Préface:

Dès septembre 2020, Musk, PDG de Tesla, a annoncé pour la première fois que la technologie intégrée de moulage sous pression serait utilisée dans la production du panneau de carrosserie arrière du Model Y. La technologie de moulage sous pression intégrée est un nouveau changement dans la technologie de moulage sous pression. En reconcevant plusieurs pièces indépendantes qui doivent être assemblées dans la conception originale et en utilisant une très grande machine de moulage sous pression pour couler sous pression en une seule fois, des pièces complètes peuvent être directement obtenues pour réaliser les fonctions d'origine. Mais en termes de maturité technologique, il lui reste encore un long chemin à parcourir.

Introduction

L'avenir de la production de moulage sous pression

Les processus de production automobile traditionnels sont l'emboutissage, le soudage, la peinture et l'assemblage en 4 étapes. Généralement, la plaque d'acier est estampée en petites pièces, en suivant les dessins de conception, soudée en grandes pièces, assemblée dans la carrosserie et enfin peinte.

Tesla a ouvert un tout nouveau domaine de production automobile, c'est-à-dire en utilisant les caractéristiques du processus traditionnel de moulage sous pression et en lançant le moulage intégré avec des concepts et des matériaux avancés, ce qui a changé la méthode de production automobile conventionnelle en combinant les deux étapes d'estampage et souder en une seule étape et couler directement les grandes pièces, ce qui est un nouveau processus qui a considérablement amélioré l'efficacité de la production et réduit les coûts à long terme. De plus, cela augmente le taux de recyclage des matériaux de carrosserie entièrement en aluminium à plus de 95 %, ce qui devient plus simple et plus efficace.^[1]

Les matériaux utilisés dans le moulage sous pression intégré de ses pièces automobiles sont nouveaux et peuvent faire l'objet d'un traitement thermique gratuit. Sa caractéristique est qu'il n'a pas besoin de passer par un traitement de solution à haute température ni un vieillissement artificiel, seul le vieillissement naturel permet d'obtenir une meilleure résistance et plasticité. Alliage d'aluminium moulé sous pression sans traitement thermique principalement par microalliage pour réguler la microstructure et la morphologie dimensionnelle de l'alliage, combiné avec un renforcement en solution solide, un renforcement à grains fins et un renforcement par dispersion de deuxième phase pour renforcer le matériau. L'utilisation d'un alliage d'aluminium à traitement thermique gratuit peut améliorer la qualité des pièces moulées, améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage, économiser de l'énergie et réduire les émissions de carbone afin que les pièces de la structure de la carrosserie présentent de plus grands avantages en termes de coût et de performances.

À l'heure actuelle, les pièces automobiles moulées sous pression intégrées ont quatre seuils majeurs: moule, matériau, machine et processus.

Moule

1. Fabrication de moules

La fabrication de moules est difficile, et l’une des difficultés liées à la fabrication de moules de moulage sous pression est la conception. Les moules de moulage sous pression sont complexes et ont des coûts de traitement élevés. La difficulté de la conception des moules réside dans la nécessité de prendre en compte de nombreuses questions telles que l'équilibre thermique, le démoulage et la direction d'alimentation du coulis.^[2]

(1) L'équilibre thermique dans le coût de production du moule représente un coût relativement faible mais affectera la solidification, la qualité, le cercle, etc., affectant la durée de vie globale du moule est un facteur clé. La conception du bilan thermique est la conception du tuyau de refroidissement, y compris l'emplacement, le débit d'eau de refroidissement, etc. ;
(2) La direction du liquide fondu affecte la qualité du moulage sous pression et des matières premières, la conception n'est pas raisonnable, cela entraînera le problème de sous-injection des ébauches, affectant ainsi le taux de rendement du produit ;
(3) L'air dans la cavité entraînera un rendement de moulage du produit peu élevé, peut généralement être utilisé pour faciliter la décharge de gaz, les moules de précision haut de gamme utilisent également la technologie de moulage sous vide, pour résoudre le problème de l'air n'est pas exclu ;
(4) La conception du démoulage se reflète dans le produit après le moulage pour retirer l'étape, la conception n'est pas raisonnable et rendra le produit coincé dans le moule impossible à retirer.

2. Sélection des matières premières du moule

Les moules doivent être injectés dans le métal en fusion, le moulage après refroidissement, le processus de cavité et le contact direct du métal à haute température, soumis à plusieurs reprises à un froid et une chaleur extrêmes et à des conditions de travail difficiles, donc améliorer la durée de vie du moule est la clé au contrôle des coûts. En plus d'une conception raisonnable pour améliorer la durée de vie, la sélection des matières premières et l'innovation du moule sont cruciales. Le matériau nécessite une stabilité thermique élevée, une résistance à haute température, une résistance à l'usure, une ténacité, une conductivité thermique et d'autres propriétés. Des moyens spécifiques pour améliorer la durée de vie sont

(1) éliminer le gaz métallique et les autres éléments non métalliques, améliorant ainsi la pureté, par exemple la teneur en soufre de l'acier de l'élément est contrôlée à 0.003 % ou moins, l'amélioration de la durée de vie du moule de 1.3 fois.
(2) Réduire la teneur en éléments d'alliage tels que Mn\Si\Cr pour réduire la ségrégation de l'acier.
(3) le moule a un effet de plaque courte, n'importe quelle direction de la performance est faible, ce qui affectera la durée de vie globale, vous permettant ainsi d'améliorer l'isotropie et l'uniformité.

Avec les moules de moulage sous pression à grande échelle et l’augmentation de la précision, ces difficultés vont augmenter. Plus la précision du moule est élevée, plus la conception du bilan thermique est complexe, plus la difficulté d'usinage est élevée, plus il y a de considérations pour la conception d'éjection du moule et plus la difficulté technique est élevée. Plus le moule correspond, plus le bilan thermique de la gamme augmente et les exigences en matière de matériaux telles que l'isotropie, l'uniformité et la pureté sont plus élevées.

