はじめに：

テスラのマスク最高経営責任者（CEO）は2020年XNUMX月の時点で、モデルYのリアボディパネルの製造に統合ダイカスト技術が使用されると初めて発表した。統合ダイカスト技術は、ダイカスト技術の新たな変化です。当初設計では組み立てる必要があった複数の独立した部品を再設計し、超大型ダイカストマシンで一括ダイカストすることで、本来の機能を実現する完成部品を直接得ることができます。しかし、技術の成熟という点では、まだまだ長い道のりがあります。

イントロダクション

ダイカスト生産の未来

従来の自動車の製造プロセスは、プレス、溶接、塗装、組立という4つのステップで構成されており、一般に、鋼板を打ち抜いて小さな部品を作り、設計図に従って大きな部品を溶接し、ボディに組み立て、最後に塗装するという流れが一般的です。

テスラは、伝統的なダイカストプロセスの特性を活かし、プレスとプレスの95つの工程を組み合わせて従来の自動車生産方法を変え、先進的なコンセプトと材料を備えた統合鋳造を開始するという、全く新しい自動車生産分野を開拓しました。溶接を XNUMX つのステップにまとめ、大型部品を直接鋳造する新しいプロセスです。これは生産効率を大幅に向上させ、長期的にはコストを削減します。さらに、オールアルミボディ素材のリサイクル率はXNUMX％以上となり、よりシンプルかつ効率的になります。^[1]

同社の自動車部品の一体型ダイカストに使用される材料は新しいものであり、自由な熱処理が可能です。その特徴は、高温溶体化処理や人工時効処理を必要とせず、自然時効のみでより優れた強度と可塑性を実現できることです。熱処理を行わないダイカストアルミニウム合金は、主に合金の微細構造とサイズ形態を調整するマイクロアロイングと、固溶強化、微粒子強化、第二相分散強化を組み合わせて材料を強化します。自由熱処理アルミニウム合金を使用すると、鋳物の品質が向上し、合金の機械的特性が向上し、エネルギーを節約し、炭素排出量を削減できるため、ボディ構造部品のコストと性能の面で大きな利点が得られます。

現在、自動車部品統合ダイカストの 4 つの主要な閾値は次のとおりです。 金型、材料、機械、工程.

モールド

1.金型製造

金型の製作は難しく、ダイカスト金型製作の難しさの一つが設計です。ダイカスト金型は複雑で、加工コストが高くなります。金型設計の難しさは、熱バランス、脱型、スラリーの供給方向など多くの点を考慮する必要があることにあります。^[2]

(1) 金型の製造コストにおける熱バランスは比較的小さいですが、凝固、品質、円などに影響を及ぼし、金型の全体的な耐用年数に影響を与える重要な要素です。ヒートバランスの設計とは、冷却配管の位置や冷却水流量などの設計を指します。
(2) 溶融液の方向はダイカストと原材料の品質に影響を与え、設計が合理的ではなく、ブランクの射出不足の問題を引き起こし、製品の歩留まりに影響を与えます。
(3) キャビティ内の空気は製品の成形歩留まりが高くない原因になります。一般にガスの排出を促進するために使用されます。ハイエンドの精密金型も真空鋳造技術を使用しており、空気の問題を解決することは除外されません。
(4) 脱型設計は成形後の段差を取り出すために製品に反映されますが、設計が合理的ではなく、金型に引っかかった製品が取り外せなくなってしまいます。

2. 金型原料の選定

金型は溶融金属への射出、冷却後の成形、キャビティのプロセスと高温金属の直接接触、極度の冷熱と過酷な作業条件に繰り返しさらされるため、金型の寿命を向上させることが鍵となります。コスト管理に。寿命を延ばすための合理的な設計に加えて、金型の原材料の選択と革新が重要です。材料には高い熱安定性、高温強度、耐摩耗性、靭性、熱伝導性などが求められます。寿命を延ばす具体的な方法としては、

(1) 金属ガスやその他の非金属元素を除去することにより純度が向上し、鋼中の元素の硫黄含有量が0.003%以下に管理され、金型寿命が1.3倍向上します。
(2) などの合金元素の含有量を削減します。 Mn\Si\Cr 鋼の偏析を軽減します。
(3) 金型には短板効果があり、いずれか一方向の性能が低下し、全体の寿命に影響を与えるため、等方性と均一性を向上させることができます。

ダイカスト金型の大型化、高精度化に伴い、これらの困難はさらに増大していきます。金型の精度が高くなるほど、ヒートバランス設計が複雑になり、加工難易度が高くなり、金型のエジェクト設計の考慮事項が増え、技術的難易度が高くなります。対応する金型が大きくなるほど、その範囲の熱バランスが増加し、等方性、均一性、純度などの材料要件が高くなります。

