Trend di sviluppo della pressofusione integrata per veicoli a nuova energia

Trend di sviluppo della pressofusione integrata per veicoli a nuova energia

Autore: CapableMaching

Prefazione:

Già nel settembre 2020, il CEO di Tesla Musk ha annunciato per la prima volta che la tecnologia integrata di pressofusione sarà utilizzata nella produzione del pannello posteriore della carrozzeria della Model Y. La tecnologia di pressofusione integrata è un nuovo cambiamento nella tecnologia di pressofusione. Riprogettando più parti indipendenti che devono essere assemblate nel progetto originale e utilizzando una macchina per pressofusione di grandi dimensioni per la pressofusione in una sola volta, è possibile ottenere direttamente parti complete per realizzare le funzioni originali. Ma in termini di maturità tecnologica la strada da percorrere è ancora lunga.


Introduzione

Il futuro della produzione di pressofusione


I processi tradizionali di produzione automobilistica sono stampaggio, saldatura, verniciatura e assemblaggio in 4 fasi, generalmente la lamiera d'acciaio viene stampata in piccole parti, seguendo i disegni di progettazione saldata in parti di grandi dimensioni, assemblata nella carrozzeria e infine verniciata.

Tesla ha aperto un campo completamente nuovo nella produzione automobilistica, ovvero utilizzando le caratteristiche del tradizionale processo di pressofusione e lanciando la fusione integrata con concetti e materiali avanzati, che ha cambiato il metodo convenzionale di produzione automobilistica combinando le due fasi di stampaggio e stampaggio. saldatura in un'unica fase e fusione diretta delle parti di grandi dimensioni, un nuovo processo che ha notevolmente migliorato l'efficienza della produzione e ridotto i costi nel lungo periodo. Inoltre, aumenta il tasso di riciclaggio dei materiali della carrozzeria interamente in alluminio a oltre il 95%, il che diventa più semplice ed efficiente.[1]

pressofusione integrata

I materiali utilizzati nella pressofusione integrata delle sue parti automobilistiche sono nuovi e possono essere sottoposti a trattamento termico gratuito. La sua caratteristica è che non ha bisogno di essere sottoposto a trattamenti con soluzioni ad alta temperatura e invecchiamento artificiale, solo attraverso l'invecchiamento naturale è possibile ottenere una migliore resistenza e plasticità. Nessun trattamento termico della lega di alluminio pressofuso principalmente attraverso microalghe per regolare la microstruttura e la morfologia dimensionale della lega, combinato con il rafforzamento della soluzione solida, il rafforzamento della grana fine e il rafforzamento della dispersione della seconda fase per rafforzare il materiale. L'uso della lega di alluminio con trattamento termico gratuito può migliorare la qualità dei pezzi fusi, migliorare le proprietà meccaniche della lega, risparmiare energia e ridurre le emissioni di carbonio in modo che le parti della struttura della carrozzeria in termini di costi e prestazioni presentino maggiori vantaggi.

Allo stato attuale, la pressofusione integrata di parti automobilistiche ha quattro soglie principali stampo, materiale, macchina e processo.

Muffa

1. Produzione di stampi

La produzione di stampi è difficile e una delle difficoltà nella produzione di stampi per pressofusione è la progettazione. Gli stampi per pressofusione sono complessi e presentano elevati costi di lavorazione. La difficoltà nella progettazione degli stampi risiede nella necessità di considerare molti aspetti quali il bilancio termico, la sformatura e la direzione di alimentazione del liquame.[2]

(1) L'equilibrio termico nel costo di produzione dello stampo è relativamente piccolo ma influenzerà la solidificazione, la qualità, il cerchio e così via, influenzando la durata complessiva dello stampo è un fattore chiave. Il progetto del bilancio termico è il progetto del tubo di raffreddamento, inclusa la posizione, la portata dell'acqua di raffreddamento e così via;
(2) La direzione del liquido fuso influisce sulla qualità della pressofusione e delle materie prime, il design non è ragionevole, causerà il problema della sottoiniezione dei grezzi, influenzando così il tasso di resa del prodotto;
(3) L'aria nella cavità porterà a una resa dello stampaggio del prodotto non elevata, generalmente può essere utilizzata per facilitare lo scarico del gas, gli stampi di precisione di fascia alta utilizzano anche la tecnologia di fusione sotto vuoto, per risolvere il problema dell'aria non è escluso;
(4) Il design della sformatura si riflette nel prodotto dopo lo stampaggio per eliminare il gradino, il design non è ragionevole e farà sì che il prodotto bloccato nello stampo non possa essere rimosso.

2. Selezione della materia prima dello stampo

Gli stampi devono essere iniettati nel metallo fuso, stampati dopo il raffreddamento, il processo della cavità e il contatto diretto del metallo ad alta temperatura, sottoposti ripetutamente a freddo e caldo estremi e condizioni di lavoro difficili, quindi migliorare la durata dello stampo è la chiave al controllo dei costi. Oltre a una progettazione ragionevole per migliorare la durata, la selezione delle materie prime e l'innovazione dello stampo sono cruciali. Il materiale necessita di elevata stabilità termica, resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, tenacità, conduttività termica e altre proprietà. Modi specifici per migliorare la durata sono

(1) rimuovere il gas metallico e altri elementi non metallici, migliorando così la purezza, ad esempio il contenuto di zolfo dell'acciaio dell'elemento è controllato allo 0.003% o meno, con un aumento della durata dello stampo di 1.3 volte.
(2) Ridurre il contenuto di elementi di lega come Mn\Si\Cr ridurre la segregazione dell’acciaio.
(3) lo stampo ha un effetto a piastra corta, qualsiasi direzione delle prestazioni è bassa, il che influirà sulla durata complessiva, in modo da poter migliorare l'isotropia e l'uniformità.