3. Cadre de moule

Le cadre du moule est l’un des principaux coûts du moule et nécessite un entretien régulier. Dans la structure des coûts des moules de très grande taille, le coût du porte-matrice représente environ 40 %, et la structure et la précision de fabrication du porte-matrice affectent directement la structure du moule et la précision des pièces forgées. Pour garantir l'exactitude du porte-matrice, celui-ci doit être inspecté et entretenu régulièrement et révisé régulièrement (il doit généralement être inspecté et entretenu chaque année).

Nous pensons que le cadre de matrice évolue vers la non-standardisation, la complexité et la précision. Le moule est trop grand, trop précis et trop complexe. Le cadre du moule prend également en charge la mise à niveau :

(1) développement non standardisé. Les entreprises de fabrication de cadres de matrice suivent le plan de production de cadres de matrice standard basé sur le début pour fournir une variété de fournitures de cadres de matrice non standard, c'est-à-dire conformément aux exigences du cadre de matrice standard pour le traitement et la finition en profondeur. En 2010, les cadres de matrices non standard représentaient 60 à 70 % des ventes de cadres de matrices, et principalement des moules de grande taille et de précision. Avec l'intégration de la révolution technologique du moulage sous pression, nous nous attendons à ce que les cadres de moules non standard continuent de s'améliorer ;
(2) complexité, développement de précision. Parallèlement à la division approfondie du travail dans la fabrication de moules, les entreprises de fabrication de moules transféreront davantage de liens de finition aux entreprises de fabrication de moules, de sorte que les produits de moules standard sur le projet de finition augmentent, tels que le traitement des trous de canal, les trous de tige de traction, le noyau. trous, trous de tige de poussée, trous d'eau de refroidissement, trous de pilier de guidage oblique, trous de tige de poussée obliques, etc., installation de l'anneau de positionnement, du localisateur, du jeu de carottes, pousser le pilier de guidage de plaque, blocs de support, etc. Ces projets de finition complexes sur le processus de fabrication des moules et leur précision mettent en avant des exigences plus élevées ;
(3) Le degré de standardisation des cadres de moules non standardisés s'améliore constamment. La normalisation est propice à la réduction des coûts et à l'efficacité de l'entreprise, avec le développement de l'industrie des cadres de moules, la technologie de fabrication spécialisée continue de s'approfondir et la structure de cadre de moule non standardisée continue de modéliser, de normaliser et de produire spécialisée.

Matières

Les machines de moulage sous pression traditionnelles disposent d'un traitement de solution à haute température et de processus de vieillissement artificiel. Pour les produits surdimensionnés intégrés, le matériau doit être exempt de traitement thermique post-traitement en plus des imperfections traditionnelles du processus de moulage sous pression, ce qui constitue également un défi de taille. Par conséquent, pour relever ces défis, il existe quelques solutions pour le matériau comme suit.

1. Le rôle des éléments d'alliage sur les alliages d'aluminium moulés sous pression sans traitement thermique du système Al-Mg

Mg comme moulage sous pression Al-Mg alliage en plus de Al dans la plus haute teneur en éléments, dans Al solubilité solide jusqu'à 17.4%, a un bon effet de renforcement de la solution solide, en améliorant la résistance de l'alliage en même temps n'affecte pas la ténacité de l'alliage, mais améliore également la fluidité de l'alliage et la résistance à la tendance à la fissuration thermique, et pour réduire le phénomène de moisissure collante. Cependant excessif Mg provoquera non seulement une oxydation, mais réduira également les performances de coulée de l'alliage, et avec Al pour former Al₃Mg₂ phase, les propriétés mécaniques de l'alliage et les performances de résistance à la corrosion ont des effets néfastes ^[3]. Moulage sous pression avec traitement thermique gratuit Al-Mg l'organisation de moulage d'alliage est principalement du cristal dendritique, granulaire de grande taille α₁-Au grains, finement sphériques α₂-Au grains et organisation eutectique, voir Figure 1 ^[4].

Les propriétés mécaniques de l'alliage peuvent être considérablement améliorées en régulant la composition élémentaire et en ajoutant des oligo-éléments. JIS et al. ^[5] sur la base de l'influence de chaque élément d'alliage sur les propriétés mécaniques du matériau, la composition optimale a été obtenue comme étant de 5.0 % à 5.5 % Mg, 1.5% ~ 2.0% Si, 0.5% ~ 0.7% Mn, 0.15 ~ 0.2 % Ti et pas plus de 0.25% Fe, avec le solde de Al. La limite d'élasticité de l'alliage à l'état coulé peut atteindre 150 MPa, résistance à la traction de 300 MPa, et un allongement supérieur à 15 %. Wu Han ^[6]grâce à des tests orthogonaux pour déterminer la composition optimale de l'alliage aluminium-magnésium moulé sous pression pour 5.4 % Mg,% 2.0 Si,% 0.77 Mn, ≤ 0.22% Fe, l'équilibre de Al, de sorte que la résistance à la traction de l'alliage moulé de 353.58 MPa, limite d'élasticité de 204.53 MPa, l'allongement de 12.46%. Si peut être avec Mg pour former le Mg₂Si phase eutectique, qui est la Al-Mg système exempt de chaleur. Si peut former le Mg₂Si phase eutectique avec Mg, qui constitue la principale phase de renforcement du Al-Mg Alliage d'aluminium moulé sous pression sans traitement thermique du système, et l'influence de Mg et Si sur les propriétés de l'alliage est illustré à la Fig. 2 ^[5].

