Prefacio:

Ya en septiembre de 2020, el director ejecutivo de Tesla, Musk, anunció por primera vez que se utilizará tecnología de fundición a presión integrada en la producción del panel trasero del Model Y. La tecnología de fundición a presión integrada es un nuevo cambio en la tecnología de fundición a presión. Al rediseñar varias piezas independientes que deben ensamblarse en el diseño original y utilizar una máquina de fundición a presión súper grande para fundir a presión de una sola vez, se pueden obtener directamente piezas completas para realizar las funciones originales. Pero en términos de madurez tecnológica todavía queda un largo camino por recorrer.

Introducción

El futuro de la producción de fundición a presión

Los procesos tradicionales de producción de automóviles son estampado, soldadura, pintura y ensamblaje en 4 pasos; generalmente, la placa de acero se estampa en piezas pequeñas, siguiendo los dibujos de diseño se suelda en piezas grandes, se ensambla en la carrocería y finalmente se pinta.

Tesla ha abierto un campo completamente nuevo en la producción de automóviles, es decir, utilizando las características del proceso tradicional de fundición a presión y lanzando la fundición integrada con conceptos y materiales avanzados, lo que ha cambiado el método de producción de automóviles convencional al combinar los dos pasos de estampado y soldar en un solo paso y fundir las piezas grandes directamente, que es un nuevo proceso que ha proporcionado en gran medida la eficiencia de la producción y ha reducido el costo a largo plazo. Además, aumenta la tasa de reciclaje de los materiales de la carrocería totalmente de aluminio a más del 95%, lo que se vuelve más simple y eficiente.^[1]

Los materiales utilizados en la fundición a presión integrada de sus piezas de automóvil son nuevos y pueden recibir tratamiento térmico gratuito. Su característica es que no necesita pasar por un tratamiento con solución de alta temperatura ni envejecimiento artificial, sólo mediante el envejecimiento natural se puede lograr una mejor resistencia y plasticidad. Aleación de aluminio de fundición a presión sin tratamiento térmico, principalmente mediante microaleaciones para regular la microestructura y la morfología del tamaño de la aleación, combinada con fortalecimiento de solución sólida, fortalecimiento de grano fino y fortalecimiento de dispersión de segunda fase para fortalecer el material. El uso de aleación de aluminio con tratamiento térmico libre puede mejorar la calidad de las piezas fundidas, mejorar las propiedades mecánicas de la aleación, ahorrar energía y reducir las emisiones de carbono para que las piezas de la estructura de la carrocería tengan mayores ventajas en términos de costo y rendimiento.

En la actualidad, las piezas de automóvil integran la fundición a presión, sus cuatro umbrales principales son molde, material, máquina y proceso.

Moho

1. Fabricación de moldes

La fabricación de moldes es difícil y una de las dificultades en la fabricación de moldes de fundición a presión es el diseño. Los moldes de fundición a presión son complejos y tienen elevados costes de procesamiento. La dificultad en el diseño de moldes radica en la necesidad de considerar muchas cuestiones como el equilibrio térmico, el desmolde y la dirección de alimentación de la lechada.^[2]

(1) El equilibrio térmico en el costo de producción del molde representa un costo relativamente pequeño, pero afectará la solidificación, la calidad, el círculo, etc., lo que afecta la vida útil general del molde es un factor clave. El diseño del equilibrio térmico es el diseño de la tubería de refrigeración, incluida la ubicación, el caudal de agua de refrigeración, etc.
(2) La dirección del líquido fundido afecta la calidad de la fundición a presión y las materias primas, el diseño no es razonable, causará el problema de una inyección insuficiente de los espacios en blanco, lo que afectará la tasa de rendimiento del producto;
(3) El aire en la cavidad hará que el rendimiento del moldeo del producto no sea alto, generalmente se puede usar para facilitar la descarga de gas, los moldes de precisión de alta gama también usan tecnología de fundición al vacío, para resolver el problema del aire no está excluido;
(4) El diseño de desmoldeo se refleja en el producto después de moldearlo para sacar el paso, el diseño no es razonable y hará que el producto atascado en el molde no se pueda quitar.

2. Selección de materia prima del molde.

Los moldes deben inyectarse en el metal fundido, moldearse después del enfriamiento, el proceso de la cavidad y el contacto directo del metal a alta temperatura, someterse repetidamente a frío y calor extremos y condiciones de trabajo duras, por lo que mejorar la vida útil del molde es la clave. al control de costes. Además de un diseño razonable para mejorar la vida útil, la selección de la materia prima del molde y la innovación son cruciales. El material necesita alta estabilidad térmica, resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, tenacidad, conductividad térmica y otras propiedades. Las formas específicas de mejorar la vida útil son

(1) elimina el gas metálico y otros elementos no metálicos, mejorando así la pureza, como el contenido de azufre del acero del elemento se controla al 0.003% o menos, lo que aumenta la vida útil del molde en 1.3 veces.
(2) Reducir el contenido de elementos de aleación como Mn\Si\Cr para reducir la segregación del acero.
(3) El molde tiene un efecto de placa corta, cualquier dirección del rendimiento es baja, lo que afectará la vida útil general, por lo que se puede mejorar la isotropía y la uniformidad.

Con los moldes de fundición a presión a gran escala y el aumento de la precisión, estas dificultades aumentarán. Cuanto mayor sea la precisión del molde, más complejo será el diseño del equilibrio térmico, mayor será la dificultad del mecanizado, más consideraciones para el diseño de expulsión del molde y mayor será la dificultad técnica. Cuanto más grande es el molde, mayor es el equilibrio térmico del rango y mayores son los requisitos del material, como isotrópico, uniformidad y pureza.