3. モールドフレーム

金型フレームは金型の主なコストの 40 つであり、定期的なメンテナンスが必要です。超大型金型のコスト構成のうち、ダイホルダーのコストは約XNUMX％を占めており、ダイホルダーの構造や製作精度が金型の構造や鍛造品の精度に直接影響します。ダイホルダの精度を確保するため、ダイホルダは定期的に点検・整備し、定期的にオーバーホールを行ってください（通常は年にXNUMX回の点検・整備が必要です）。

私たちは、金型フレームが非標準化、複雑化、精密化に向けて発展していると信じています。金型が大きすぎ、正確で、方向が複雑です。金型フレームもアップグレードをサポートしています。

(1) 標準化されていない開発。ダイフレーム製造企業は、標準ダイフレームの生産計画に基づいて、さまざまな非標準ダイフレームの供給を開始し、つまり、深加工および仕上げ用の標準ダイフレームの要件に従って、標準ダイフレームの供給を開始します。 2010 年の非標準ダイフレームは全ダイフレーム売上高の 60 ～ 70% を占め、そのほとんどが大型精密金型用でした。ダイカスト技術革命の統合により、非標準モールドフレームは引き続き改善されると予想されます。
(2) 複雑さ、精度の高い開発。金型製造の専門分業の徹底に伴い、金型製造企業は金型製造企業に移管される仕上げリンクが増加するため、ランナー穴、プルロッド穴、コアの加工など、仕上げプロジェクトの標準金型製品が増加します。穴、プッシュロッド穴、冷却水穴、斜めガイドピラー穴、斜めプッシュロッド穴などを加工し、位置決めリング、ロケーター、スプルーセットを取り付け、プッシュプレートガイドピラー、サポートブロックなどを取り付けます。金型製造プロセスとその精度に関するこれらの複雑な仕上げプロジェクトは、より高い要件を提示します。
(3) 非標準モールドフレームの標準化度は常に向上しています。標準化は企業のコスト削減と効率化に貢献しており、モールドフレーム業界の発展に伴い、特殊な製造技術は深化し続けており、非標準化されたモールドフレーム構造はパターン化、標準化、特殊生産が続いています。

材料

従来のダイカストマシンには、高温溶体化処理と人工時効処理が施されています。一体化された大型製品の場合、ダイカストプロセスにおける従来の欠陥に加えて、材料には後処理熱処理がない必要があり、これも非常に高い課題です。したがって、これらの課題を解決するには、次のような材料の解決策がいくつかあります。

1. Al-Mg系熱処理フリーダイカストアルミニウム合金における合金元素の役割

Mg ダイカストとして アルマグネシウム 合金に加えて Al 元素の含有量が最も多く、 Al 固溶度は17.4%までで、良好な固溶強化効果があり、合金の強度を向上させると同時に合金の靱性に影響を与えず、合金の流動性と熱亀裂傾向に対する耐性も向上します。カビの付着現象を軽減します。いくら過剰でも Mg 酸化を引き起こすだけでなく、合金の鋳造性能も低下します。 Al 形成する Al₃Mg₂ 相が変化すると、合金の機械的特性と耐食性能に悪影響が生じます。 ^[3]。自由熱処理ダイカスト アルマグネシウム 合金鋳造組織は主に樹枝状結晶、大型粒状です。 α₁-すでに 粒、細かい球状 α₂-すでに 粒子および共晶組織、図 1 を参照 ^[4].

合金の機械的特性は、元素組成を調整し、微量元素を添加することによって大幅に改善できます。 JIS ら ^[5] 材料の機械的特性に対する各合金元素の影響に基づいて、最適な組成は 5.0% ～ 5.5% として得られました。 Mg、1.5%～2.0% Si、0.5%～0.7% Mn、0.15～0.2% Ti 0.25%以下 Feのバランスで、 Al。鋳造状態での合金の降伏強度は 150 に達します。 MPa、引張強度300 メガパスカル、伸び率は 15% を超えます。 武漢 ^[6]直交試験を通じて、5.4%のダイカストアルミニウムマグネシウム合金の最適組成を決定 Mg、2.0％ Si、0.77％ Mn、≤ 0.22% Fe、のバランス Al、したがって、鋳造合金の引張強度は 353.58 になります。 メガパスカル、降伏強度 204.53 メガパスカル、伸びは12.46%です。 Si 一緒にいることができます Mg 形成する Mg₂Si 共晶相 アルマグネシウム システムに熱がかからないこと。 Si を形成することができます Mg₂Si との共晶相 Mgの主要な強化フェーズです。 アルマグネシウム システム熱処理不要のアルミダイカストの影響 Mg の三脚と Si 合金の特性を図2に示します。 ^[5].

