia công được kiểm soát trong phạm vi dung sai 1,6–3,0 mm.
2. Quy trình đúc khuôn và thiết kế khuôn
2.1 Thách thức và Rủi ro
Là một thành phần cấu trúc phía trước, ngăn phía trước đúc khuôn tích hợp-phải đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất kết nối, độ mỏi và va chạm, hỗ trợ các mối hàn, SPR và các mối nối dính. Kích thước lớn, đường dẫn nạp dài và quá trình hóa rắn không đồng đều làm tăng độ phức tạp của quy trình, đòi hỏi thiết bị có độ chính xác cao và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Việc sử dụng hợp kim không-xử lý nhiệt-sẽ tránh được hiện tượng biến dạng nhiệt nhưng cần phải giám sát cẩn thận thành phần vật liệu và chất lượng quy trình, bao gồm kiểm tra vật liệu đầu vào, giám sát lò nung và-kiểm tra trong quy trình.
2.2 Thiết kế tham số quy trình
Vật liệu được chọn là hợp kim nhôm không cần xử lý nhiệt-{2}}AlSi7. Tổng khối lượng bao gồm hệ thống cổng và thông gió là ~65,5 kg, với diện tích dự kiến là 15.978 cm2 và độ dày thành trung bình là 4,6 mm. Các thông số quy trình và đường cong tốc độ phun được tính toán dựa trên tỷ lệ lấp đầy khuôn, diện tích pít tông, mật độ nhôm và độ dày thành để đảm bảo điền đầy và hóa rắn đồng đều.
2.3 Phân tích mô phỏng và tối ưu hóa
Các chỉ số quy trình chính được tối ưu hóa bằng cách sử dụng mô phỏng dòng chảy:
Tốc độ làm đầy: Tốc độ đổ khuôn bên trong duy trì ở mức 45–85 m/s, trung bình 67,4 m/s, đảm bảo đổ đầy khuôn ổn định.
Nhiệt độ làm đầy: Nhiệt độ tổng thể trên 620 độ; giảm thiểu các khu vực có nhiệt độ-thấp bằng cách thêm các cổng phụ để giảm nguy cơ đóng nguội.
Theo dõi dòng nguyên liệu: Dòng đồng nhất đã được xác minh không có sự hội tụ trong tháp giảm chấn hoặc các khu vực tán đinh.
Sự đông cứng và co ngót: Các vùng-thành dày là vùng cuối cùng đông cứng lại; chốt-đúc trước và làm mát-áp suất cao giúp giảm nguy cơ co ngót.
Thông khí: Tối ưu hóa việc thông khí ở những khu vực dễ bị kẹt khí.
Điểm nóng và dính nấm mốc: Các điểm nóng được xác định ở các vùng-tường dày; các vùng-có nguy cơ dính cao được xử lý bằng phương pháp thấm nitơ và phủ bề mặt.
2.4 Kết hợp khuôn và thiết bị
Thiết kế khuôn và hệ thống phun được điều chỉnh phù hợp với thông số kỹ thuật của máy đúc khuôn-có lực kẹp 70.000 kN, lực phun 1.078 kN và áp suất hệ thống 17,5 MPa, đảm bảo sản xuất ổn định và chính xác.
3. Thử nghiệm và xác minh khuôn đúc
3.1 Chất lượng bên trong
Kiểm tra bằng tia X-đã xác nhận rằng chất lượng bên trong đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật và không có khiếm khuyết đáng kể nào.
3.2 Tính chất cơ học
Các mẫu lấy từ bộ phận cho thấy độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 233,4 MPa, cường độ chảy lớn hơn hoặc bằng 104,6 MPa và độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 8,92%, đáp ứng yêu cầu thiết kế.
3.3 Độ chính xác kích thước
Kết quả quét 3D cho thấy biến dạng tổng thể trong phạm vi 1,5 mm, tuân thủ dung sai kích thước.
4. Phân tích khiếm khuyết và biện pháp khắc phục
Các vết nứt góc và đóng nguội R-trong các gân gia cố: Hình học gân được tối ưu hóa, tăng bán kính góc R- và giảm độ dày lõi khuôn đã cải thiện dòng chảy kim loại và giải quyết các vấn đề về nứt và đóng nguội.
Vị trí cổng Vết xước bề mặt: Tăng góc nháp, điều chỉnh nhiệt độ khuôn từ 80 độ đến 50 độ và giảm tốc độ phun đã cải thiện chất lượng bề mặt.
Biến dạng kết nối buồng lái: Góc thông hơi của thanh trượt được điều chỉnh và thêm chức năng hiệu chỉnh lực ép để kiểm soát biến dạng và duy trì khoảng cách mở thích hợp.
5. Kết luận
Tối ưu hóa quy trình-dựa trên mô phỏng đã giảm thiểu thành công các khu vực có nguy cơ-cao, bao gồm đóng nguội, co ngót, kẹt khí, điểm nóng và dính khuôn, kéo dài tuổi thọ của khuôn, rút ngắn chu kỳ phát triển và giảm chi phí.
Hiệu suất cơ học và kích thước vượt quá thông số kỹ thuật thiết kế (độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 233,4 MPa, độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 8,92%), đảm bảo an toàn và độ tin cậy của xe.
Đúc khuôn tích hợp đang cách mạng hóa hoạt động sản xuất ô tô, đặc biệt là trong lĩnh vực xe điện, bằng cách cho phép sản xuất tích hợp-cao{1}}một bước. Theo Citic Securities, mức độ thâm nhập toàn cầu của lĩnh vực đúc khuôn tích hợp dự kiến sẽ đạt 30% vào năm 2030, với tiềm năng thị trường vượt quá 240 tỷ RMB. Theo gương của Tesla, các OEM lớn bao gồm NIO, Xpeng, Zeekr, Li Auto, Changan, Chery, Volvo, Volkswagen, Mercedes và Toyota đang tích cực áp dụng công nghệ này.