3. Marco del molde

El marco del molde es uno de los principales costos del molde y requiere un mantenimiento regular. En la estructura de costos de moldes súper grandes, el costo del portamatriz representa aproximadamente el 40%, y la estructura y la precisión de fabricación del portamatriz afectan directamente la estructura del molde y la precisión de las piezas forjadas. Para garantizar la precisión del portamatriz, este debe inspeccionarse y mantenerse regularmente y revisarse periódicamente (generalmente debe inspeccionarse y mantenerse anualmente).

Creemos que el marco del troquel se está desarrollando hacia la no estandarización, la complejidad y la precisión. El molde tiene una dirección demasiado grande, precisa y compleja. El marco del molde también admite la actualización:

(1) desarrollo no estandarizado. Las empresas de fabricación de marcos de troqueles siguen el plan de producir marcos de troqueles estándar basándose en el comienzo para proporcionar una variedad de suministros de marcos de troqueles no estándar, es decir, de acuerdo con los requisitos del marco de troqueles estándar para procesamiento y acabado profundo. En 2010, los marcos de troqueles no estándar representaron todas las ventas de marcos de troqueles del 60-70%, y principalmente para moldes grandes de precisión. Con la integración de la revolución de la tecnología de fundición a presión, esperamos que los marcos de moldes no estándar sigan mejorando;
(2) Complejidad, desarrollo de precisión. Junto con la división del trabajo de especialización en la fabricación de moldes en profundidad, las empresas de fabricación de moldes transferirán más eslabones de acabado a las empresas de fabricación de moldes, por lo que aumentarán los productos de moldes estándar en el proyecto de acabado, como el procesamiento de orificios de canal, orificios de varilla de tracción, núcleos. orificios, orificios para la varilla de empuje, orificios para el agua de refrigeración, orificios oblicuos para el pilar guía, orificios oblicuos para la varilla de empuje, etc., instalación del anillo de posicionamiento, localizador, juego de bebedero, empuje del pilar guía de la placa, bloques de soporte, etc. Estos complejos proyectos de acabado sobre el proceso de fabricación de moldes y su precisión plantean requisitos más elevados;
(3) El grado de estandarización de los marcos de moldes no estandarizados mejora constantemente. La estandarización favorece la reducción de costos y la eficiencia de la empresa; con el desarrollo de la industria de marcos de moldes, la tecnología de fabricación especializada continúa profundizándose y las estructuras de marcos de moldes no estandarizadas continúan modelando, estandarizando y produciendo especializada.

Material

Las máquinas de fundición a presión tradicionales tienen un tratamiento con solución a alta temperatura y procesos de envejecimiento artificial. Para los productos integrados de gran tamaño, el material debe estar libre de tratamiento térmico posterior al procesamiento, además de las imperfecciones tradicionales en el proceso de fundición a presión, lo que también es un desafío muy alto. Por lo tanto, para enfrentar estos desafíos, existen algunas soluciones para el material de la siguiente manera.

1. El papel de los elementos de aleación en las aleaciones de aluminio fundido a presión sin tratamiento térmico del sistema Al-Mg

Mg como fundición a presión Al Mg aleación además de Al en el mayor contenido de elementos, en Al la solubilidad sólida hasta el 17.4%, tiene un buen efecto de fortalecimiento de la solución sólida, al mejorar la resistencia de la aleación al mismo tiempo no afecta la tenacidad de la aleación, pero también mejora la fluidez de la aleación y la resistencia a la tendencia al craqueo térmico. y reducir el fenómeno del moho pegado. Por excesivo que sea Mg no sólo causará oxidación, sino que también reducirá el rendimiento de fundición de la aleación, y con Al para formar Al₃Mg₂ fase, las propiedades mecánicas de la aleación y el rendimiento de resistencia a la corrosión tienen efectos adversos ^[3]. Fundición a presión con tratamiento térmico gratuito. Al Mg La organización de fundición de aleación es principalmente cristal dendrítico, granular de gran tamaño. α₁-Alabama granos finos esféricos α₂-Alabama granos y organización eutéctica, ver Figura 1 ^[4].

Las propiedades mecánicas de la aleación se pueden mejorar significativamente regulando la composición elemental y añadiendo oligoelementos. JIS et al. ^[5] Según la influencia de cada elemento de aleación en las propiedades mecánicas del material, la composición óptima se obtuvo entre 5.0% ~ 5.5%. Mg, 1.5% ~ 2.0% Si, 0.5% ~ 0.7% Mn, 0.15 ~ 0.2% Ti y no más del 0.25% Fe, con el saldo de Al. El límite elástico de la aleación en estado fundido puede alcanzar 150 MPa, resistencia a la tracción de 300 MPay alargamiento superior al 15%. wu han ^[6]mediante pruebas ortogonales para determinar la composición óptima de la aleación de aluminio-magnesio de fundición a presión para un 5.4% Mg, 2.0% Si, 0.77% Mn, ≤ 0.22% Fe, el balance de Al, de modo que la resistencia a la tracción de la aleación fundida de 353.58 MPa, límite elástico de 204.53 MPa, el alargamiento del 12.46%. Si puede ser con Mg para formar el Mg₂Si fase eutéctica, que es la Al Mg sistema libre de calor. Si puede formar el Mg₂Si fase eutéctica con Mg, que es la principal fase de refuerzo del Al Mg Sistema de aleación de aluminio fundido a presión sin tratamiento térmico y la influencia de Mg y Si sobre las propiedades de la aleación se muestra en la Fig. 2 ^[5].