鋳放し状態の合金の強度、延性、耐食性を向上させるには、 Mg の三脚と Si 理想を形にする必要がある Mg₂Si 粒子なので、質量比は Mg の三脚と Si 1.73∶1である必要があります (2:1 の化学測定比に相当) Mg₂ Si) ^[7]。鋳放し状態の合金の固溶強化を強化するには、 Mg の三脚と Si 合金の含有量は、最大溶解度付近にある必要があります。 Mg2Si in Al の1.85％。 HU ZQ ら ^[8]>そのときに発見したのは、 Mg 含有量が 5.7% から 7.2% の範囲であった場合、降伏強度と硬度はそれぞれ 11% と 9% 増加しましたが、伸びは大幅に減少し、合金の耐疲労性は含有量の増加に伴って増加しました。 Mg コンテンツ。 ユアン・リー ら ^[4] 化学組成、共晶相分率、平均結晶粒径、 Mg 高強度および高靭性ダイカスト開発のガイドとして、等高線プロットの確立と固溶体と引張特性の関係 Al-Mg-Si 合金、 Mg 含有量6.5%～7.5%、 Si 含有量が2.4%〜3.0%の場合、伸びは10%を超え、同時に高い降伏強さと引張強さを持ちます。

Mn の重要な構成要素です アルマグネシウム システム合金。 1%を追加 Mg アルミニウム合金に添加すると、合金の引張強度が 35 倍増加します。 MPa、およびその強化効果 Mn 同じ量の2倍です Mg ^[9]。 現在のところ、 Mn の代わりに主に追加されます Fe 合金の離型性を向上させ、 Al₃Mg₂ 相が均一に析出し、合金の耐食性と溶接性が向上します。の Al₆Mn 合金内に形成される相は、合金の高温亀裂傾向を軽減することができます。加えて、 Mn を増やすこともできます Fe 内のコンテンツ α-AlFeSi 金属間化合物を生成し、針状の生成を抑制します。 β-AlFeSi、AlFe₃ これにより、合金の性能、特にプラスチックの靭性が向上します。最高の Mn 合金中の含有量が 0.3% ～ 0.8% の場合、 Mn 含有量 0.8%、最大伸び、含有量は増加し続け、可塑性は大幅に低下し、 マンガン、SAlMnSi相の形成と相俟って合金の強度が低下した。

Cu しっかりと溶かすことができます α-Al 中に存在するマトリックスまたは粒状の化合物。 アルマグネシウム 合金の強度と硬度を大幅に向上させることができ、後の焼成プロセスでの形成を促進します。 β'' 相、焼付硬化特性は向上しますが、ひび割れが発生します。 Al₂CuMg 位相と Cu-豊富な網状化合物により、伸びがわずかに低下します。 ^[10-11]。 の存在 Cu また、合金の粒界腐食の傾向や熱亀裂の傾向も増加するため、一般に、 Cu 含有量は0.3%～0.8%とし、含有量を最小限に抑えます。 Cu.

Ti 合金鋳造組織を改良し、亀裂傾向を軽減し、機械的特性を改善するために添加される主な元素です。 ^[12]を選択します。 Al₃Ti 粒子と TiC を加えた後に形成される Ti 合金への核生成を促進する可能性があります。 α-Al マトリックスを使用して粒子サイズを微細化すると同時に、 Al₃Ti 合金中に析出相を拡散分散させ、結晶粒界や転位を効果的に固定し、強度の発生や再結晶化を妨げ、伸びを向上させることができます。いつ Ti の三脚と B 一緒に追加され、 B を形成できるだけでなく、 Al₂B 準安定相はマトリックスの自発核生成点として機能しますが、溶解度も低下します。 Al₃Ti または、 TiB₂ 不均一核形成点としての相は、核形成を促進します。 Al₃Ti 相を変化させ、精製効果を大幅に高めます。ただし、注意すべき点は、 Ti の三脚と Cr、Zn、Mn、その他の不純物元素は中毒反応を引き起こします ^[13].