Pour améliorer la résistance, la ductilité et la résistance à la corrosion de l'alliage à l'état brut de coulée, tous Mg et Si devrait être transformé en un idéal Mg₂Si particules, donc le rapport de masse de Mg et Si devrait être 1.73∶1 (correspondant au rapport de mesure chimique 2∶1 de Mg₂ Si) ^[7]. Pour améliorer le renforcement en solution solide des alliages à l'état brut de coulée, le Mg et Si La teneur en alliages doit être proche de la solubilité maximale de Mg2Si in Al De 1.85%. HU ZQ et al. ^[8]>J'ai découvert que lorsque le Mg la teneur en alliages variait de 5.7 % à 7.2 %, la limite d'élasticité et la dureté ont été augmentées respectivement de 11 % et 9 %, mais l'allongement a été considérablement réduit et la résistance à la fatigue des alliages a augmenté avec l'augmentation de la Mg contenu. YUAN LY et al ^[4] à la composition chimique, à la fraction de phase eutectique, à la granulométrie moyenne, Mg solution solide et propriétés de traction de la relation entre l'établissement de tracés de contour, comme guide pour le développement de moulage sous pression à haute résistance et ténacité Al-Mg-Si alliages, a déterminé que lorsque le Mg teneur de 6.5 % à 7.5 %, Si teneur de 2.4 % à 3.0 %, l'allongement peut être supérieur à 10 % et avoir en même temps une limite d'élasticité et une résistance à la traction élevées.

Mn est un élément constitutif important dans Al-Mg alliages système. Ajout de 1 % Mg aux alliages d'aluminium peut augmenter la résistance à la traction de l'alliage de 35 MPa, et l'effet fortifiant de Mn est deux fois plus élevé que celui de la même quantité de Mg ^[9]. Maintenant, Mn est principalement ajouté à la place de Fe pour améliorer le démoulage de l'alliage et rendre le Al₃Mg₂ la phase précipite uniformément pour améliorer la résistance à la corrosion et les performances de soudage de l'alliage. Le Al₆Mn La phase formée dans l'alliage peut réduire la tendance à la fissuration à chaud de l'alliage. En outre, Mn peut également augmenter le Fe teneur en α-AlFeSi composés intermétalliques et inhibent la formation de composés en forme d'aiguilles β-AlFeSi, AlFe₃ phase, améliorant ainsi les performances de l'alliage, notamment la ténacité plastique. Le meilleur Mn la teneur en alliage est de 0.3 % à 0.8 %, lorsque le Mn teneur de 0.8 %, l'allongement maximal, la teneur continue d'augmenter, la plasticité est considérablement réduite, et Mn,Sje me suis combiné avec la formation de la phase AlMnSi de sorte que la résistance de l'alliage a diminué.

Cu peut être solidement dissous dans α-Al composés matriciels ou granulaires qui existent dans Al-Mg alliages, peut améliorer considérablement la résistance et la dureté de l'alliage et, lors du processus de cuisson ultérieur, favorise la formation de β″ phase, améliore les propriétés de durcissement à la cuisson, mais le fissuré Al₂CuMg phase et Cu-Les composés de réticulation riches feront légèrement diminuer l'allongement ^[10-11]. La présence de Cu augmente également la tendance à la corrosion intergranulaire de l'alliage et la tendance à la fissuration thermique, donc contrôlez généralement le Cu teneur de 0.3 % à 0.8 %, et minimiser la teneur en Cu.

Ti est l'élément principal ajouté pour affiner l'organisation du moulage de l'alliage, réduire la tendance à la fissuration et améliorer les propriétés mécaniques ^[12]L’ Al₃Ti particules et Tic formé après l'ajout de Ti à l'alliage peut favoriser la nucléation du α-Al matrice pour affiner la taille des grains, et en même temps, Al₃Ti peut répartir la phase de précipitation de manière diffuse dans l'alliage, fixant efficacement les limites de grains et les dislocations, empêchant la recristallisation de l'apparition de la résistance et améliorant l'allongement. Quand Ti et B sont additionnés, B peut non seulement former le Al₂B phase sous-stable comme point de nucléation spontanée de la matrice, mais réduit également la solubilité de Al₃Ti ou former le TiB₂ phase comme point de nucléation hétérogène, ce qui favorise la nucléation du Al₃Ti Phase, et améliore considérablement l'effet de raffinage. Cependant, il convient de noter que Ti et Cr, Zn, Mn, et d'autres éléments d'impuretés produisent des réactions d'empoisonnement ^[13].

2. Le rôle des éléments d'alliage sur l'alliage d'aluminium moulé sous pression sans traitement thermique du système Al-Si

Si dans le moulage sous pression sans traitement thermique Al-Si la teneur en alliage du système, en général, est de 4.0 % à 11.5 %. Avec l'augmentation de Si contenu, α-Al les grains dendritiques continuent à être raffinés, les Mg₂Si phase de renforcement et le nombre d'eutectiques Si les phases continuent d'augmenter, au cours desquelles la taille et la morphologie de l'eutectique Si La phase affecte de manière significative les propriétés de l'alliage, il faut essayer de rendre l'eutectique Si la phase est sphérique ou fibreuse uniformément répartie, pour améliorer la résistance et la ténacité de l'alliage ^[14]. Moulage sous pression avec traitement thermique gratuit Al-Si l'organisation de l'État en fonte d'alliages de système est principalement uniforme α-Al dendrites, eutectiques Si, et autre deuxième phase granulaire ^[15]. Le renforcement de cet alliage nécessite le contrôle de la composition de l'alliage et l'ajout d'agents d'affinage et d'agents densifiants pour affiner le primaire. α-Al Phase, réduire l'espacement des bras de dendrites secondaires et améliorer la morphologie de l'eutectique Si. La figure 3 montre le diagramme de solidification de la microstructure de Al-Si-Mg alliage après l'ajout de l'élément métamorphique Sr et ajout composite de Sr et raffineur Al-Ti-B ^[16]. ZHANG p et al. ^[15] développé Al-10Si-1.5Cu-0.8Mn-0.15Fe alliage en ajustant la teneur en Cu, Mn et Fe, qui présentait de meilleures propriétés mécaniques, la limite d'élasticité était de 190 MPa et la résistance à la traction était de 308 MPa.