Para mejorar la resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión de la aleación en el estado fundido, todos Mg y Si debe formarse en ideal Mg₂Si partículas, por lo que la relación de masa de Mg y Si debería ser 1.73∶1 (correspondiente a la relación de medición química 2∶1 de Mg₂ Si) ^[7]. Para mejorar el fortalecimiento de la solución sólida de las aleaciones en el estado fundido, el Mg y Si El contenido de las aleaciones debe estar cerca de la solubilidad máxima de Mg2Si in Al de 1.85%. HU ZQ et al. ^[8]>encontré que cuando el Mg El contenido osciló entre 5.7% y 7.2%, el límite elástico y la dureza aumentaron en un 11% y un 9%, respectivamente, pero el alargamiento disminuyó significativamente y la resistencia a la fatiga de las aleaciones aumentó con el aumento de la resistencia a la fatiga. Mg contenido. YUAN LY et al ^[4] a la composición química, fracción de fase eutéctica, tamaño medio de grano, Mg solución sólida y propiedades de tracción de la relación entre el establecimiento de parcelas de contorno, como guía para el desarrollo de fundición a presión de alta resistencia y tenacidad Al-Mg-Si aleaciones, determinaron que cuando el Mg contenido de 6.5% ~ 7.5%, Si Con un contenido de 2.4% ~ 3.0%, el alargamiento puede ser superior al 10% y, al mismo tiempo, tiene un alto límite elástico y resistencia a la tracción.

Mn es un elemento constituyente importante en Al Mg aleaciones del sistema. Agregando 1% Mg a las aleaciones de aluminio puede aumentar la resistencia a la tracción de la aleación en un 35 MPa, y el efecto fortalecedor de Mn es el doble que la de la misma cantidad de Mg ^[9]. En el presente, Mn se agrega principalmente en lugar de Fe para mejorar el desmoldeo de la aleación y hacer que el Al₃Mg₂ La fase precipita uniformemente para mejorar la resistencia a la corrosión y el rendimiento de soldadura de la aleación. El Al₆Mn La fase formada en la aleación puede reducir la tendencia al agrietamiento en caliente de la aleación. Además, Mn también puede aumentar el Fe contenido en α-AlFeSi compuestos intermetálicos e inhiben la formación de agujas β-AlFeSi, AlFe₃ fase, mejorando así el rendimiento de la aleación, especialmente la tenacidad plástica. El mejor Mn El contenido en la aleación es del 0.3% al 0.8%, cuando el Mn contenido del 0.8%, el alargamiento máximo, el contenido continúa aumentando, la plasticidad se reduce significativamente, y manganeso, sLo combiné con la formación de la fase AlMnSi para que la resistencia de la aleación disminuyera.

Cu puede disolverse sólidamente en α-Al compuestos matriciales o granulares que existen en Al Mg aleaciones, puede mejorar significativamente la resistencia y dureza de la aleación, y en el proceso de horneado posterior promueve la formación de β″ fase, mejora las propiedades de endurecimiento al hornear, pero el agrietado Al₂CuMg fase y Cu-Los compuestos de reticulación ricos harán que el alargamiento disminuya ligeramente. ^[10-11]. La presencia de Cu También aumenta la tendencia a la corrosión intergranular de la aleación y la tendencia al agrietamiento térmico, por lo que generalmente se controla la Cu contenido de 0.3% a 0.8%, y minimizar el contenido de Cu.

Ti Es el elemento principal agregado para refinar la organización de la fundición de la aleación, reducir la tendencia al agrietamiento y mejorar las propiedades mecánicas. ^[12]. La función de Al₃Ti partículas y Tic formado después de la adición de Ti a la aleación puede promover la nucleación de la α-Al matriz para refinar el tamaño del grano, y al mismo tiempo, Al₃Ti puede hacer que la fase de precipitación se distribuya de manera difusa en la aleación, fijando efectivamente los límites de los granos y las dislocaciones, dificultando la recristalización de la aparición de la resistencia y mejorando el alargamiento. Cuando Ti y B se suman, B no sólo puede formar el Al₂B fase subestable como el punto de nucleación espontánea de la matriz, pero también reduce la solubilidad de Al₃Ti o formar el TiB₂ fase como el punto de nucleación heterogéneo, que promueve la nucleación del Al₃Ti fase, y mejora significativamente el efecto de refinación. Sin embargo, cabe señalar que Ti y Cr, Zn, Manganesoy otros elementos impuros producen reacciones de envenenamiento. ^[13].

2. El papel de los elementos de aleación en la aleación de aluminio fundido a presión sin tratamiento térmico del sistema Al-Si

Si en la fundición a presión sin tratamiento térmico Al Si El contenido de aleación del sistema, en general, es del 4.0% al 11.5%. Con el aumento de Si contenido, α-Al Los granos dendríticos continúan siendo refinados, el Mg₂Si Fase de fortalecimiento y el número de eutécticos. Si Las fases continúan aumentando, en las que el tamaño y la morfología del eutéctico Si La fase afecta significativamente las propiedades de la aleación, debe intentar hacer que el eutéctico Si La fase es esférica o fibrosa distribuida uniformemente, para mejorar la resistencia y tenacidad de la aleación. ^[14]. Fundición a presión con tratamiento térmico gratuito. Al Si sistema de aleaciones fundido organización estatal es principalmente fino uniforme α-Al dendritas, eutécticas Siy otra segunda fase granular ^[15]. El fortalecimiento de esta aleación requiere el control de la composición de la aleación y la adición de agentes refinadores y agentes densificantes para refinar el primario. α-Al Fase, reduce el espaciado de los brazos dendríticos secundarios y mejora la morfología del eutéctico. Si. La Figura 3 muestra el diagrama de solidificación de la microestructura de Al-Si-Mg aleación después de la adición del elemento metamórfico Sr y adición compuesta de Sr y refinador Al-Ti-B ^[16]. ZHANG P. et al. ^[15] desarrollado Al-10Si-1.5Cu-0.8Mn-0.15Fe aleación ajustando el contenido de Cu, manganesoy el ámbito Fe, que mostró mejores propiedades mecánicas, el límite elástico fue 190 MPa y la resistencia a la tracción fue 308 MPa.