2. Al-Si系熱処理フリーダイカストアルミニウム合金における合金元素の役割

Si 熱処理フリーのダイカストで アル・シ 系合金の含有量は一般に 4.0% ～ 11.5% です。の増加に伴い、 Si コンテンツ、 α-Al 樹枝状粒子は引き続き精製され、 Mg₂Si 強化相と共晶数 Si 相は増加し続け、共晶相のサイズと形態は大きくなります。 Si 相は合金の特性に大きな影響を与えるため、共晶を作るように努める必要があります Si 相は球状または繊維状に均一に分布しており、合金の強度と靭性を向上させます。 ^[14]。自由熱処理ダイカスト アル・シ 系合金の鋳造状態の組織は主に均一で微細です α-Al 樹枝状、共晶 Si、およびその他の粒状の第 2 フェーズ ^[15]。この合金を強化するには、合金組成の制御と、一次合金を精製するための精製剤および緻密化剤の添加が必要です。 α-Al 相を改善し、二次樹枝状アームの間隔を減らし、共晶の形態を改善します。 Si。図 3 にミクロ組織凝固図を示します。 Al-Si-Mg 変成元素添加後の合金 Sr と複合加算 Sr そしてリファイナー アルティB ^[16]. 張P ら ^[15] 発展した Al-10Si-1.5Cu-0.8Mn-0.15Fe の含有量を調整して合金化 銅、マンガン, Fe、より優れた機械的特性を示し、降伏強度は 190 でした。 メガパスカル 引張強さは308でした メガパスカル.

ボッシュD ら ^[17] を追加したことを指摘した Mn 〜へ アル・シ ダイカストアルミニウム合金 w(Mn)/w(Fe) 比率を 1 にすると、高い冷却速度と組み合わせることで、優れた可塑性 (伸び >10%) を備えた合金が得られます。 Cu に追加 アル・シ 合金は強度を大幅に向上させますが、耐食性と熱亀裂に対する耐性は大幅に低下する傾向があり、合金の凝固温度範囲は大幅に増加します。低いとき Cu 含有量に応じて、合金の特性は主に次の成分の存在に依存します。 Al₂Cu フェーズ、 Al₂Cu 相が球状粒子の形でマトリックス中に均一に分布しているため、材料の強度が大幅に向上し、可塑性が高レベルに維持されます。粒界に沿って連続した網目状に分布すると、強度はほとんど変わりませんが、延性が著しく低下します。 ^[18]。の増加に伴い、 Cu 内容、共晶偏析 Cu 材料の可塑性が低下し、多数の亀裂が形成されます。 Al2Cu 相が発生すると耐食性が大幅に低下します。したがって、その量は、 Cu 熱処理不要のダイカストアルミニウム合金への添加は厳密に管理するか、次のような他の元素を置き換える必要があります。 ジルコニア、V、モリブデン、などなど。

Mn in アル・シ システム合金は、再結晶を抑制し、再結晶温度を上昇させ、再結晶粒を大幅に微細化し、合金の高温性能を改善し、耐疲労性を改善し、収縮を低減することができます。 ^[15]。 加えて、 Mn の悪影響も排除できます。 Fe 要素内の アル・シ システム合金、 Mn 球体や漢字を形成することができます Al₁₂Mn₃Si₂ の三脚と AlFeMnSi 長い針状の形成を避けるため、 β-AlFeSi 相だけでなく、均一な沈殿も形成されます。 Mg、合金の耐食性と溶接性能を向上させます。しかし内容が高すぎる Mn 合金の伸びを低下させるため、一般的には0.8％以下に管理されます。

Mg に選出しました。 アル・シ システム合金は、材料の引張強度、硬度、耐食性を向上させ、効果的に損傷を低減します。 Sr, Cu 鋳造微孔性の傾向に要素が追加されました。高いところで Si アルミニウム合金 0.3%～0.4%添加 Mg、二元強化相の形成 Mg₂Si 作ることができます α-Al そして共晶 Si 形態の微細化と分布は秩序ある傾向があり、合金材料の引張強度と降伏強度が大幅に向上し、合金の機械加工性が向上しますが、材料の可塑性は大幅に低下します。 ^[18-19]。 時 Mg 含有量が 0.5% を超えると、合金の降伏強度は向上しません。過剰な Mg逆に、合金の鋳造プロセスの性能が低下し、冷却中の鋳物の凝固収縮が増加するため、高温亀裂、収縮穴、収縮、その他の欠陥の傾向が劇的に増加します。

3. 希土類元素のメカニズム

熱処理不要のダイカストアルミニウム合金は、主に材料の微細構造を制御するマイクロアロイングによって強化され、微細結晶強化のための主な強化方法であるため、溶解プロセスで微細構造のサイズと形態を改善するために精製剤と変成剤を添加する必要があります。一般的に使用される変成要素 Na, Ca, Sr, La, Ce、など、希土類元素の変成効果が長期持続し、再溶解するため、合金鋳造組織を明らかに精製することができます。精製メカニズムは、希土類元素の固溶度が α-Al マトリックスの量は限られており、二次デンドライトの表面にマトリックスが濃化して組成の過冷却度が増加し、核生成速度が向上し、結晶粒の微細化が実現します。