BOSCH d et al. ^[17] a souligné que l'ajout de Mn à Al-Si alliages d'aluminium moulés sous pression avec un w(Mn)/w(Fe) Un rapport de 1, combiné à une vitesse de refroidissement élevée, permet d'obtenir des alliages présentant une excellente plasticité (allongement > 10 %). Cu ajouté à Al-Si Les alliages augmentent considérablement la résistance, mais la résistance à la corrosion et la résistance à la fissuration thermique ont tendance à diminuer considérablement et la plage de température de solidification de l'alliage augmentera considérablement. À faible Cu teneur, les propriétés de l’alliage dépendent principalement de la présence du Al₂Cu phase, lorsque le Al₂Cu la phase est uniformément répartie dans la matrice sous forme de particules sphériques, la résistance du matériau peut être considérablement augmentée et la plasticité est maintenue à un niveau élevé ; s'il est réparti le long des joints de grains sous forme d'un maillage continu, la résistance est quasiment inchangée mais la ductilité diminue significativement ^[18]. Avec l'augmentation de Cu contenu, la ségrégation eutectique de Cu détériorera la plasticité du matériau et entraînera la formation d'un grand nombre de Al2Cu phases réduit considérablement la résistance à la corrosion. Par conséquent, le montant de Cu ajoutés aux alliages d'aluminium moulés sous pression sans traitement thermique doivent être strictement contrôlés, ou d'autres éléments doivent être remplacés, tels que Zr, V, Mo, Et ainsi de suite.

Mn in Al-Si les alliages du système peuvent inhiber la recristallisation, augmenter la température de recristallisation, affiner considérablement les grains recristallisés, améliorer les performances à haute température de l'alliage, améliorer la résistance à la fatigue et réduire le retrait ^[15]. En outre, Mn peut également éliminer les effets néfastes du Fe élément, dans le Al-Si alliages système, Mn peut former une sphère ou un kanji Al₁₂Mn₃Si₂ et AlFeMnSi phases, pour éviter la formation de longues aiguilles β-AlFeSi phase, mais aussi avec la formation d'une précipitation uniforme de Mg, pour améliorer la résistance à la corrosion des alliages et les performances de soudage. Cependant, le contenu trop élevé Mn réduira l'allongement de l'alliage, il est donc généralement contrôlé à 0.8 % ou moins.

Mg dans le Al-Si Les alliages du système peuvent améliorer la résistance à la traction, la dureté et la résistance à la corrosion du matériau, réduisant ainsi efficacement la Sr et Cu éléments ajoutés à la coulée à tendance microporeuse. En haut Si alliage d'aluminium ajouté 0.3% ~ 0.4% de Mg, la formation de la phase binaire renforcée Mg₂Si peut faire le α-Al et eutectique Si le raffinement et la distribution de la morphologie ont tendance à être ordonnés, augmentent considérablement la résistance à la traction et la limite d'élasticité du matériau en alliage, améliorent l'usinabilité de l'alliage, mais la plasticité du matériau connaîtra une baisse significative ^[18-19]. Lorsque l' Mg teneur supérieure à 0.5%, la limite d'élasticité de l'alliage n'est plus augmentée ; excessif Mg, au contraire, réduira les performances du processus de coulée de l'alliage, augmentera le retrait de solidification de la pièce moulée pendant le refroidissement, de sorte que la tendance aux fissures chaudes, aux trous de retrait, au retrait et à d'autres défauts augmentera considérablement.

3. Mécanisme des éléments des terres rares

L'alliage d'aluminium moulé sous pression sans traitement thermique est principalement renforcé par la microstructure du matériau de contrôle des microalliages et son principal moyen de renforcement pour le renforcement des cristaux fins. Ainsi, dans le processus de fusion, il faut ajouter un agent de raffinage et un agent métamorphique pour améliorer la taille et la morphologie de la microstructure. éléments métamorphiques couramment utilisés tels que Na, Ca, Sr, La, Ce, etc., dont l'effet métamorphique des éléments des terres rares a une longue durée et une refusion, peut rendre l'organisation de coulée d'alliage évidemment un raffinement. Le mécanisme de raffinage est que la solubilité solide des éléments des terres rares dans le α-Al la matrice est limitée, et elles seront enrichies à la surface des dendrites secondaires, augmentant le degré de surfusion de la composition, améliorant le taux de nucléation et réalisant ainsi le raffinement des grains.

De plus, les éléments des terres rares modifieront le mécanisme de croissance de l'eutectique. Si grains de phase, de sorte que l'eutectique Si la phase est transformée de plaque, d’aiguille en laminée, fibreuse ou sphérique ^[20]. La quantité d'additif d'éléments de terres rares est trop élevée, il est facile de former une phase composée d'éléments de terres rares grossière, ce qui entraîne une réduction de la teneur en éléments de terres rares utilisés pour la modification, l'effet de modification est réduit.

Pour l'étude des éléments de terres rares afin d'améliorer les propriétés des alliages d'aluminium moulés sous pression, MAO F et al ^[21] a découvert que l'ajout d'éléments de terres rares Eu peut affecter le mode de croissance et la morphologie de l'eutectique Si phase. En ajoutant 0.3% de Eu, l'eutectique Si phase de transformation en forme d'aiguille ou de plaque en forme de fibre, voir Figure 4. MUHAMMAD a et al. ^[22] utilisé Sc couler sous pression Al-Mg-Si modification de l'alliage et a constaté que lorsque le Sc teneur de 0.4 %, la taille des grains a été réduite de 80 %, la résistance à la traction et la dureté par rapport au non ajouté Sc a été augmenté de 28 % et 19 %, respectivement, l'allongement a augmenté de 165 %.