BOSCH et al. ^[17] señaló que la adición de Mn a Al Si aleaciones de aluminio fundido a presión con w(Mn)/w(Fe) Una relación de 1, combinada con una alta velocidad de enfriamiento, da como resultado aleaciones con excelente plasticidad (alargamiento >10%). Cu añadido a Al Si Las aleaciones aumentan significativamente la resistencia, pero la resistencia a la corrosión y al agrietamiento térmico tienden a disminuir significativamente y el rango de temperatura de solidificación de la aleación aumentará significativamente. en bajo Cu contenido, las propiedades de la aleación dependen principalmente de la presencia del Al₂Cu fase, cuando el Al₂Cu la fase se distribuye uniformemente en la matriz en forma de partículas esféricas, la resistencia del material se puede aumentar significativamente y la plasticidad se mantiene en un nivel alto; si se distribuye a lo largo de los límites de los granos en forma de malla continua, la resistencia casi no cambia pero la ductilidad disminuye significativamente ^[18]. Con el aumento de Cu contenido, la segregación eutéctica de Cu deteriorará la plasticidad del material y la formación de una gran cantidad de Al2Cu fases reduce significativamente la resistencia a la corrosión. Por lo tanto, la cantidad de Cu agregados a aleaciones de aluminio fundido a presión sin tratamiento térmico deben controlarse estrictamente, u otros elementos deben reemplazarse, como Zr, V, Mo, Y así sucesivamente.

Mn in Al Si Las aleaciones del sistema pueden inhibir la recristalización, aumentar la temperatura de recristalización, refinar significativamente los granos recristalizados, mejorar el rendimiento de la aleación a alta temperatura, mejorar la resistencia a la fatiga y reducir la contracción. ^[15]. Adicionalmente, Mn También puede eliminar los efectos adversos de la Fe elemento, en el Al Si aleaciones del sistema, Mn puede formar esféricos o kanji Al₁₂Mn₃Si₂ y AlFeMnSi fases, para evitar la formación de largas agujas en forma de aguja. β-AlFeSi fase, sino también con la formación de una precipitación uniforme de Mg, para mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones y el rendimiento de la soldadura. Sin embargo, el contenido de demasiado alto Mn reducirá el alargamiento de la aleación, por lo que generalmente se controla al 0.8% o menos.

Mg en el Al Si Las aleaciones del sistema pueden mejorar la resistencia a la tracción, la dureza y la resistencia a la corrosión del material, reduciendo efectivamente la Sry el ámbito Cu Elementos añadidos a la tendencia microporosa de la fundición. en lo alto Si La aleación de aluminio añadió 0.3% ~ 0.4% de Mg, la formación de la fase binaria reforzada Mg₂Si puede hacer el α-Al y eutéctico Si El refinamiento y la distribución de la morfología tienden a ser ordenados, aumentan significativamente la resistencia a la tracción y el límite elástico del material de aleación, mejoran la maquinabilidad de la aleación, pero la plasticidad del material disminuirá significativamente. ^[18-19]. Cuando el Mg contenido de más del 0.5%, el límite elástico de la aleación ya no aumenta; excesivo MgPor el contrario, reducirá el rendimiento del proceso de fundición de la aleación y aumentará la contracción por solidificación de la pieza fundida durante el enfriamiento, de modo que la tendencia a grietas por calor, agujeros de contracción, contracción y otros defectos aumentará drásticamente.

3. Mecanismo de elementos de tierras raras

La aleación de aluminio fundido a presión sin tratamiento térmico se fortalece principalmente mediante la microestructura del material de control de microaleaciones, y su forma principal de fortalecimiento para el fortalecimiento de los cristales finos, por lo que en el proceso de fusión es necesario agregar un agente refinador y un agente metamórfico para mejorar el tamaño y la morfología de la microestructura. elementos metamórficos comúnmente utilizados como Na, Ca, Sr, La, Ce, etc., cuyo efecto metamórfico de los elementos de tierras raras tiene una fusión duradera y, puede hacer que la organización de fundición de la aleación sea obviamente refinada. El mecanismo de refinación es que la solubilidad sólida de los elementos de tierras raras en el α-Al La matriz es limitada y se enriquecerán en la superficie de las dendritas secundarias, aumentando el grado de sobreenfriamiento de la composición, mejorando la tasa de nucleación y logrando así el refinamiento del grano.

Además, los elementos de tierras raras cambiarán el mecanismo de crecimiento de los eutécticos. Si granos de fase, de modo que el eutéctico Si La fase se transforma de una placa, una aguja, a una laminada, fibrosa o esférica. ^[20]. La cantidad de aditivo de elementos de tierras raras es demasiado alta, lo que facilita la formación de una fase compuesta de elementos de tierras raras gruesa, lo que da como resultado una reducción en el contenido de elementos de tierras raras utilizados para la modificación y se reduce el efecto de modificación.

Para el estudio de elementos de tierras raras para mejorar las propiedades de las aleaciones de aluminio fundido a presión, MAO F. et al ^[21] descubrió que la adición de elementos de tierras raras Eu puede afectar el modo de crecimiento y la morfología del eutéctico Si fase. Al agregar 0.3% de Eu, el eutéctico Si fase de transformación en forma de aguja y placa a similar a fibra, consulte la Figura 4. MAHOMA A. et al. ^[22] use Sc para morir fundición Al-Mg-Si modificación de la aleación y encontró que cuando el Sc contenido de 0.4%, el tamaño del grano se redujo en un 80%, la resistencia a la tracción y la dureza en comparación con el sin agregar Sc se incrementó en un 28% y 19%, respectivamente, el alargamiento aumentó en un 165%.