Con l'aumento degli stampi per pressofusione su larga scala e l'aumento della precisione, queste difficoltà aumenteranno. Maggiore è la precisione dello stampo, più complessa è la progettazione del bilancio termico, maggiore è la difficoltà di lavorazione, maggiori sono le considerazioni sulla progettazione dell'espulsione dello stampo e maggiore è la difficoltà tecnica. Più grande è lo stampo, più aumenta il bilancio termico dell'intervallo e maggiori sono i requisiti del materiale come isotropia, uniformità e purezza.

acciaio per stampi

3. Telaio dello stampo

Il telaio dello stampo è uno dei costi principali dello stampo e richiede una manutenzione regolare. Nella struttura dei costi degli stampi di grandi dimensioni, il costo del portastampo rappresenta circa il 40% e la struttura e l'accuratezza della produzione del portastampo influiscono direttamente sulla struttura dello stampo e sulla precisione dei pezzi forgiati. Per garantire la precisione del portamatrice, il portamatrice deve essere ispezionato e sottoposto a manutenzione regolarmente e revisionato regolarmente (generalmente deve essere ispezionato e sottoposto a manutenzione annualmente).

Riteniamo che il telaio dello stampo si stia sviluppando verso la non standardizzazione, complessità e precisione. Lo stampo ha una direzione troppo grande, precisa e complessa. Anche il telaio dello stampo supporta l'aggiornamento:

(1) sviluppo non standardizzato. Le imprese produttrici di telai per matrici seguono il piano di produrre telai per matrici standard basandosi sull'inizio per fornire una varietà di forniture di telai per matrici non standard, cioè secondo i requisiti del telaio per matrici standard per la lavorazione profonda e la finitura. Nel 2010 i telai per matrici non standard hanno rappresentato il 60-70% di tutte le vendite di telai per matrici, soprattutto per stampi di precisione di grandi dimensioni. Con l'integrazione della rivoluzione della tecnologia di pressofusione, prevediamo che i telai per stampi non standard continueranno a migliorare;
(2) complessità, sviluppo di precisione. Insieme alla divisione del lavoro specializzata nella produzione di stampi, le imprese produttrici di stampi trasferiranno più collegamenti di finitura alle imprese produttrici di stampi, quindi i prodotti di stampo standard sul progetto di finitura aumenteranno, come la lavorazione dei fori dei corridori, i fori delle aste di trazione, il nucleo fori, fori dell'asta di spinta, fori dell'acqua di raffreddamento, fori obliqui del pilastro di guida, fori obliqui dell'asta di spinta e così via, installazione dell'anello di posizionamento, posizionatore, set di canali di colata, spinta del pilastro di guida della piastra, blocchi di supporto e così via. Questi complessi progetti di finitura del processo di produzione degli stampi e la loro accuratezza presentano requisiti più elevati;
(3) Il grado di standardizzazione dei telai portastampi non standardizzati è in costante miglioramento. La standardizzazione favorisce la riduzione dei costi e l'efficienza dell'azienda, con lo sviluppo del settore dei telai per stampi, la tecnologia di produzione specializzata continua ad approfondirsi e la struttura del telaio per stampi non standardizzata continua a modellare, standardizzare e produrre specializzata.

Materiali

Le tradizionali macchine per pressofusione hanno un trattamento della soluzione ad alta temperatura e processi di invecchiamento artificiale. Per i prodotti integrati di grandi dimensioni, il materiale deve essere privo di trattamenti termici post-lavorazione oltre alle tradizionali imperfezioni del processo di pressofusione, il che rappresenta anche una sfida molto impegnativa. Pertanto, per affrontare queste sfide, esistono alcune soluzioni per il materiale come segue.

tabella 1

1. Il ruolo degli elementi di lega nelle leghe di alluminio da pressofusione esenti da trattamento termico con sistema Al-Mg

Mg come pressofusione Al-Mg lega in aggiunta a Al nel più alto contenuto di elementi, in Al solubilità solida fino al 17.4%, ha un buon effetto rinforzante della soluzione solida, nel migliorare la resistenza della lega allo stesso tempo non influisce sulla tenacità della lega, ma migliora anche la fluidità della lega e la resistenza alla tendenza al cracking termico, e per ridurre il fenomeno dell'adesione della muffa. Comunque eccessivo Mg non solo causerà l'ossidazione, ma ridurrà anche le prestazioni di fusione della lega e con Al per formare Al3Mg2 fase, le proprietà meccaniche della lega e le prestazioni di resistenza alla corrosione hanno effetti negativi [3]. Pressofusione con trattamento termico gratuito Al-Mg L'organizzazione della fusione della lega è principalmente cristallo dendritico, granulare di grandi dimensioni α1-Già grani fini, sferici α2-Già grani e organizzazione eutettica, vedere Figura 1 [4].

Fig 1

Le proprietà meccaniche della lega possono essere notevolmente migliorate regolando la composizione elementare e aggiungendo oligoelementi. JIS et al. [5] in base all'influenza di ciascun elemento di lega sulle proprietà meccaniche del materiale, la composizione ottimale è stata ottenuta come 5.0% ~ 5.5% Mg, 1.5% ~ 2.0% Si, 0.5% ~ 0.7% Mn, 0.15 ~ 0.2% Ti e non più dello 0.25% Fe, con il saldo di Al. Il limite di snervamento della lega allo stato fuso può raggiungere 150 MPa, resistenza alla trazione di 300 MPae allungamento superiore al 15%. Wu Han [6]attraverso prove ortogonali per determinare la composizione ottimale della lega di alluminio-magnesio pressofusa per il 5.4% Mg, 2.0% Si, 0.77% Mn, ≤ 0.22% Fe, il saldo di Al, in modo che la resistenza alla trazione della lega fusa di 353.58 MPa, limite di snervamento di 204.53 MPa, l'allungamento del 12.46%. Si può stare con Mg per formare l' Mg2Si fase eutettica, che è la Al-Mg sistema privo di calore. Si può formare il Mg2Si fase eutettica con Mg, che è la principale fase di rinforzo del Al-Mg sistema di pressofusione in lega di alluminio senza trattamento termico e l'influenza di Mg ed Si sulle proprietà della lega è mostrato in Fig. 2 [5].