PRACHO et al. ^[23] obtenu la meilleure résistance et plasticité en fonte Al-5Mg-2Si alliages en ajoutant 0.2% de Sc, avec une limite d'élasticité de 206 MPa, une résistance à la traction de 353 MPa, et un allongement de 10%. ZHENG QJ et al. ^[24] constaté que l'ajout de 0.06% La à Al-Si les alliages pourraient améliorer la morphologie de l’eutectique Si phase et augmenter l'allongement de 6.7% à 12.9% tout en affinant le α-Al céréales. JIN HN et al. ^[25]constaté que lorsque 0.1 % Ce est ajouté à Alliage Al-Mg-Si, le plus petit espacement des bras de dendrites secondaires des grains (25.95 μm).

Machine

Les véhicules à énergie nouvelle utilisent principalement des machines de moulage sous pression en chambre froide, qui constituent l'équipement de base du moulage sous pression intégré, selon la taille de la force de serrage, peut être divisé en petits (<4,000 XNUMX kN), de taille moyenne (4,000 10,000 ~ XNUMX XNUMX kN) et grands (≥10,000 XNUMX kN) machine de moulage sous pression. En raison de la force de serrage de la machine de moulage sous pression, la taille doit couvrir la zone projetée des pièces pressées, de sorte que les grandes pièces structurelles de la carrosserie telles que le plancher arrière, le cadre de la cabine avant, etc. doivent exercer une force de serrage d'au moins 60 000 kN machine de moulage sous pression et pièces structurelles de la zone projetée, plus le besoin de force de serrage de la machine de moulage sous pression est grand, tel que le moulage sous pression du plateau de batterie, l'étage intermédiaire doit avoir une force de serrage de 80 000 ~ 120 000 kN, moulage sous pression de l'ensemble du châssis, la carrosserie en blanc nécessite une force de serrage de 120 000 ~ 200 000 kN, la force de serrage de la machine de moulage sous pression de 120 000 ~ 200 000 kN, le moulage sous pression de tout le châssis, la carrosserie en blanc. Le moulage sous pression de l'ensemble du châssis, carrosserie en blanc, nécessitait une force de serrage de 120 000 à 200 000 kN.

À l'heure actuelle, le monde compte plus de 60,000 XNUMX kN très grande capacité de production d'équipements de moulage sous pression des fabricants Suisse Buhler, Moulage sous pression haïtien, YIZUMI, LK sans souci et sa sous-marque IDRA, et ainsi de suite. La situation de développement du moulage sous pression par intégration avec de grands équipements de moulage sous pression est présentée dans le tableau 3. Les futures automobiles à énergie nouvelle qui utiliseront la technologie de moulage sous pression par intégration doivent acheter un grand nombre d'équipements de moulage sous pression ultra-grands, donc la production en série d'équipements de moulage sous pression ultra-grands L'équipement de moulage sous pression par intégration reste l'un des principaux obstacles au développement rapide de la technologie actuelle de moulage sous pression par intégration.

À l'heure actuelle, pour faire face aux exigences ponctuelles de production de moulage sous pression à grande échelle, la tendance du développement de machines de moulage sous pression ultra-grandes est la suivante :

1. La force de serrage de la machine de moulage sous pression augmente.

1.1. Amélioration de l'efficacité de la production

Dans le processus, la machine de moulage sous pression doit presser l'état fondu du métal dans le moule afin qu'il soit refroidi et solidifié, pour former les produits requis. Et la taille de la force de serrage affectera directement la vitesse et la qualité du moulage sous pression. Plus la force de serrage est grande, plus le compactage de la pièce moulée est élevé, et la qualité de la pièce coulée est également meilleure. De plus, la force de serrage peut également augmenter fondamentalement l'efficacité de production des machines de moulage sous pression, comme dans le processus de fusion à haute température, raccourcir le temps de coulée et gagner du temps de production.

1.2 optimiser la qualité des produits, améliorer la précision

Traitement de moulage sous pression en injectant le métal en fusion dans le moule, par refroidissement et solidification, formant le produit souhaité. Une force de serrage importante peut favoriser le compactage uniforme du métal dans le moule, rendant ainsi la qualité de coulée plus stable. En revanche, une force de serrage insuffisante empêchera la pièce moulée de remplir le moule, créant des problèmes tels que des défauts et des bavures et affectant la durée de vie du produit. Par conséquent, une force de serrage importante peut garantir la stabilité de la qualité du moulage et améliorer la durée de vie du produit.

1.3 réduire les coûts

Le moulage sous pression est généralement utilisé dans la fabrication industrielle, la force de serrage peut utiliser moins de matériau pour produire des produits plus solides et durables, et ainsi réduire les coûts de production. De plus, une force de serrage importante peut raccourcir le cycle de production et améliorer l'efficacité et la qualité de la production, tout en réduisant les coûts de production.

Cependant, à long terme, la force de serrage doit être déterminée par la demande du produit, et la recherche d'une force de serrage importante entraînera un gaspillage de ressources.

2. Haute efficacité

2.1 Injection sous presse à haut rendement

En optimisant le système de pressage et d'éjection, la vitesse et la stabilité du pressage et de l'éjection peuvent être améliorées, de manière à augmenter l'efficacité de la production.

2 Refroidissement efficace

Adopter une technologie de refroidissement plus efficace pour accélérer la vitesse de refroidissement du moule et raccourcir la période de production

3. Automatisation et intelligence

3.1 Contrôle d'automatisation

Grâce à l'introduction de la technologie de l'IoT industriel et de l'intelligence artificielle, le contrôle et l'optimisation automatisés des machines de moulage sous pression sont réalisés.