PRACHO et al. ^[23] obtuvo la mejor resistencia y plasticidad en fundición. Al-5Mg-2Si aleaciones añadiendo 0.2% de Sc, con un límite elástico de 206 MPa, una resistencia a la tracción de 353 MPa, y un alargamiento del 10%. ZHENGQJ et al. ^[24] encontró que la adición de 0.06% La a Al Si Las aleaciones podrían mejorar la morfología del eutéctico. Si fase y aumentar el alargamiento del 6.7% al 12.9% mientras se refina el α-Al granos. JIN HN et al. ^[25]encontró que cuando el 0.1% Ce se agrega a aleación de Al-Mg-Si, la separación más pequeña entre los brazos de las dendritas secundarias (25.95 μm).

Máquina

Los vehículos de nueva energía utilizan principalmente máquinas de fundición a presión en cámaras frigoríficas, es el equipo principal de fundición a presión integrada, según el tamaño de la fuerza de sujeción se puede dividir en pequeñas (<4,000 kN), mediano (4,000 ~ 10,000 kN) y grandes (≥10,000 kN) máquina de fundición a presión. Debido a que la fuerza de sujeción de la máquina de fundición a presión debe cubrir el área proyectada de las piezas prensadas, las piezas estructurales grandes de la carrocería, como el piso trasero, el marco de la cabina delantera, etc., necesitan una fuerza de sujeción de al menos 60 000 kN máquina de fundición a presión y partes estructurales del área proyectada, mayor será la necesidad de fuerza de sujeción de la máquina de fundición a presión, como la fundición a presión de la bandeja de la batería, el piso medio necesita una fuerza de sujeción de 80 000 ~ 120 000 kN, fundición a presión de todo el chasis, la carrocería en blanco necesita una fuerza de sujeción de 120 000 ~ 200 000 kN, la fuerza de sujeción de la máquina de fundición a presión de 120 000 ~ 200 000 kN, la fundición a presión de todo el chasis, la carrocería en blanco. La fundición a presión de todo el chasis, con carrocería en blanco, requirió una fuerza de sujeción de 120 000 a 200 000 kN.

En la actualidad, el mundo tiene más de 60,000 kN Gran capacidad de producción de equipos de fundición a presión de los fabricantes Suiza. Buhler, Fundición a presión haitiana, YIZUMI, LK la tecnología y su submarca IDRA, etcétera. La situación de desarrollo de la fundición a presión integrada con equipos de fundición a presión grandes se muestra en la Tabla 3. Los futuros automóviles de nueva energía que utilicen la tecnología de fundición a presión integrada deben comprar una gran cantidad de equipos de fundición a presión ultragrandes, por lo que la producción en masa de Los equipos de fundición a presión de integración siguen siendo una de las barreras clave para el rápido desarrollo de la tecnología actual de fundición a presión de integración.

En la actualidad, para hacer frente a los requisitos únicos de producción de fundición a presión a gran escala, la tendencia en el desarrollo de máquinas de fundición a presión ultragrandes es:

1. La fuerza de sujeción de la máquina de fundición a presión es cada vez mayor.

1.1. Mejora de la eficiencia de la producción.

La máquina de fundición a presión en el proceso necesita presionar el estado fundido del metal en el molde para que se enfríe y solidifique, para formar los productos requeridos. Y el tamaño de la fuerza de sujeción afectará directamente la velocidad y la calidad del moldeo a presión. Cuanto mayor sea la fuerza de sujeción, mayor será la compactación de la pieza fundida y la calidad de la pieza también será mejor. Además, la fuerza de sujeción también puede aumentar fundamentalmente la eficiencia de producción de las máquinas de fundición a presión, como en el proceso de fusión a alta temperatura, acortar el tiempo de fundición y ahorrar tiempo de producción.

1.2 optimizar la calidad del producto, mejorar la precisión

Procesamiento de fundición a presión mediante la inyección del metal fundido en el molde, mediante enfriamiento y solidificación, formando el producto deseado. Una gran fuerza de sujeción puede promover la compactación uniforme del metal en el molde, lo que hace que la calidad de la fundición sea más estable. Por otro lado, una fuerza de sujeción insuficiente dará como resultado que la pieza fundida no pueda llenar el molde, creando problemas como defectos y rebabas, y afectando la vida útil del producto. Por lo tanto, una gran fuerza de sujeción puede garantizar la estabilidad de la calidad de la fundición y mejorar la vida útil del producto.

1.3 reducir costos

La fundición a presión se utiliza generalmente en la fabricación industrial; la fuerza de sujeción puede utilizar menos material para producir productos más sólidos y duraderos y, por lo tanto, reducir los costos de producción. Además, una gran fuerza de sujeción puede acortar el ciclo de producción y mejorar la eficiencia y la calidad de la producción, al tiempo que reduce los costos de producción.

Sin embargo, a largo plazo, la fuerza de sujeción debe estar determinada por la demanda del producto, y la búsqueda de una fuerza de sujeción grande resultará en un desperdicio de recursos.

2. Alta eficiencia

2.1 Inyección de prensa de alta eficiencia

Al optimizar el sistema de prensado y expulsión, se puede mejorar la velocidad y la estabilidad del prensado y la expulsión, para aumentar la eficiencia de la producción.

2. 2 Refrigeración eficiente

Adoptar una tecnología de enfriamiento más eficiente para acelerar la velocidad de enfriamiento del molde y acortar el período de producción.