さらに、希土類元素は共晶の成長メカニズムを変化させます。 Si 相粒子、つまり共晶 Si 相が板状、針状から積層状、繊維状、球状に変化する ^[20]。希土類元素の添加量が多すぎると、粗大な希土類元素化合物相が形成されやすくなり、改質に使用される希土類元素の含有量が減少し、改質効果が低下する。

ダイカストアルミニウム合金の特性を改善するための希土類元素の研究では、 マオ・F ら ^[21] 希土類元素が添加されていることが分かりました Eu 共晶の成長モードと形態に影響を与える可能性があります Si 段階。 0.3％添加した場合 Eu、共晶 Si 針状、板状の変態から繊維状への段階。図 4 を参照。 ムハンマドA ら ^[22] つかいます Sc ダイカストに Al-Mg-Si 合金を変更すると、 Sc 含有量が0.4％の場合、無添加に比べて結晶粒径が80％減少し、引張強さ、硬度が低下しました。 Sc それぞれ 28% と 19% 増加し、伸びは 165% 増加しました。

プラチョ ら ^[23] 鋳造で最高の強度と塑性を実現 Al-5Mg-2Si 0.2%を添加した合金 Sc、降伏強度 206 メガパスカル、引張強度 353 メガパスカル、伸びは10%です。 鄭 QJ ら ^[24] 0.06％添加していることが分かりました。 La 〜へ アル・シ 合金は共晶の形態を改善する可能性がある Si 相を改善し、伸びを6.7%から12.9%に増加させながら、 α-Al 穀類。 ジン・ハン ら ^[25]0.1%のとき Ce に追加されます Al-Mg-Si合金、 粒子の最小二次樹状突起アーム間隔 (25.95 μm)。

エスプレッソマシン

新エネルギー車は主にコールドルームダイカストマシンを使用しており、型締力の大きさに応じて小さなもの（<4,000）に分割できる統合ダイカストの中核機器です。 kN）、中型（4,000～10,000） kN）および大規模（≥10,000） kN）ダイカストマシン。ダイカストマシンではプレス部品の投影面積をカバーする型締力が必要なため、リアフロアやフロントキャビンフレームなどの大型車体構造部品には60以上の型締力が必要となります。 kN ダイカストマシン、および投影面積の構造部品ほど、ダイカストマシンの型締力の必要性が大きくなります。たとえば、バッテリートレイのダイカスト、中床の型締力は80〜000必要です。 kN、シャーシ全体のダイカスト、ホワイトのボディには120 000 ~ 200 000 kNのクランプ力が必要、ダイカストマシンのクランプ力は120 000 ~ 200 000 kNです。 kN、シャーシ全体のダイキャスト、ボディは白です。シャーシ全体をダイカスト化し、白のボディには 120 ～ 000 のクランプ力が必要でした kN.

現在、世界には60,000以上の kN スイスメーカーの超大型ダイカスト設備生産能力 ビューラー, ハイチダイカスト, 泉, LK テクノロジー とそのサブブランド イドラ、 等々。一体ダイカストと大型ダイカスト設備の開発状況を表3に示す。 将来の新エネルギー自動車が一体ダイカスト技術を採用するには、大量の超大型ダイカスト設備を購入する必要があるため、超大型ダイカストの量産化が必要となる。統合ダイカスト装置は依然として、現在の統合ダイカスト技術の急速な発展に対する主要な障壁の XNUMX つです。

現在、単発の大量ダイカスト生産需要に対応するため、超大型ダイカストマシンの開発傾向は次のとおりです。

1. ダイカストマシンの型締力が大きくなっています。

1.1.生産効率の向上

ダイカストマシンは、溶けた状態の金属を金型に押し込み、冷却・固化させて製品を成形する工程です。そして、型締力の大きさは、ダイカスト成形の速度と品質に直接影響します。型締力が大きいほど、鋳物の圧縮率が高くなり、鋳物の品質も良くなります。さらに、型締力は、高温溶解プロセスなどのダイカストマシンの生産効率を根本的に向上させ、鋳造時間を短縮し、生産時間を節約することもできます。

1.2 製品品質の最適化、精度の向上

溶かした金属を金型に注入し、冷却・固化させて目的の製品を形成するダイカスト加工です。大きな型締力により、金型内の金属の均一な圧縮が促進され、鋳造品質がより安定します。一方、型締力が不足すると鋳物が金型に充填できず、欠陥やバリなどの不具合が発生し、製品の寿命に影響を及ぼします。したがって、大きな型締力は鋳造品質の安定を確保し、製品の寿命を向上させることができます。

1.3 コスト削減

ダイカストは一般に工業生産で使用され、型締力によりより少ない材料でより頑丈で耐久性のある製品を生産できるため、生産コストを削減できます。さらに、大きな型締力により生産サイクルを短縮し、生産効率と品質を向上させながら生産コストを削減できます。