3.2 Détection intelligente

Utilisez la technologie de tests non destructifs et les algorithmes d’intelligence artificielle pour réaliser une détection intelligente et une prédiction des défauts des pièces moulées sous pression.

4. Longue durée de vie de l'équipement

En raison de l'équipement pendant une longue période dans des conditions de travail à haute température et haute pression, qui impose des exigences élevées pour la durée de vie de la machine elle-même, la recherche et le développement de nouveaux matériaux en alliage, d'aciers à haute résistance et de matériaux composites, la conception considérée comme une utilisation raisonnable de la durée de vie de la machine est devenue une voie nécessaire.

En résumé : machine de moulage sous pression haute performance utilisant une technologie de traitement avancée et un système de contrôle de précision, de sorte qu'elle présente une grande précision, une vitesse élevée, une stabilité élevée et d'autres caractéristiques, pour répondre à la mise à niveau continue des besoins de fabrication, tandis que l'utilisation de technologies avancées le système hydraulique, le système de contrôle électrique et la technologie de conception de moules peuvent améliorer la productivité, réduire la consommation d’énergie et réduire le nombre de maintenances du moule. Et puis grâce à l'optimisation de la conception et à l'utilisation de matériaux haute performance, réalisez la légèreté et la haute résistance de la machine de moulage sous pression, l'utilisation de nouveaux matériaux en alliage, d'acier à haute résistance et de matériaux composites, etc., pour améliorer la rigidité et durabilité de la machine de moulage sous pression.

Processus

La technologie intégrée du corps moulé sous pression couvre non seulement la science des matériaux métalliques, la physique des hautes pressions, la rhéologie et d'autres disciplines, mais incarne également la fusion croisée de l'ingénierie mécanique et de la technologie de fabrication moderne. Dans le processus, l'accent est mis sur la façon de maintenir les propriétés mécaniques des matériaux métalliques en même temps, de sauvegarder leur stabilité et leur mobilité dans des environnements à haute température et haute pression, pour garantir la qualité du produit final, qui lors de la fusion et de l'alliage. la méthode de prétraitement, de coulée et de solidification, le processus de pulvérisation et de démoulage, l'équipement de moulage sous vide poussé, etc. mettent en avant des exigences techniques plus élevées, et en même temps, dans les exigences de contrôle de la production pour la pression d'injection, la vitesse de remplissage, le cercle le temps, le temps de maintien et les paramètres de solidification sous pression imposent également des exigences élevées.

1. Les défis de la conception de carrosserie intégrée

1.1 Complexité de la structure sur l'impact du processus de moulage sous pression

La complexité structurelle exige que la conception du moule atteigne une plus grande précision pour s'adapter à la structure complexe de la carrosserie. Cela signifie que lors de la fabrication du moule, il est nécessaire d'utiliser des matériaux plus délicats. Usinage CNC technologie, ainsi que des matériaux de qualité supérieure pour garantir la précision et la durabilité du moule. Les moules à structure complexe nécessitent également une conception de canal de refroidissement plus complexe pour assurer une répartition uniforme de la température des pièces moulées pendant le processus de refroidissement, évitant ainsi les contraintes internes et les déformations dues à des différences de température excessives.

La structure complexe de la conception des grandes carrosseries automobiles dans le processus de moulage sous pression de la fluidité du métal impose des exigences plus élevées. En raison de la structure complexe, le métal en fusion doit emprunter un chemin plus tortueux dans le moule, ce qui nécessite un contrôle précis de la pression et de la vitesse dans le processus de moulage sous pression, pour garantir que le métal puisse remplir chaque coin du moule, à en même temps, pour éviter le flux à grande vitesse de bulles d'air et d'autres défauts, l'exigence d'une machine de moulage sous pression avec une précision de contrôle de pression plus élevée et une vitesse de réponse plus rapide.

En raison de la structure complexe des parties du corps dans le processus de refroidissement, il est facile de produire un retrait inégal, de sorte que le processus de moulage sous pression du contrôle du refroidissement est particulièrement critique, avec l'aide d'un contrôle précis de la température du moule et d'un système de réglage de la vitesse de refroidissement, assurez-vous que le moulage dans le processus de refroidissement de la taille et de la qualité interne.

1.2 Équilibre entre économies d’énergie, réduction des émissions et contrôle des coûts

La sélection des matériaux joue un rôle clé dans les économies d’énergie et le contrôle des coûts. Le choix de matériaux légers tels que des alliages d'aluminium à haute résistance ou des alliages de magnésium peut augmenter le coût des matériaux au stade initial, mais en raison de leur point de fusion plus bas, cela peut réduire la consommation d'énergie dans le processus de moulage sous pression à haute pression, et en même temps temps, réduire le poids de la carrosserie et améliorer le rendement énergétique du véhicule. À long terme, l’utilisation de tels matériaux peut contribuer à réduire les coûts d’exploitation globaux et l’impact environnemental.

L'optimisation du processus de moulage sous pression à haute pression est une autre stratégie importante pour réduire la consommation d'énergie et les coûts. L'amélioration de l'efficacité énergétique des machines de moulage sous pression et l'optimisation des processus de fusion et d'injection peuvent réduire considérablement la consommation d'énergie. L'utilisation de systèmes avancés de contrôle de la température et de technologies de récupération d'énergie peuvent réduire efficacement les pertes de chaleur tout en améliorant l'efficacité de la production et la qualité du moulage. De plus, un contrôle précis des paramètres de moulage sous pression, tels que la pression et la vitesse d'injection, peut non seulement améliorer le taux d'utilisation des matériaux, mais également réduire le taux de rebut, et ainsi réduire la consommation de matériaux et d'énergie.