3. Automatización e Inteligencia

3.1 Control de automatización

Mediante la introducción de IoT industrial y tecnología de inteligencia artificial, se logra el control automatizado y la optimización de las máquinas de fundición a presión.

3.2 Detección inteligente

Utilice tecnología de pruebas no destructivas y algoritmos de inteligencia artificial para realizar una detección inteligente y predicción de defectos en piezas de fundición a presión.

4. Larga vida útil del equipo

Debido al uso prolongado del equipo en condiciones de trabajo de alta temperatura y alta presión, lo que plantea altos requisitos para la vida útil de la máquina, la investigación y el desarrollo de nuevos materiales de aleación, aceros de alta resistencia y materiales compuestos, El diseño considera que el uso razonable de la vida útil de la máquina se ha convertido en un camino necesario.

Resumido: máquina de fundición a presión de alto rendimiento que utiliza tecnología de procesamiento avanzada y un sistema de control de precisión, para que tenga alta precisión, alta velocidad, alta estabilidad y otras características, para satisfacer la mejora continua de las necesidades de fabricación, mientras que el uso de tecnología avanzada El sistema hidráulico, el sistema de control eléctrico y la tecnología de diseño de moldes pueden mejorar la productividad, reducir el consumo de energía y reducir la cantidad de veces que se requiere el mantenimiento del molde. Y luego, mediante la optimización del diseño y el uso de materiales de alto rendimiento, obtenga el peso ligero y la alta resistencia de la máquina de fundición a presión, el uso de nuevos materiales de aleación, acero de alta resistencia y materiales compuestos, etc., para mejorar la rigidez y durabilidad de la máquina de fundición a presión.

Proceso

La tecnología integrada del cuerpo de fundición a presión no solo cubre la ciencia de los materiales metálicos, la física de alta presión, la reología y otras disciplinas, sino que también incorpora la fusión cruzada de la ingeniería mecánica y la tecnología de fabricación moderna. En el proceso, la atención se centra en cómo mantener las propiedades mecánicas de los materiales metálicos al mismo tiempo, salvaguardar su estabilidad y movilidad en entornos de alta temperatura y alta presión, para garantizar la calidad del producto final, que en la aleación se funde y El método de pretratamiento, vertido y solidificación, proceso de pulverización y desmolde, equipo de fundición a presión de alto vacío, etc. plantea requisitos técnicos más altos y, al mismo tiempo, en los requisitos de control de producción para la presión de inyección, velocidad de llenado, círculo. El tiempo, el tiempo de retención y los parámetros de solidificación bajo presión también plantean altas exigencias.

1. Desafíos del diseño de carrocería integrada

1.1 Complejidad de la estructura sobre el impacto del proceso de fundición a presión

La complejidad estructural requiere que el diseño del molde alcance una mayor precisión para adaptarse a la compleja estructura de la carrocería. Esto significa que cuando se fabrica el molde, es necesario utilizar materiales más delicados. Mecanizado CNC Tecnología, así como materiales de mayor calidad para garantizar la precisión y durabilidad del molde. Los moldes de estructura compleja también requieren un diseño de canal de enfriamiento más complejo para garantizar una distribución uniforme de la temperatura de las piezas fundidas durante el proceso de enfriamiento, evitando tensiones internas y deformaciones debido a diferencias excesivas de temperatura.

La compleja estructura del diseño de carrocerías de automóviles grandes en el proceso de fundición a presión de fluidez del metal plantea requisitos más altos. Debido a la estructura compleja, el metal fundido necesita fluir a través de un camino más tortuoso en el molde, lo que requiere un control preciso de la presión y la velocidad en el proceso de fundición a presión, para garantizar que el metal pueda llenar cada rincón del molde, al mismo tiempo. Al mismo tiempo, para evitar el flujo de alta velocidad de burbujas de aire y otros defectos, el requisito de una máquina de fundición a presión con mayor precisión de control de presión y velocidad de respuesta más rápida.

Debido a la compleja estructura de las partes del cuerpo en el proceso de enfriamiento, es fácil producir una contracción desigual, por lo que el proceso de fundición a presión de control de enfriamiento es particularmente crítico, con la ayuda de un control preciso de la temperatura del molde y un sistema de ajuste de la velocidad de enfriamiento, asegúrese de que La fundición en el proceso de enfriamiento del tamaño y la calidad interna.

1.2 Equilibrio entre ahorro energético, reducción de emisiones y control de costes

La selección de materiales juega un papel clave en el ahorro de energía y el control de costes. La elección de materiales livianos, como aleaciones de aluminio de alta resistencia o aleaciones de magnesio, puede aumentar el costo del material en la etapa inicial, pero debido a su punto de fusión más bajo, puede reducir el consumo de energía en el proceso de fundición a presión a alta presión y, al mismo tiempo. tiempo, reducir el peso de la carrocería y mejorar la eficiencia del combustible del vehículo. A largo plazo, la aplicación de dichos materiales puede ayudar a reducir los costos operativos generales y el impacto ambiental.

La optimización del proceso de fundición a presión a alta presión es otra estrategia importante para reducir el consumo de energía y los costos. Mejorar la eficiencia energética de las máquinas de fundición a presión y optimizar los procesos de fusión e inyección puede reducir significativamente el consumo de energía. El uso de sistemas avanzados de control de temperatura y tecnología de recuperación de energía puede reducir eficazmente la pérdida de calor y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de la producción y la calidad de la fundición. Además, el control preciso de los parámetros de fundición a presión, como la presión y la velocidad de inyección, no solo puede mejorar la tasa de utilización del material, sino también reducir la tasa de desechos y, por lo tanto, reducir el consumo de materiales y energía.