Fig 2

Per migliorare la robustezza, la duttilità e la resistenza alla corrosione della lega allo stato grezzo, tutto Mg ed Si dovrebbe essere trasformato in un ideale Mg2Si particelle, quindi il rapporto di massa di Mg ed Si dovrebbe essere 1.73∶1 (corrispondente al rapporto di misurazione chimica 2∶1 di Mg2 Si) [7]. Per potenziare il rafforzamento in soluzione solida delle leghe allo stato grezzo, il Mg ed Si il contenuto delle leghe dovrebbe essere vicino alla massima solubilità di Mg2Si in Al del 1.85%. HU ZQ et al. [8]>trovato che quando il Mg contenuto variava dal 5.7% al 7.2%, il carico di snervamento e la durezza sono aumentati rispettivamente dell'11% e del 9%, ma l'allungamento è diminuito significativamente e la resistenza alla fatica delle leghe è aumentata con l'aumento del Mg contenuto. YUAN LY et al [4] alla composizione chimica, frazione di fase eutettica, granulometria media, Mg soluzione solida e proprietà di trazione del rapporto tra la creazione di trame di contorno, come guida per lo sviluppo di pressofusione ad alta resistenza e tenacità Al-Mg-Si leghe, determinato che quando il Mg contenuto del 6.5% ~ 7.5%, Si contenuto del 2.4% ~ 3.0%, l'allungamento può essere maggiore del 10% e allo stesso tempo avere un elevato limite di snervamento e resistenza alla trazione.

Mn è un elemento costitutivo importante Al-Mg leghe del sistema. Aggiunta dell'1% Mg alle leghe di alluminio può aumentare la resistenza alla trazione della lega di 35 MPa, e l'effetto rafforzante di Mn è il doppio di quello della stessa quantità di Mg [9]. In questo momento, Mn viene principalmente aggiunto invece di Fe per migliorare il distacco dallo stampo della lega e realizzare la Al3Mg2 la fase precipita in modo uniforme per migliorare la resistenza alla corrosione e le prestazioni di saldatura della lega. IL Al6Mn la fase formata nella lega può ridurre la tendenza alla fessurazione a caldo della lega. Inoltre, Mn può anche aumentare il Fe contenuto in α-AlFeSi composti intermetallici e inibiscono la formazione di aghi β-AlFeSi, AlFe3 fase, migliorando così le prestazioni della lega, in particolare la tenacità plastica. Il migliore Mn il contenuto nella lega è compreso tra 0.3% e 0.8%, quando il Mn contenuto dello 0.8%, l'allungamento massimo, il contenuto continua ad aumentare, la plasticità è significativamente ridotta e Mn, Si combinato con la formazione della fase AlMnSi in modo che la resistenza della lega diminuisse.

carrozzeria

Cu può essere solidamente disciolto α-Al matrice o composti granulari presenti in Al-Mg leghe, possono migliorare significativamente la resistenza e la durezza della lega e nel successivo processo di cottura ne favorisce la formazione β″ fase, migliora le proprietà di indurimento della cottura, ma il cracking Al2CuMg fase e Cu-composti di reticolazione ricchi renderanno l'allungamento leggermente diminuito [10-11]. La presenza di Cu aumenta anche la tendenza alla corrosione intergranulare della lega e la tendenza alla fessurazione termica, quindi generalmente controllarla Cu contenuto dallo 0.3% allo 0.8% e ridurre al minimo il contenuto di Cu.

parti della pressofusione

Ti è l'elemento principale aggiunto per affinare l'organizzazione della fusione della lega, ridurre la tendenza alla fessurazione e migliorare le proprietà meccaniche [12]. Al3Ti particelle e Tic formato dopo l'aggiunta di Ti alla lega può favorire la nucleazione del α-Al matrice per affinare la granulometria e, allo stesso tempo, Al3Ti può rendere la fase di precipitazione distribuita diffusamente nella lega, bloccando efficacemente i bordi e le dislocazioni dei grani, impedendo la ricristallizzazione della comparsa della resistenza e migliorando l'allungamento. Quando Ti ed B si sommano, B non solo può formare il Al2B fase sub-stabile come punto di nucleazione spontanea della matrice, ma riduce anche la solubilità di Al3Ti o formare il TiB2 fase come punto di nucleazione eterogeneo, che promuove la nucleazione del Al3Ti fase e migliora significativamente l'effetto di raffinazione. Tuttavia, va notato che Ti ed Cr, Zn, Mne altri elementi impuri producono reazioni di avvelenamento [13].

2. Il ruolo degli elementi di lega nella lega di alluminio pressofusa senza trattamento termico del sistema Al-Si

Si nella pressofusione senza trattamenti termici Al-Si Il contenuto della lega del sistema, in generale, è del 4.0% ~ 11.5%. Con l'aumento di Si contenuto, α-Al i grani dendritici continuano ad essere raffinati, il Mg2Si fase di rafforzamento e numero di eutettici Si continuano ad aumentare le fasi in cui crescono le dimensioni e la morfologia dell'eutettico Si fase influisce in modo significativo sulle proprietà della lega, dovrebbe provare a rendere l'eutettico Si la fase è sferica o fibrosa uniformemente distribuita, per migliorare la resistenza e la tenacità della lega [14]. Pressofusione con trattamento termico gratuito Al-Si l'organizzazione dello stato del cast delle leghe del sistema è principalmente uniforme e fine α-Al dendriti, eutettici Sie altra seconda fase granulare [15]. Il rafforzamento di questa lega richiede il controllo della composizione della lega e l'aggiunta di agenti di raffinazione e agenti densificanti per affinare la lega primaria α-Al fase, ridurre la spaziatura dei bracci dendritici secondari e migliorare la morfologia dell'eutettico Si. La Figura 3 mostra il diagramma di solidificazione della microstruttura di Al-Si-Mg lega dopo l'aggiunta dell'elemento metamorfico Sr e addizione composita di Sr e raffinatore Al-Ti-B [16]. ZHANG P et al. [15] sviluppato Al-10Si-1.5Cu-0.8Mn-0.15Fe lega regolando il contenuto di Cu, Mne Fe, che ha mostrato migliori proprietà meccaniche, il limite di snervamento è stato di 190 MPa e la resistenza alla trazione era 308 MPa.