2. Intégration du flux de processus de moulage sous pression haute pression

2.1 Fusion et transport des alliages

Le but du processus de fusion des alliages est de chauffer les matières premières métalliques sélectionnées à l'état liquide afin de garantir qu'elles aient une fluidité appropriée pour une injection et un moulage ultérieurs. Ce processus implique des principes thermodynamiques et scientifiques complexes qui nécessitent un contrôle précis de la température du four, de la composition chimique du métal liquide et de ses propriétés physiques. En particulier lorsque plusieurs éléments d'alliage sont impliqués, tels que les alliages d'aluminium ou de magnésium, la proportion et la pureté de chaque élément peuvent affecter de manière significative les propriétés mécaniques et la durabilité du produit final. Durant le processus de fusion, la conception du four et le choix des paramètres de fonctionnement ont un impact direct sur l'efficacité énergétique et la qualité du métal.

Les fours doivent avoir une capacité de conversion d'énergie thermique efficace et de bonnes performances de rétention de chaleur pour minimiser la consommation d'énergie et maintenir une température uniforme du liquide métallique. Dans le même temps, le contrôle de l’atmosphère pendant le processus de fusion est essentiel et l’oxydation ou d’autres réactions chimiques indésirables du métal doivent être évitées. De plus, des inclusions ou des bulles d'air peuvent être présentes dans la solution métallique et doivent être éliminées par des méthodes de traitement appropriées pour garantir la qualité interne des pièces moulées. Une fois le métal fondu, son transfert vers la machine de moulage sous pression est tout aussi critique. Ce processus doit maintenir la température et la fluidité appropriées du métal liquide pour garantir qu'il puisse remplir le moule lors du moulage par injection.

2.2 Préparation du moulage

La préparation du moulage est une condition préalable essentielle pour garantir un moulage sous pression efficace et de haute qualité, impliquant la conception du moule, la manipulation des matériaux, le réglage de la machine et d'autres aspects. La conception du moule, en tant qu'élément central de la préparation du moulage, nécessite non seulement une construction géométrique précise pour garantir la précision dimensionnelle du moulage, mais doit également prendre en compte des facteurs tels que le traitement thermique, le revêtement de surface et la disposition des canaux de refroidissement pour améliorer la durabilité et la productivité du moule. comme le montre la figure 4. La clé de la conception du moule est d'optimiser le processus de refroidissement et de solidification de la pièce moulée, ce qui nécessite de prendre en compte la conductivité thermique du matériau du moule, la disposition des canaux de refroidissement et la géométrie de la pièce moulée.^[26-27]

La conception efficace du canal de refroidissement peut accélérer le processus de solidification de la pièce moulée, réduire contrainte résiduelle et déformation, et améliorer la précision dimensionnelle et les propriétés mécaniques du moulage. Dans le même temps, le traitement de revêtement sur la surface du moule est également la clé pour améliorer la durée de vie du moule et la qualité de surface de la pièce moulée. Si les technologies de traitement de surface telles que carbonitruration et le nickelage sont utilisés, la résistance à l'usure et à la corrosion du moule peut être efficacement améliorée. En termes de traitement des matériaux, la composition chimique et la température du métal en fusion affectent directement ses caractéristiques d'écoulement et de solidification, déterminant ainsi la qualité interne et de surface de la pièce moulée. ^[28]. Par conséquent, le métal en fusion doit être strictement analysé pour sa composition chimique et son contrôle de la température afin de garantir qu'il répond aux exigences du moulage sous pression à haute pression. Pour les métaux non ferreux tels que les alliages d'aluminium, la teneur en éléments d'alliage tels que le silicium, le magnésium et le cuivre doit être contrôlée avec précision pour réguler leurs caractéristiques de fluidité et de solidification.

De plus, le réglage de la machine est la clé pour garantir que le métal en fusion peut remplir le moule de manière efficace et précise lors du processus de moulage sous pression, y compris le réglage précis de la pression et de la vitesse du système d'injection de la machine de moulage sous pression. comme le contrôle strict de la température du moule. La pression et la vitesse du système d'injection doivent être optimisées en fonction de la taille et de la complexité de la pièce moulée, pour garantir que le métal en fusion peut remplir le moule rapidement et uniformément, et que le contrôle de la température du moule affecte directement la vitesse de refroidissement du processus de coulée et de solidification.

2.3 Coulée sous pression

Le moulage sous pression est un processus de formage de métal de haute précision et à haut rendement, la clé réside dans l'injection rapide de matériau métallique en fusion sous haute pression dans un moule conçu avec précision, en particulier l'application d'une machine de moulage sous pression à chambre chaude, qui améliore la qualité et l'efficacité du moulage sous pression et permet la formation de pièces moulées aux formes complexes et aux détails fins.

La mise en œuvre réussie de ce processus est essentielle à la réalisation de la conception intégrée des carrosseries automobiles, qui implique l'application intégrée de plusieurs domaines tels que la science des matériaux, la thermodynamique, la mécanique des fluides et le génie mécanique. Dans le processus de coulée sous pression, un contrôle précis de la température du métal en fusion est d'abord nécessaire pour garantir que le liquide métallique conserve une fluidité appropriée avant d'être injecté dans le moule. Un contrôle inapproprié de la température peut entraîner une ségrégation à froid ou un remplissage insuffisant de la pièce moulée. De plus, un contrôle précis de la pression et de la vitesse d'injection est nécessaire pour garantir que le fluide métallique remplisse chaque espace du moule tout en empêchant la génération de bulles et de tourbillons par une vitesse excessive. ^[29]. Au cours de ce processus, les caractéristiques d'écoulement du fluide, la répartition de la pression et son effet sur le moule sont les détails techniques sur lesquels il faut se concentrer.

La conception et la qualité de fabrication du moule sont également essentielles pour le moulage sous pression. Les moules doivent résister à des environnements continus à haute température et pression et avoir une haute précision et une bonne conductivité thermique pour garantir la précision dimensionnelle et la stabilité de forme des pièces moulées. Le choix du matériau du moule, le processus de traitement thermique et la disposition des canaux de refroidissement ont tous un impact direct sur la qualité de la pièce moulée. Un refroidissement inégal peut entraîner des contraintes internes, voire des fissures dans les pièces moulées.