しかし、長期的には製品の要求に応じてクランプ力を決定する必要があり、大きなクランプ力を追求することは資源の無駄になります。

2。 高効率

2.1 高効率プレス射出成形

加圧・排出システムの最適化により、加圧・排出の速度と安定性が向上し、生産効率が向上します。

2 効率的な冷却

より効率的な冷却技術を採用し、金型の冷却速度を高速化し、生産期間を短縮します。

3. 自動化とインテリジェンス

3.1 自動化制御

インダストリアルIoTや人工知能技術の導入により、ダイカストマシンの自動制御と最適化を実現します。

3.2 インテリジェントな検出

非破壊検査技術と人工知能アルゴリズムを活用して、ダイカスト部品のインテリジェントな検出と欠陥予測を実現します。

4. 装置の長寿命

高温高圧条件下で長時間作業を行うため、機械自体の寿命にも高い要求が求められるため、新合金材料や高張力鋼、複合材料の研究開発が行われており、機械の寿命を合理的に使用することを考慮した設計は必要な道となっています。

要約：高度な加工技術と精密制御システムを採用し、高精度、高速、高安定性などの特性を備え、絶えず高度化する製造ニーズに応える高性能ダイカストマシン。油圧システム、電気制御システム、金型設計技術を活用することで、生産性の向上、エネルギー消費量の削減、金型メンテナンス回数の削減を実現します。そして、設計の最適化と高機能材料の採用により、ダイカストマシンの軽量化と高強度化、新合金材料や高張力鋼や複合材料の採用などにより、ダイカストマシンの性能を向上させています。ダイカストマシンの剛性と耐久性。

プロセス

統合されたダイカストボディ技術は、金属材料科学、高圧物理学、レオロジーなどの分野をカバーするだけでなく、機械工学と現代の製造技術の相互融合も体現しています。このプロセスでは、金属材料の機械的特性を同時に維持し、高温高圧環境下での安定性と可動性を保護し、合金の溶解と最終製品の品質を確保する方法に焦点が当てられます。前処理、注入および固化方法、スプレーおよび脱型プロセス、高真空ダイカスト設備など、より高度な技術要件が要求されると同時に、射出圧力、充填速度、円などの生産管理要件も要求されます。時間、保持時間、および加圧凝固パラメータも高い要件を提示します。

1. 一体型ボディ設計の課題

1.1 構造の複雑さがダイカストプロセスに与える影響

構造が複雑なため、金型設計は複雑な車体構造に適応するためにより高い精度を達成する必要があります。つまり、金型を製作する際には、より繊細な加工が必要となります。 CNC加工 金型の精度と耐久性を確保するための技術と高級素材を採用しています。複雑な構造の金型では、冷却プロセス中の鋳物の温度分布を均一にし、過度の温度差による内部応力や変形を回避するために、より複雑な冷却チャネルの設計も必要になります。

金属流動性のダイカストプロセスにおける大型自動車の車体設計の複雑な構造により、より高い要件が要求されます。複雑な構造のため、溶融金属は金型内のより曲がりくねった経路を流れる必要があり、そのためにはダイカストプロセスで圧力と速度を正確に制御して、金属が金型の隅々まで確実に満たされるようにする必要があります。同時に、高速流における気泡やその他の欠陥を回避するために、より高い圧力制御精度とより速い応答速度がダイカストマシンに要求されます。

複雑なボディ部品の構造により、冷却過程で不均一な収縮が発生しやすいため、ダイカスト工程の冷却制御は特に重要であり、正確な金型温度制御と冷却速度調整システムの助けを借りて、確実な冷却を確保します。鋳物の冷却過程におけるサイズと内部品質。

1.2 省エネ、排出削減、コスト管理のバランス

材料の選択は、省エネとコスト管理において重要な役割を果たします。高強度アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽量な材料を選択すると、初期の材料コストは高くなりますが、融点が低いため、高圧ダイカスト工程でのエネルギー消費量を削減でき、同時に車体の軽量化と燃費の向上を実現します。長期的には、このような材料の適用は、全体的な運用コストと環境への影響を削減するのに役立ちます。

高圧ダイカストプロセスの最適化は、エネルギー消費とコストを削減するためのもう 1 つの重要な戦略です。ダイカストマシンのエネルギー効率を改善し、溶解および射出プロセスを最適化することで、エネルギー消費を大幅に削減できます。高度な温度制御システムとエネルギー回収技術を使用することで、生産効率と鋳造品質を向上させながら、熱損失を効果的に削減できます。さらに、圧力や射出速度などのダイカストパラメータを正確に制御することで、材料の利用率が向上するだけでなく、スクラップ率も削減され、材料とエネルギーの消費量も削減されます。