Fig 3

BOSCHI D et al. [17] ha sottolineato che l'aggiunta di Mn a Al-Si pressofusione di leghe di alluminio con a w(Mn)/w(Fe) rapporto pari a 1, combinato con un'elevata velocità di raffreddamento, si traduce in leghe con eccellente plasticità (allungamento > 10%). Cu aggiunto a Al-Si le leghe aumentano significativamente la resistenza, ma la resistenza alla corrosione e la resistenza al cracking termico tendono a diminuire in modo significativo e l'intervallo di temperature di solidificazione della lega aumenterà in modo significativo. Al minimo Cu contenuto, le proprietà della lega dipendono principalmente dalla presenza del Al2Cu fase, quando il Al2Cu la fase è distribuita uniformemente nella matrice sotto forma di particelle sferiche, la resistenza del materiale può essere notevolmente aumentata e la plasticità viene mantenuta ad un livello elevato; se è distribuito lungo i bordi dei grani sotto forma di maglia continua, la resistenza è pressoché invariata ma la duttilità diminuisce sensibilmente [18]. Con l'aumento di Cu contenuto, la segregazione eutettica del Cu deteriorerà la plasticità del materiale e la formazione di un gran numero di Al2Cu fasi riduce significativamente la resistenza alla corrosione. Pertanto, l'importo di Cu aggiunti alle leghe di alluminio pressofuso prive di trattamento termico devono essere rigorosamente controllati, o altri elementi da sostituire, come ad esempio Zr, V, Mo, E così via.

Mn in Al-Si le leghe del sistema possono inibire la ricristallizzazione, aumentare la temperatura di ricristallizzazione, affinare significativamente i grani ricristallizzati, migliorare le prestazioni ad alta temperatura della lega, migliorare la resistenza alla fatica e ridurre il ritiro [15]. In aggiunta, Mn può anche eliminare gli effetti negativi del Fe elemento, nel Al-Si leghe di sistema, Mn può avere forma sferica o kanji Al12Mn3Si2 ed AlFeMnSi fasi, per evitare la formazione dei lunghi aghiformi β-AlFeSi fase, ma anche con la formazione di una precipitazione uniforme di Mg, per migliorare la resistenza alla corrosione delle leghe e le prestazioni di saldatura. Tuttavia il contenuto è troppo alto Mn ridurrà l'allungamento della lega, quindi è generalmente controllato allo 0.8% o meno.

Mg nel Al-Si le leghe del sistema possono migliorare la resistenza alla trazione, la durezza e la resistenza alla corrosione del materiale, riducendo efficacemente il Sre Cu elementi aggiunti alla colata a tendenza microporosa. Nell'alto Si lega di alluminio aggiunto 0.3% ~ 0.4% di Mg, la formazione della fase binaria rinforzata Mg2Si può fare il α-Al ed eutettico Si il perfezionamento e la distribuzione della morfologia tendono ad essere ordinati, aumentano significativamente la resistenza alla trazione e la resistenza allo snervamento del materiale della lega, migliorano la lavorabilità della lega, ma la plasticità del materiale subirà un calo significativo [18-19]. Quando l' Mg contenuto superiore allo 0.5%, il limite di snervamento della lega non viene più aumentato; eccessivo Mg, al contrario, ridurrà le prestazioni del processo di fusione della lega, aumenterà il ritiro da solidificazione del getto durante il raffreddamento, in modo che la tendenza alle crepe calde, ai fori di ritiro, al ritiro e ad altri difetti aumenti notevolmente.

3. Meccanismo degli elementi delle terre rare

La lega di alluminio pressofusa senza trattamento termico è principalmente rinforzata dalla microstruttura del materiale di controllo della microlega e dal suo modo principale di rafforzamento per il rafforzamento dei cristalli fini, quindi nel processo di fusione è necessario aggiungere un agente di raffinazione e un agente metamorfico per migliorare le dimensioni e la morfologia della microstruttura, elementi metamorfici comunemente usati come Na, Ca, Sr, La, Ce, ecc., di cui l'effetto metamorfico degli elementi delle terre rare ha una lunga durata e una rifusione, può rendere evidente l'organizzazione della colata della lega. Il meccanismo di raffinazione è che la solubilità solida degli elementi delle terre rare nel α-Al la matrice è limitata e si arricchiranno sulla superficie dei dendriti secondari, aumentando il grado di sottoraffreddamento della composizione, migliorando la velocità di nucleazione e realizzando così l'affinamento del grano.

Inoltre, gli elementi delle terre rare cambieranno il meccanismo di crescita dell'eutettico Si grani di fase, in modo che l'eutettico Si la fase viene trasformata da piastriforme, aghiforme a laminata, fibrosa o sferica [20]. La quantità di additivi degli elementi delle terre rare è troppo elevata, è facile formare una fase composta di elementi delle terre rare grossolane, con conseguente riduzione del contenuto degli elementi delle terre rare utilizzati per la modifica, l'effetto della modifica è ridotto.

Per lo studio degli elementi delle terre rare per migliorare le proprietà delle leghe di alluminio da pressofusione, MAO F et al [21] ha scoperto che l'aggiunta di elementi di terre rare Eu può influenzare la modalità di crescita e la morfologia dell'eutettico Si fase. Quando si aggiunge lo 0.3% di Eu, l'eutettico Si fase dalla trasformazione aghiforme e piastrinica a fibrosa, vedere Figura 4. MUHAMMAD A et al. [22] uso Sc pressofusione Al-Mg-Si modifica della lega e ho scoperto che quando il Sc contenuto dello 0.4%, la dimensione del grano è stata ridotta dell'80%, la resistenza alla trazione e la durezza rispetto al prodotto non aggiunto Sc è stato aumentato rispettivamente del 28% e del 19%, l'allungamento è aumentato del 165%.