Le contrôle qualité pendant le processus de coulée est un autre rôle clé. Cela comprend une inspection fine de la microstructure, des propriétés mécaniques et de la précision dimensionnelle des pièces moulées. En utilisant des techniques de contrôle non destructifs telles que les rayons X ou les ultrasons, les défauts dans la pièce moulée, tels que la porosité, les inclusions ou le sous-remplissage, peuvent être détectés à temps.

De plus, un système de surveillance en temps réel joue un rôle essentiel dans le processus de coulée sous pression, car il peut ajuster des paramètres en temps réel tels que la température, la pression et la vitesse de remplissage en réponse aux différents changements qui se produisent au cours du processus de coulée.

2.4 Contrôle de nettoyage

L'étape d'inspection de nettoyage est une partie indispensable du processus de moulage sous pression à haute pression, affectant directement la qualité finale et les performances des pièces moulées. Le processus de nettoyage implique l'élimination du moulage sur la porte, le bord volant, les bavures et autres pièces en excès, ainsi que le nettoyage de la surface, pour garantir que le moulage atteint la précision dimensionnelle et la rugosité de surface requises. Le processus d'inspection implique une évaluation complète des dimensions, de la forme et des propriétés physiques et chimiques de la pièce moulée pour garantir que chaque pièce moulée répond à des normes de qualité strictes, comme indiqué dans le tableau 1 pour les étapes du processus de nettoyage et d'inspection. Le processus de nettoyage commence par la découpe mécanique ou le meulage de la pièce moulée pour éliminer les portes et les bords volants. Cette étape nécessite un contrôle précis des forces de coupe et des vitesses de meulage pour éviter des contraintes internes inutiles ou une distorsion de la pièce moulée. ^[30]. Les couches oxydées et autres impuretés sont éliminées de la surface de la pièce moulée à l'aide de méthodes de sablage ou de nettoyage chimique pour améliorer sa qualité de surface, et le contrôle des paramètres des méthodes de nettoyage mécanique et chimique est essentiel pour garantir la qualité globale de la pièce moulée. La séance d'inspection effectuée après le nettoyage des pièces moulées vise à garantir que les dimensions géométriques, la rugosité de surface et les propriétés des matériaux des pièces moulées répondent aux exigences de conception.

Les inspections dimensionnelles sont généralement effectuées à l’aide de jauges et de MMT de haute précision pour garantir la précision dimensionnelle des pièces moulées. Les inspections de rugosité de surface sont effectuées par des jauges de rugosité de surface pour évaluer les irrégularités microscopiques de la surface de coulée.

L'inspection des propriétés des matériaux comprend un test de dureté, un test de traction et un test d'impact, qui sont les indices clés pour évaluer les propriétés mécaniques des pièces moulées. L'essai de dureté peut être effectué à l'aide d'un testeur de dureté Brinell ou Rockwell, tandis que l'essai de traction nécessite l'utilisation d'une machine d'essai de matériaux universelle pour mesurer la résistance à la traction et l'allongement des pièces moulées. ^[31].

Conclure

(1)Le développement en plein essor de l'industrie automobile à énergie nouvelle pour la recherche et le développement de matériaux en alliage d'aluminium moulés sous pression intégrés et la fabrication de machines de moulage sous pression intégrées ultra-grandes constitue une force motrice de développement.

(2)Par rapport au processus de moulage sous pression traditionnel, la fabrication intégrée de matériaux, de moules, de processus et d'équipements par moulage sous pression a mis en avant des exigences techniques plus élevées. Les éléments du processus, y compris la fusion et le prétraitement des alliages, le mode de solidification par coulée, le processus de pulvérisation et de démoulage, l'équipement de moulage sous pression sous vide poussé, etc., mettent en avant des exigences techniques plus élevées ; Dans les éléments de production, la pression d'injection, la vitesse de remplissage, le temps de remplissage, le temps de maintien et le contrôle des paramètres de solidification sous pression mettent en avant des exigences de contrôle de production plus exigeantes ; Dans la fabrication de moules, en plus de la résistance du moule et de la ténacité du plastique, des indicateurs techniques plus élevés sont proposés. Des indicateurs techniques plus élevés, mais également sur la qualité de la surface du moule, la résistance à la fissuration thermique, la résistance à l'oxydation à haute température et la durée de vie, ainsi que d'autres aspects des exigences plus élevées proposées ; Dans la machine de moulage sous pression ultra-grande, pour répondre à l'intégration future du moulage sous pression dans la vulgarisation rapide de l'industrie automobile des nouvelles énergies, la réalisation de l'équipement de moulage sous pression ultra-grand, à faible coût, de haute précision, à long terme la conception et le développement de la vie et la fabrication de production de masse seront l'avenir de la nouvelle industrie automobile énergétique qui sera préoccupée par le point chaud.

(3)Actuellement utilisés pour la fabrication intégrée sans traitement thermique par moulage sous pression de matériaux en alliage léger, le système Al-Si et le système Al-Mg sont toujours utilisés principalement grâce à une conception de microalliage combinée à un renforcement de solution solide et à un renforcement de cristaux fins comme mécanisme de ténacité. Limité par la résistance du matériau, ne peut être utilisé que comme pièce porteuse moyenne dans la fabrication intégrée de moulage sous pression ; à l'avenir, prendre en compte la résistance à la charge statique, les performances de suspension du revêtement, les performances du processus, la durée de vie, la résistance à la corrosion et la recyclabilité de la recherche et du développement des matériaux en alliage d'aluminium moulés sous pression deviendront le centre du domaine de la recherche sur les matériaux en alliage d'aluminium.

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