2. 高圧ダイカストのプロセスフローの統合

2.1 合金の溶解と輸送

合金溶解プロセスの目的は、選択した金属原材料を加熱して液体状態にし、その後の射出や成形に適した流動性を確保することです。このプロセスには、炉の温度、液体金属の化学組成、およびその物理的特性の正確な制御が必要な、複雑な熱力学および材料科学の原理が含まれます。特にアルミニウムやマグネシウム合金など、複数の合金元素が関与する場合、各元素の割合と純度が最終製品の機械的特性と耐久性に大きな影響を与える可能性があります。溶解プロセス中、炉の設計と操作パラメータの選択は、エネルギー効率と金属の品質に直接影響します。

炉には、エネルギー消費を最小限に抑え、金属液体の温度を均一に保つために、効率的な熱エネルギー変換能力と優れた保温性能が必要です。同時に、溶解プロセス中の雰囲気制御が重要であり、金属の酸化やその他の望ましくない化学反応を回避する必要があります。さらに、金属溶液中に介在物や気泡が存在する場合があり、鋳物の内部品質を確保するには、適切な処理方法で除去する必要があります。金属が溶けた後、ダイカストマシンへの移送も同様に重要です。このプロセスでは、射出成形時に液体金属を金型に確実に充填できるように、液体金属の適切な温度と流動性を維持する必要があります。

2.2 鋳造の準備

鋳造の準備は、金型の設計、材料の取り扱い、機械の調整などの側面を含む、効率的で高品質のダイカストを確実に行うための重要な前提条件です。鋳造準備の中核となる金型設計では、鋳物の寸法精度を確保するための正確な幾何学的構造が必要なだけでなく、金型の耐久性と生産性を向上させるための熱処理、表面コーティング、冷却管のレイアウトなどの要素も考慮する必要があります。図 4 に示すように、金型設計の鍵は、鋳物の冷却および凝固プロセスを最適化することであり、これには、金型材料の熱伝導率、冷却チャネルのレイアウト、および鋳物の形状を考慮する必要があります。^[26-27]

効果的な冷却チャネル設計により、鋳物の凝固プロセスを加速し、 残留ストレス 変形を抑制し、鋳物の寸法精度や機械的特性を向上させます。同時に、金型表面のコーティング処理も金型の寿命や鋳物の表面品質を向上させる鍵となります。などの表面処理技術があれば、 浸炭窒化 ニッケルメッキを使用すると、金型の耐摩耗性と耐食性を効果的に向上させることができます。材料処理の観点から見ると、溶融金属の化学組成と温度はその流動特性と凝固特性に直接影響を及ぼし、それによって鋳物の内部および表面の品質が決まります。 ^[28]。したがって、高圧ダイカストの要件を確実に満たすために、溶融金属の化学組成と温度管理を厳密に分析する必要があります。アルミニウム合金などの非鉄金属は、流動性や凝固特性を制御するためにシリコン、マグネシウム、銅などの合金元素の含有量を精密に制御する必要があります。

さらに、ダイカスト工程で溶融金属を効率的かつ正確に金型に充填するには、ダイカストマシンの射出システムの圧力と速度の正確な設定を含む機械の調整が重要です。金型温度の厳密な管理として。射出システムの圧力と速度は、溶融金属が金型に迅速かつ均一に充填されるように、鋳造品のサイズと複雑さに応じて最適化する必要があり、金型温度の制御は鋳物の冷却速度に直接影響します。鋳造と固化のプロセス。

2.3 圧力鋳造

加圧鋳造は高精度、高効率の金属成形プロセスであり、その鍵は、精密に設計された金型に高圧下で溶融金属材料を迅速に射出することであり、特にホットチャンバーダイカストマシンの適用にあります。圧力鋳造の品質と効率が向上し、複雑な形状と微細なディテールを備えた鋳物の形成が可能になります。

このプロセスを成功させることは、材料科学、熱力学、流体力学、機械工学などの複数の分野を統合して応用する自動車車体の統合設計を実現するために重要です。加圧鋳造プロセスでは、金属液を金型に注入する前に、金属液が適切な流動性を維持できるように、溶融金属の正確な温度制御がまず必要です。温度制御が不適切であると、低温偏析や鋳物の充填不足が発生する可能性があります。さらに、過度の速度による気泡や渦の発生を防ぎながら、金属流体が金型内のすべての空間を確実に満たすようにするには、射出圧力と射出速度を正確に制御する必要があります。 ^[29]。このプロセスでは、流体の流れ特性、圧力分布、および金型への影響が技術的な詳細に注目する必要があります。