2. Integración del flujo del proceso de fundición a presión a alta presión.

2.1 Fusión y transporte de aleaciones.

El propósito del proceso de fusión de aleaciones es calentar las materias primas metálicas seleccionadas a un estado líquido para garantizar que tengan la fluidez adecuada para su posterior inyección y moldeo. Este proceso implica complejos principios termodinámicos y de ciencia de materiales que requieren un control preciso de la temperatura del horno, la composición química del metal líquido y sus propiedades físicas. En particular, cuando intervienen múltiples elementos de aleación, como las aleaciones de aluminio o magnesio, la proporción y pureza de cada elemento pueden afectar significativamente las propiedades mecánicas y la durabilidad del producto final. Durante el proceso de fusión, el diseño del horno y la elección de los parámetros operativos tienen un impacto directo en la eficiencia energética y la calidad del metal.

Los hornos deben tener una capacidad eficiente de conversión de energía térmica y un buen rendimiento de retención de calor para minimizar el consumo de energía y mantener una temperatura uniforme del metal líquido. Al mismo tiempo, el control de la atmósfera durante el proceso de fusión es fundamental y se debe evitar la oxidación u otras reacciones químicas indeseables del metal. Además, pueden existir inclusiones o burbujas de aire en la solución metálica que deben eliminarse mediante métodos de tratamiento adecuados para garantizar la calidad interna de las piezas fundidas. Una vez fundido el metal, su transferencia a la máquina de fundición a presión es igualmente crítica. Este proceso necesita mantener la temperatura y fluidez adecuadas del metal líquido para garantizar que pueda llenar el molde durante el moldeo por inyección.

2.2 Preparación del casting

La preparación de la fundición es un requisito previo clave para garantizar una fundición a presión eficiente y de alta calidad, que incluye el diseño del molde, el manejo de materiales, el ajuste de la máquina y otros aspectos. El diseño de moldes, como núcleo de la preparación de la fundición, no solo requiere una construcción geométrica precisa para garantizar la precisión dimensional de la fundición, sino que también debe considerar factores como el tratamiento térmico, el recubrimiento de la superficie y la disposición del canal de enfriamiento para mejorar la durabilidad y productividad del molde. como se muestra en la Figura 4. La clave para el diseño del molde es optimizar el proceso de enfriamiento y solidificación de la pieza fundida, lo que requiere considerar la conductividad térmica del material del molde, la disposición de los canales de enfriamiento y la geometría de la pieza fundida.^[26-27]

El diseño eficaz del canal de enfriamiento puede acelerar el proceso de solidificación de la pieza fundida y reducir estrés residual y deformación, y mejorar la precisión dimensional y las propiedades mecánicas de la pieza fundida. Al mismo tiempo, el tratamiento de recubrimiento en la superficie del molde también es la clave para mejorar la vida útil del molde y la calidad de la superficie de la pieza fundida. Si las tecnologías de tratamiento de superficies como carbonitruración y niquelado, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión del molde se pueden mejorar de manera efectiva. En términos de procesamiento de materiales, la composición química y la temperatura del metal fundido afectan directamente sus características de flujo y solidificación, determinando así la calidad interna y superficial de la pieza fundida. ^[28]. Por lo tanto, el metal fundido debe analizarse estrictamente en cuanto a composición química y control de temperatura para garantizar que cumpla con los requisitos de la fundición a presión a alta presión. Para metales no ferrosos como las aleaciones de aluminio, el contenido de elementos de aleación como silicio, magnesio y cobre debe controlarse con precisión para regular sus características de fluidez y solidificación.

Además, el ajuste de la máquina es la clave para garantizar que el metal fundido pueda llenar el molde de manera eficiente y precisa en el proceso de fundición a presión, incluido el ajuste preciso de la presión y la velocidad del sistema de inyección de la máquina de fundición a presión, así como como el estricto control de la temperatura del molde. La presión y la velocidad del sistema de inyección deben optimizarse de acuerdo con el tamaño y la complejidad de la pieza fundida, para garantizar que el metal fundido pueda llenar el molde de manera rápida y uniforme, y el control de la temperatura del molde afecta directamente la velocidad de enfriamiento del Proceso de fundición y solidificación.

2.3 Fundición a presión

La fundición a presión es un proceso de formación de metales de alta precisión y alta eficiencia; la clave radica en la rápida inyección de material metálico fundido a alta presión en un molde diseñado con precisión, especialmente la aplicación de una máquina de fundición a presión con cámara caliente, que mejora la calidad y eficiencia de la fundición a presión y permite la formación de piezas fundidas con formas complejas y detalles finos.

La implementación exitosa de este proceso es fundamental para realizar el diseño integrado de carrocerías de automóviles, que implica la aplicación integrada de varios campos como la ciencia de materiales, la termodinámica, la mecánica de fluidos y la ingeniería mecánica. En el proceso de fundición a presión, primero se requiere un control preciso de la temperatura del metal fundido para garantizar que el líquido metálico mantenga la fluidez adecuada antes de inyectarse en el molde. Un control inadecuado de la temperatura puede provocar una segregación en frío o un llenado insuficiente de la pieza fundida. Además, se requiere un control preciso de la presión y la velocidad de inyección para garantizar que el fluido metálico llene todos los espacios del molde y, al mismo tiempo, evitar que se generen burbujas y vórtices debido a una velocidad excesiva. ^[29]. Durante este proceso, las características de flujo del fluido, la distribución de la presión y su efecto en el molde son los detalles técnicos en los que hay que centrarse.