Fig 4

PRACHO et al. [23] ottenuto la migliore resistenza e plasticità in fusione Al-5Mg-2Si leghe aggiungendo lo 0.2% di Sc, con un limite di snervamento di 206 MPa, una resistenza alla trazione di 353 MPa, e un allungamento del 10%. ZHENGQJ et al. [24] ha scoperto che l'aggiunta dello 0.06% La a Al-Si le leghe potrebbero migliorare la morfologia dell'eutettico Si fase e aumentare l'allungamento dal 6.7% al 12.9% affinando al contempo il α-Al grani. JINHN et al. [25]ha scoperto che quando lo 0.1% Ce viene aggiunto a Lega Al-Mg-Si, la più piccola spaziatura del braccio del dendrite secondario dei grani (25.95 μm).

Confezionatrici Verticali VFFS

I veicoli di nuova energia utilizzano principalmente macchine per pressofusione in camera fredda, è l'attrezzatura principale della pressofusione integrata, a seconda della dimensione della forza di serraggio può essere divisa in piccole (<4,000 kN), di medie dimensioni (4,000 ~ 10,000 kN) e grandi (≥10,000 kN) macchina per pressofusione. A causa della macchina per pressofusione, la dimensione della forza di serraggio deve coprire l'area proiettata delle parti pressate, quindi le parti strutturali della carrozzeria di grandi dimensioni come il pavimento posteriore, il telaio anteriore della cabina, ecc. devono serrare una forza di almeno 60 kN macchina per pressofusione e parti strutturali dell'area proiettata, maggiore è la necessità di forza di serraggio della macchina per pressofusione, come la pressofusione del vassoio della batteria, il piano intermedio necessita di una forza di serraggio di 80 ~ 000 kN, pressofusione dell'intero telaio, la carrozzeria necessita di una forza di serraggio di 120 000 ~ 200 000 kN, la forza di serraggio della macchina per pressofusione di 120 000 ~ 200 000 kN, la pressofusione dell'intero telaio, la carrozzeria in bianco. La pressofusione dell'intero telaio, con carrozzeria bianca, ha richiesto una forza di chiusura compresa tra 120 e 000 kN.

Attualmente il mondo ne conta più di 60,000 kN capacità produttiva di attrezzature per pressofusione di grandi dimensioni dei produttori svizzeri Buhler, Pressofusione haitiana, YIZUMI, LK la tecnologia e il suo sottomarchio IDRA, e così via. La situazione dello sviluppo della pressofusione integrata con apparecchiature di pressofusione di grandi dimensioni è mostrata nella Tabella 3. Le future automobili a nuova energia per utilizzare la tecnologia di pressofusione di integrazione devono acquistare un gran numero di apparecchiature di pressofusione ultra-grandi, quindi la produzione di massa di apparecchiature ultra-grandi Le attrezzature per la pressofusione di integrazione rappresentano ancora uno dei principali ostacoli al rapido sviluppo dell'attuale tecnologia di pressofusione di integrazione.

tabella 3

Attualmente, per far fronte ai requisiti di produzione di pressofusione su larga scala, la tendenza dello sviluppo di macchine per pressofusione ultra-grandi è:

1. La forza di serraggio della macchina per pressofusione sta diventando sempre più grande.

1.1. Miglioramento dell’efficienza produttiva

La macchina per pressofusione nel processo deve premere lo stato fuso del metallo nello stampo in modo che venga raffreddato e solidificato, per formare i prodotti richiesti. E l'entità della forza di serraggio influirà direttamente sulla velocità e sulla qualità dello stampaggio pressofusione. Maggiore è la forza di serraggio, maggiore è la compattazione della fusione, migliore è anche la qualità della fusione. Inoltre, la forza di serraggio può anche aumentare sostanzialmente l'efficienza produttiva delle macchine per pressofusione, come nel processo di fusione ad alta temperatura, ridurre i tempi di fusione e risparmiare tempo di produzione.

1.2 ottimizzare la qualità del prodotto, migliorare la precisione

Lavorazione di pressofusione mediante iniezione del metallo fuso nello stampo, attraverso raffreddamento e solidificazione, formando il prodotto desiderato. Una grande forza di serraggio può favorire la compattazione uniforme del metallo nello stampo, rendendo così più stabile la qualità della fusione. Una forza di serraggio insufficiente, d'altro canto, farà sì che la fusione non sia in grado di riempire lo stampo, creando problemi come difetti e bave e compromettendo la durata del prodotto. Pertanto, una grande forza di serraggio può garantire la stabilità della qualità della fusione e migliorare la durata del prodotto.

1.3 ridurre i costi

La pressofusione viene generalmente utilizzata nella produzione industriale, la forza di serraggio può utilizzare meno materiale per produrre prodotti più solidi e durevoli e quindi ridurre i costi di produzione. Inoltre, una grande forza di serraggio può abbreviare il ciclo di produzione e migliorare l'efficienza e la qualità della produzione, riducendo al tempo stesso i costi di produzione.

Tuttavia, a lungo termine, la forza di serraggio dovrebbe essere determinata dalla domanda del prodotto e il perseguimento di una forza di serraggio elevata comporterà uno spreco di risorse.

2. Alta efficienza

2.1 Iniezione presso pressa ad alta efficienza

Ottimizzando il sistema di pressatura ed espulsione, è possibile migliorare la velocità e la stabilità della pressatura e dell'espulsione, in modo da aumentare l'efficienza produttiva.

2. 2 Raffreddamento efficiente

Adozione di una tecnologia di raffreddamento più efficiente per accelerare la velocità di raffreddamento dello stampo e ridurre il periodo di produzione

3. Automazione e intelligenza

3.1 Controllo dell'automazione

Attraverso l’introduzione dell’IoT industriale e della tecnologia dell’intelligenza artificiale, vengono realizzati il ​​controllo automatizzato e l’ottimizzazione delle macchine per pressofusione.