圧力鋳造では、金型の設計と製造品質も重要です。金型は、鋳物の寸法精度と形状安定性を確保するために、継続的な高温高圧環境に耐え、高精度と良好な熱伝導性を備えていなければなりません。金型材料の選択、熱処理プロセス、冷却チャネルのレイアウトはすべて、鋳造品の品質に直接影響します。不均一な冷却は、鋳造品に内部応力や亀裂を引き起こす可能性があります。

鋳造プロセス中の品質管理も重要な役割です。これには、鋳物の微細構造、機械的特性、寸法精度の精密検査が含まれます。 X 線や超音波などの非破壊検査技術を使用することで、気孔率、介在物、充填不足などの鋳造品内の欠陥を適時に検出できます。

さらに、リアルタイム監視システムは、加圧鋳造プロセスにおいて重要な役割を果たしており、鋳造プロセス中に発生するさまざまな変化に応じて、温度、圧力、充填速度などのパラメータをリアルタイムに調整できます。

2.4 洗浄検査

クリーンアップ検査ステップは高圧ダイカストプロセスに不可欠な部分であり、鋳物の最終品質と性能に直接影響します。クリーンアップ工程では、ゲート、フライエッジ、バリなどの余分な部分の鋳物を除去し、表面を洗浄し、鋳物が必要な寸法精度と表面粗さを確保できるようにします。検査プロセスでは、表 1 の洗浄および検査プロセスのステップに示すように、各鋳造品が厳しい品質基準を満たしていることを確認するために、鋳物の寸法、形状、物理的および化学的特性の包括的な評価が行われます。洗浄プロセスは、ゲートやフライングエッジを除去するための鋳造品の機械的な切断または研削から始まります。このステップでは、鋳物の不必要な内部応力や歪みを防ぐために、切削力と研削速度を正確に制御する必要があります。 ^[30]。酸化層やその他の不純物は、サンドブラストまたは化学洗浄方法を使用して鋳物の表面から除去され、表面品質が向上します。鋳物の全体的な品質を確保するには、機械的および化学的洗浄方法のパラメータ制御が不可欠です。鋳物を洗浄した後に実施される検査セッションは、鋳物の幾何学的寸法、表面粗さ、および材料特性が設計要件を満たしていることを確認することを目的としています。

寸法検査は通常、鋳物の寸法精度を確保するために高精度ゲージと三次元測定機を使用して実行されます。表面粗さ検査は、表面粗さ計を用いて鋳肌の微細な凹凸を評価します。

材料特性検査には、鋳物の機械的性質を評価する重要な指標となる硬さ試験、引張試験、衝撃試験があります。硬度試験はブリネルまたはロックウェル硬度計を使用して実行できますが、引張試験では鋳物の引張強さと伸びを測定するために万能材料試験機を使用する必要があります。 ^[31].

おわりに

（1）統合ダイカストアルミニウム合金材料の研究開発と超大型統合ダイカストマシン製造のための新エネルギー自動車産業の活況な発展が開発の原動力となっています。

（2）従来のダイカストプロセスと比較して、材料、金型、プロセス、設備の一貫したダイカスト成形製造では、より高い技術要件が求められています。合金の溶解と前処理、注入凝固モード、スプレーと脱型プロセス、高真空ダイカスト装置などのプロセス要素は、より高度な技術要件を要求します。生産要素では、射出圧力、充填速度、充填時間、保持時間、加圧凝固パラメータ制御により、より厳しい生産管理要件が要求されます。金型の製造では、金型の強度とプラスチックの靭性に加えて、より高度な技術指標が提示されます。より高度な技術指標だけでなく、金型の表面品質、熱亀裂に対する耐性、高温酸化に対する耐性、耐用年数、および提案されたより高度な要件のその他の側面も含みます。超大型ダイカストマシンでは、新エネルギー自動車産業におけるダイカストの急速な普及に向けて、超大型ダイカスト設備の実現、低コスト、高精度、長寿命化を実現します。新エネルギー自動車産業の将来はライフデザイン開発と量産製造がホットスポットとなることが懸念される。

（3）現在、熱処理を必要としない軽量合金材料のダイカスト一貫製造には、依然としてAl-Si系とAl-Mg系が主に使用されており、その靱性機構として固溶強化と微細結晶強化を組み合わせたマイクロアロイ設計を採用しています。材料の強度によって制限され、一貫したダイカスト製造の中程度の耐荷重部品としてのみ使用できます。将来的には、ダイカストアルミニウム合金材料の静荷重強度、塗装の吊り下げ性能、プロセス性能、疲労寿命、耐食性、リサイクル性を考慮した研究開発がアルミニウム合金材料研究分野の焦点となります。

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