El diseño y la calidad de construcción del molde también son críticos para la fundición a presión. Los moldes deben soportar entornos continuos de alta temperatura y presión y tener alta precisión y buena conductividad térmica para garantizar la precisión dimensional y la estabilidad de la forma de las piezas fundidas. La elección del material del molde, el proceso de tratamiento térmico y la disposición de los canales de refrigeración tienen un impacto directo en la calidad de la pieza fundida. Un enfriamiento desigual puede provocar tensiones internas o incluso grietas en las piezas fundidas.

El control de calidad durante el proceso de fundición es otra función clave. Esto incluye una inspección detallada de la microestructura, las propiedades mecánicas y la precisión dimensional de las piezas fundidas. Mediante el uso de técnicas de prueba no destructivas, como rayos X o ultrasonidos, se pueden detectar a tiempo defectos dentro de la pieza fundida, como porosidad, inclusiones o relleno insuficiente.

Además, un sistema de monitoreo en tiempo real juega un papel vital en el proceso de fundición a presión, que puede ajustar parámetros en tiempo real como la temperatura, la presión y la velocidad de llenado en respuesta a los diversos cambios que ocurren durante el proceso de fundición.

2.4 Inspección de limpieza

El paso de inspección de limpieza es una parte indispensable del proceso de fundición a alta presión y afecta directamente la calidad final y el rendimiento de las piezas fundidas. El proceso de limpieza implica retirar la pieza fundida de la compuerta, el borde volante, las rebabas y otras piezas sobrantes, así como limpiar la superficie, para garantizar que la pieza fundida alcance la precisión dimensional y la rugosidad de la superficie requeridas. El proceso de inspección implica una evaluación integral de las dimensiones, la forma y las propiedades físicas y químicas de la pieza fundida para garantizar que cada pieza cumpla con estrictos estándares de calidad, como se muestra en la Tabla 1 para los pasos del proceso de limpieza e inspección. El proceso de limpieza comienza con el corte o pulido mecánico de la pieza fundida para eliminar las entradas y los bordes voladores. Este paso requiere un control preciso de las fuerzas de corte y las velocidades de rectificado para evitar tensiones internas innecesarias o distorsiones de la pieza fundida. ^[30]. Las capas oxidadas y otras impurezas se eliminan de la superficie de la pieza fundida con la ayuda de métodos de limpieza con chorro de arena o químicos para mejorar la calidad de la superficie, y el control de los parámetros de los métodos de limpieza mecánica y química es esencial para garantizar la calidad general de la pieza fundida. La sesión de inspección que se lleva a cabo después de la limpieza de las piezas fundidas tiene como objetivo garantizar que las dimensiones geométricas, la rugosidad de la superficie y las propiedades del material de las piezas fundidas cumplan con los requisitos de diseño.

Las inspecciones dimensionales generalmente se llevan a cabo utilizando calibres y MMC de alta precisión para garantizar la exactitud dimensional de las piezas fundidas. Las inspecciones de rugosidad de la superficie se realizan mediante medidores de rugosidad de la superficie para evaluar las irregularidades microscópicas de la superficie de fundición.

La inspección de las propiedades del material incluye pruebas de dureza, pruebas de tracción y pruebas de impacto, que son índices clave para evaluar las propiedades mecánicas de las piezas fundidas. La prueba de dureza se puede realizar utilizando un durómetro Brinell o Rockwell, mientras que la prueba de tracción requiere el uso de una máquina de prueba de materiales universal para medir la resistencia a la tracción y el alargamiento de las piezas fundidas. ^[31].

Concluye

(1)El floreciente desarrollo de la industria automotriz de nueva energía para la investigación y el desarrollo de materiales integrados de aleación de aluminio de fundición a presión y la fabricación de máquinas integradas de fundición a presión ultragrandes proporciona una fuerza impulsora de desarrollo.

(2)En comparación con el proceso tradicional de fundición a presión, la fabricación integrada de materiales, moldes, procesos y equipos por moldeo a presión ha planteado requisitos técnicos más altos. Los elementos del proceso, que incluyen la fusión y el pretratamiento de aleaciones, el modo de solidificación por vertido, el proceso de pulverización y desmolde, el equipo de fundición a presión de alto vacío, etc., plantean requisitos técnicos más altos; En los elementos de producción, la presión de inyección, la velocidad de llenado, el tiempo de llenado, el tiempo de retención y el control de los parámetros de solidificación presurizada plantean requisitos de control de producción más exigentes; En la fabricación de moldes, además de la resistencia del molde y la tenacidad del plástico, se destacan indicadores técnicos más altos. Indicadores técnicos más altos, pero también sobre la calidad de la superficie del molde, resistencia al agrietamiento térmico, resistencia a la oxidación a alta temperatura y vida útil, y otros aspectos de los requisitos más altos propuestos; En la máquina de fundición a presión ultragrande, para hacer frente a la futura integración de la fundición a presión en la rápida popularización de la industria del automóvil de nueva energía, la realización del equipo de fundición a presión ultragrande, de bajo costo, alta precisión y larga duración. El diseño y desarrollo de la vida y la producción en masa serán el futuro de la industria del automóvil de nueva energía que se preocupará por el punto de acceso.

(3)Actualmente, para la fabricación integrada de materiales de aleación livianos sin tratamiento térmico por fundición a presión se siguen utilizando el sistema Al-Si y el sistema Al-Mg principalmente a través del diseño de microaleaciones combinado con el fortalecimiento de una solución sólida y el fortalecimiento de un cristal fino como mecanismo de tenacidad. Limitado por la resistencia del material, solo se puede utilizar como parte de carga media de la fabricación integrada de fundición a presión; En el futuro, la investigación y el desarrollo de materiales de aleación de aluminio fundido a presión tendrán en cuenta la resistencia a la carga estática, el rendimiento del recubrimiento, el rendimiento del proceso, la vida útil, la resistencia a la corrosión y la reciclabilidad.

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