3.2 Rilevamento intelligente

Utilizza la tecnologia dei test non distruttivi e gli algoritmi di intelligenza artificiale per realizzare il rilevamento intelligente e la previsione dei difetti delle parti pressofuse.

4. Lunga durata dell'attrezzatura

A causa dell'attrezzatura per lungo tempo in condizioni di lavoro ad alta temperatura e alta pressione, che presenta elevati requisiti per la vita della macchina stessa, ricerca e sviluppo di nuovi materiali in lega, acciai ad alta resistenza e materiali compositi, la progettazione considerata un utilizzo ragionevole della vita della macchina è diventata una strada necessaria.

Riassumendo: macchina per pressofusione ad alte prestazioni che utilizza una tecnologia di lavorazione avanzata e un sistema di controllo di precisione, in modo che abbia elevata precisione, alta velocità, elevata stabilità e altre caratteristiche, per soddisfare il continuo aggiornamento delle esigenze di produzione, mentre l'uso di tecnologie avanzate il sistema idraulico, il sistema di controllo elettrico e la tecnologia di progettazione degli stampi possono migliorare la produttività, ridurre il consumo di energia e ridurre il numero di volte in cui è necessaria la manutenzione dello stampo. E poi, attraverso l'ottimizzazione del design e l'uso di materiali ad alte prestazioni, realizzare la leggerezza e l'elevata resistenza della macchina per pressofusione, l'uso di nuovi materiali in lega, acciaio ad alta resistenza e materiali compositi, ecc., per migliorare la rigidità e durata della macchina per pressofusione.

Processo

La tecnologia integrata del corpo di pressofusione non copre solo la scienza dei materiali metallici, la fisica dell'alta pressione, la reologia e altre discipline, ma incarna anche l'ingegneria meccanica e la moderna tecnologia di produzione della fusione incrociata. Nel processo, l'attenzione è su come mantenere le proprietà meccaniche dei materiali metallici allo stesso tempo, salvaguardare la loro stabilità e mobilità in ambienti ad alta temperatura e alta pressione, per garantire la qualità del prodotto finale, che sulla fusione della lega e metodo di pretrattamento, colata e solidificazione, processo di spruzzatura e sformatura, apparecchiature di pressofusione ad alto vuoto e così via presentano requisiti tecnici più elevati e, allo stesso tempo, nei requisiti di controllo della produzione per la pressione di iniezione, la velocità di riempimento, il cerchio Anche il tempo, il tempo di mantenimento e i parametri di solidificazione sotto pressione presentano requisiti elevati.

1. Sfide della progettazione integrata della carrozzeria

1.1 La complessità della struttura sull'impatto del processo di pressofusione

La complessità strutturale richiede che la progettazione dello stampo raggiunga una precisione maggiore per adattarsi alla complessa struttura della carrozzeria. Ciò significa che quando viene fabbricato lo stampo è necessario utilizzare materiali più delicati Lavorazione CNC tecnologia, nonché materiali di qualità superiore per garantire la precisione e la durata dello stampo. Gli stampi a struttura complessa richiedono anche un design del canale di raffreddamento più complesso per garantire una distribuzione uniforme della temperatura dei getti durante il processo di raffreddamento, evitando stress interni e deformazioni dovute a eccessive differenze di temperatura.

La complessa struttura del design della carrozzeria di grandi dimensioni nel processo di pressofusione della fluidità del metallo impone requisiti più elevati. A causa della struttura complessa, il metallo fuso deve fluire attraverso un percorso più tortuoso nello stampo, che richiede un controllo preciso della pressione e della velocità nel processo di pressofusione, per garantire che il metallo possa riempire ogni angolo dello stampo, a allo stesso tempo per evitare bolle d'aria e altri difetti nel flusso ad alta velocità, il requisito della macchina per pressofusione con una maggiore precisione di controllo della pressione e una velocità di risposta più rapida.

A causa della struttura complessa delle parti del corpo, nel processo di raffreddamento è facile produrre un ritiro irregolare, quindi il processo di controllo del raffreddamento di pressofusione è particolarmente critico, con l'aiuto di un accurato controllo della temperatura dello stampo e di un sistema di regolazione della velocità di raffreddamento, garantire che la fusione nel processo di raffreddamento delle dimensioni e della qualità interna.

1.2 Equilibrio tra risparmio energetico, riduzione delle emissioni e controllo dei costi

La selezione dei materiali gioca un ruolo chiave nel risparmio energetico e nel controllo dei costi. La scelta di materiali leggeri come leghe di alluminio ad alta resistenza o leghe di magnesio può aumentare il costo del materiale nella fase iniziale, ma a causa del suo punto di fusione più basso, può ridurre il consumo di energia nel processo di pressofusione ad alta pressione e, allo stesso tempo tempo, ridurre il peso del corpo e migliorare l'efficienza del carburante del veicolo. A lungo termine, l’applicazione di tali materiali può contribuire a ridurre i costi operativi complessivi e l’impatto ambientale.

L’ottimizzazione del processo di pressofusione ad alta pressione è un’altra importante strategia per ridurre il consumo energetico e i costi. Migliorare l’efficienza energetica delle macchine per pressofusione e ottimizzare i processi di fusione e iniezione può ridurre significativamente il consumo energetico. L'uso di sistemi avanzati di controllo della temperatura e di tecnologie di recupero energetico può ridurre efficacemente la perdita di calore migliorando al tempo stesso l'efficienza produttiva e la qualità della fusione. Inoltre, il controllo preciso dei parametri di pressofusione, come la pressione e la velocità di iniezione, può non solo migliorare il tasso di utilizzo del materiale, ma anche ridurre il tasso di scarto e quindi ridurre il consumo di materiali ed energia.

2. Integrazione del flusso del processo di pressofusione ad alta pressione

2.1 Fusione e trasporto delle leghe

Lo scopo del processo di fusione delle leghe è quello di riscaldare le materie prime metalliche selezionate allo stato liquido per garantire che abbiano una fluidità adeguata per la successiva iniezione e stampaggio. Questo processo coinvolge complessi principi termodinamici e di scienza dei materiali che richiedono un controllo preciso della temperatura del forno, della composizione chimica del metallo liquido e delle sue proprietà fisiche. In particolare quando sono coinvolti più elementi leganti, come le leghe di alluminio o magnesio, la proporzione e la purezza di ciascun elemento possono influenzare in modo significativo le proprietà meccaniche e la durabilità del prodotto finale. Durante il processo di fusione, la progettazione del forno e la scelta dei parametri operativi hanno un impatto diretto sull'efficienza energetica e sulla qualità del metallo.

I forni devono avere un'efficiente capacità di conversione dell'energia termica e buone prestazioni di ritenzione del calore per ridurre al minimo il consumo di energia e mantenere una temperatura uniforme del liquido metallico. Allo stesso tempo, il controllo dell'atmosfera durante il processo di fusione è fondamentale e deve essere evitata l'ossidazione o altre reazioni chimiche indesiderate del metallo. Inoltre, nella soluzione metallica possono essere presenti inclusioni o bolle d'aria che devono essere rimosse mediante metodi di trattamento adeguati per garantire la qualità interna dei getti. Una volta fuso il metallo, il suo trasferimento alla macchina per pressofusione è altrettanto critico. Questo processo deve mantenere la temperatura e la fluidità adeguate del metallo liquido per garantire che possa riempire lo stampo durante lo stampaggio a iniezione.

2.2 Preparazione del getto

La preparazione della fusione è un prerequisito chiave per garantire una pressofusione efficiente e di alta qualità, che coinvolge la progettazione dello stampo, la movimentazione dei materiali, la regolazione della macchina e altri aspetti. La progettazione dello stampo, in quanto nucleo della preparazione della fusione, non solo richiede una costruzione geometrica precisa per garantire l'accuratezza dimensionale della fusione, ma deve anche considerare fattori quali il trattamento termico, il rivestimento superficiale e la disposizione dei canali di raffreddamento per migliorare la durata e la produttività dello stampo. come mostrato nella Figura 4. La chiave per la progettazione dello stampo è ottimizzare il processo di raffreddamento e solidificazione del getto, che richiede la considerazione della conduttività termica del materiale dello stampo, della disposizione dei canali di raffreddamento e della geometria del getto.[26-27]

macchina per pressofusione

Un'efficace progettazione del canale di raffreddamento può accelerare il processo di solidificazione della fusione e ridurlo stress residuo e deformazione e migliorare l'accuratezza dimensionale e le proprietà meccaniche del pezzo fuso. Allo stesso tempo, il trattamento di rivestimento sulla superficie dello stampo è anche la chiave per migliorare la durata dello stampo e la qualità superficiale della fusione. Se le tecnologie di trattamento superficiale come carbonitrurazione e vengono utilizzati la nichelatura, la resistenza all'usura e alla corrosione dello stampo può essere efficacemente migliorata. In termini di lavorazione del materiale, la composizione chimica e la temperatura del metallo fuso influiscono direttamente sulle sue caratteristiche di flusso e solidificazione, determinando così la qualità interna e superficiale del getto [28]. Pertanto, il metallo fuso deve essere analizzato rigorosamente per quanto riguarda la composizione chimica e il controllo della temperatura per garantire che soddisfi i requisiti della pressofusione ad alta pressione. Per i metalli non ferrosi come le leghe di alluminio, il contenuto di elementi leganti come silicio, magnesio e rame deve essere controllato con precisione per regolarne le caratteristiche di fluidità e solidificazione.

Inoltre, la regolazione della macchina è la chiave per garantire che il metallo fuso possa riempire lo stampo in modo efficiente e accurato nel processo di pressofusione, compresa l'impostazione precisa della pressione e della velocità del sistema di iniezione della macchina di pressofusione, nonché come il controllo rigoroso della temperatura dello stampo. La pressione e la velocità del sistema di iniezione devono essere ottimizzate in base alle dimensioni e alla complessità della colata, per garantire che il metallo fuso possa riempire lo stampo in modo rapido e uniforme e il controllo della temperatura dello stampo influisce direttamente sulla velocità di raffreddamento del processo di fusione e solidificazione.

2.3 Colata a pressione

La colata a pressione è un processo di formatura dei metalli ad alta precisione ed efficienza, la chiave sta nella rapida iniezione di materiale metallico fuso ad alta pressione in uno stampo progettato con precisione, in particolare l'applicazione di una macchina per pressofusione a camera calda, che migliora la qualità e l'efficienza della pressofusione e consente la formazione di getti con forme complesse e dettagli fini.

Il successo dell'implementazione di questo processo è fondamentale per realizzare la progettazione integrata delle carrozzerie delle automobili, che prevede l'applicazione integrata di diversi campi come la scienza dei materiali, la termodinamica, la meccanica dei fluidi e l'ingegneria meccanica. Nel processo di colata a pressione, è innanzitutto necessario un controllo preciso della temperatura del metallo fuso per garantire che il liquido metallico mantenga la giusta fluidità prima di essere iniettato nello stampo. Un controllo inadeguato della temperatura può causare segregazione a freddo o riempimento insufficiente del getto. Inoltre, è necessario un controllo preciso della pressione e della velocità di iniezione per garantire che il fluido metallico riempia ogni spazio nello stampo evitando al contempo la generazione di bolle e vortici a causa di una velocità eccessiva [29]. Durante questo processo, le caratteristiche del flusso del fluido, la distribuzione della pressione e il suo effetto sullo stampo sono i dettagli tecnici su cui concentrarsi.

Anche la progettazione e la qualità costruttiva dello stampo sono fondamentali per la pressofusione. Gli stampi devono resistere ad ambienti continui ad alta temperatura e pressione e avere un'elevata precisione e una buona conduttività termica per garantire l'accuratezza dimensionale e la stabilità della forma dei pezzi fusi. La scelta del materiale dello stampo, il processo di trattamento termico e la disposizione dei canali di raffreddamento hanno tutti un impatto diretto sulla qualità della fusione. Un raffreddamento non uniforme può portare a tensioni interne o addirittura a crepe nei getti.

Il controllo di qualità durante il processo di fusione è un altro ruolo chiave. Ciò include l'ispezione accurata della microstruttura, delle proprietà meccaniche e dell'accuratezza dimensionale dei pezzi fusi. Utilizzando tecniche di controllo non distruttive come i raggi X o gli ultrasuoni, è possibile rilevare in tempo difetti all'interno della fusione, come porosità, inclusioni o riempimenti insufficienti.

Inoltre, un sistema di monitoraggio in tempo reale svolge un ruolo fondamentale nel processo di colata a pressione, in quanto può regolare parametri in tempo reale quali temperatura, pressione e velocità di riempimento in risposta ai vari cambiamenti che si verificano durante il processo di colata.

2.4 Ispezione della pulizia

La fase di ispezione e pulizia è una parte indispensabile del processo di pressofusione ad alta pressione, poiché influisce direttamente sulla qualità finale e sulle prestazioni dei pezzi fusi. Il processo di pulizia prevede la rimozione della fusione sul cancello, sul bordo mobile, nelle bave e su altre parti in eccesso, nonché sulla pulizia della superficie, per garantire che la fusione raggiunga la precisione dimensionale e la ruvidità superficiale richieste. Il processo di ispezione prevede una valutazione completa delle dimensioni, della forma e delle proprietà fisiche e chimiche del pezzo fuso per garantire che ciascun pezzo fuso soddisfi rigorosi standard di qualità, come mostrato nella Tabella 1 per le fasi del processo di pulizia e ispezione. Il processo di pulizia inizia con il taglio meccanico o la molatura del getto per rimuovere cancelli e bordi volanti. Questa fase richiede un controllo preciso delle forze di taglio e delle velocità di rettifica per evitare inutili sollecitazioni interne o distorsioni della fusione [30]. Gli strati ossidati e altre impurità vengono rimossi dalla superficie del pezzo fuso con l'aiuto di metodi di sabbiatura o pulizia chimica per migliorarne la qualità superficiale, e il controllo dei parametri dei metodi di pulizia meccanica e chimica è essenziale per garantire la qualità complessiva del pezzo fuso. La sessione di ispezione effettuata dopo la pulizia dei getti ha lo scopo di garantire che le dimensioni geometriche, la rugosità superficiale e le proprietà dei materiali dei getti soddisfino i requisiti di progettazione.

Le ispezioni dimensionali vengono solitamente eseguite utilizzando calibri e CMM ad alta precisione per garantire l'accuratezza dimensionale dei getti. Le ispezioni della rugosità superficiale vengono condotte mediante misuratori di rugosità superficiale per valutare le irregolarità microscopiche della superficie della fusione.

L'ispezione delle proprietà dei materiali comprende prove di durezza, prove di trazione e prove di impatto, che sono gli indici chiave per valutare le proprietà meccaniche dei getti. La prova di durezza può essere eseguita utilizzando un durometro Brinell o Rockwell, mentre la prova di trazione richiede l'utilizzo di una macchina prova materiali universale per misurare la resistenza alla trazione e l'allungamento dei getti [31].

Concludere

(1)Il boom dello sviluppo del settore automobilistico della nuova energia per la ricerca e lo sviluppo integrati di materiali in lega di alluminio per pressofusione e per la produzione di macchine per pressofusione integrate di grandi dimensioni fornisce una forza trainante allo sviluppo.

(2)Rispetto al tradizionale processo di pressofusione, la produzione integrata di materiali, stampi, processi e attrezzature per pressofusione ha presentato requisiti tecnici più elevati. Gli elementi del processo, tra cui la fusione e il pretrattamento delle leghe, la modalità di solidificazione del getto, il processo di spruzzatura e sformatura, le apparecchiature di pressofusione ad alto vuoto e così via, propongono requisiti tecnici più elevati; Negli elementi di produzione, la pressione di iniezione, la velocità di riempimento, il tempo di riempimento, il tempo di mantenimento e il controllo dei parametri di solidificazione pressurizzata impongono requisiti di controllo della produzione più impegnativi; Nella produzione degli stampi, oltre alla resistenza dello stampo e alla tenacità della plastica, vengono presentati indicatori tecnici più elevati. Indicatori tecnici più elevati, ma anche sulla qualità della superficie dello stampo, resistenza al cracking termico, resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e durata, e altri aspetti dei requisiti più elevati proposti; Nella macchina per pressofusione ultra-grande, per soddisfare la futura integrazione della pressofusione nella rapida divulgazione dell'industria automobilistica della nuova energia, la realizzazione di attrezzature per pressofusione ultra-grandi, a basso costo, ad alta precisione, a lunga durata la progettazione e lo sviluppo della vita e la produzione di massa saranno il futuro della nuova industria automobilistica energetica sarà preoccupata per l'hotspot.

(3)Attualmente utilizzati per la produzione integrata di pressofusione senza trattamento termico di materiali in lega leggera sono ancora i sistemi Al-Si e Al-Mg principalmente attraverso la progettazione di microleghe combinata con il rafforzamento della soluzione solida e il rafforzamento dei cristalli fini come meccanismo di tenacità. Limitato dalla resistenza del materiale, può essere utilizzato solo come parte portante media della produzione integrata di pressofusione; il futuro terrà conto della resistenza al carico statico, delle prestazioni di attaccamento del rivestimento, delle prestazioni del processo, della durata a fatica, della resistenza alla corrosione e della riciclabilità della ricerca e dello sviluppo dei materiali in lega di alluminio pressofuso che diventeranno il fulcro del campo della ricerca sui materiali in lega di alluminio.


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  • Trend di sviluppo della pressofusione integrata per veicoli a nuova energia by CapableMaching è sotto licenza CC BY-NC 4.0

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