تمثل مكونات الجسم المصبوبة- المتكاملة طفرة تكنولوجية كبيرة في صناعة السيارات الحديثة. تتيح هذه التقنية التكامل العالي لأجزاء سبائك الألومنيوم في مكون واحد أو عدد قليل من المكونات الكبيرة من خلال صب القالب بخطوة واحدة-، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج، ويحسن نطاق السيارة، ويعزز أداء السلامة بشكل عام. يعرض هذا البحث دراسة حالة لمشروع صب القالب المتكامل للمقصورة الأمامية-. بالنسبة للمكونات الهيكلية الكبيرة-المعقدة- ذات الأداء الميكانيكي العالي ومتطلبات الاتصال المتعددة، فإننا نحدد تحديات ومخاطر الصب. من خلال تحليل المحاكاة، وتحسين معلمات العملية، وتصميم القالب، يحقق المنتج النهائي الامتثال لدقة الأبعاد، والجودة الداخلية، ومتطلبات الأداء الميكانيكي.
1. الهيكل ونقاط التطوير الرئيسية للمقصورة الأمامية المتكاملة
تجمع عملية الصب بالقالب المتكاملة بين عمليات الختم واللحام التقليدية في خطوة واحدة، وذلك باستخدام ماكينات صب القوالب بقوة التثبيت العالية-لتشكيل مكونات متعددة من سبائك الألومنيوم في قطعة واحدة كبيرة أو عدة أجزاء كبيرة. تشمل مزايا هذه التقنية ما يلي:
خفض التكلفة: يؤدي تقليل خطوات الإنتاج ونقاط اللحام المخفضة إلى خفض التكلفة الإجمالية للمركبة.
تصميم خفيف الوزن: مادة واحدة من سبائك الألومنيوم-تعمل على تحسين نطاق السيارة.
سلامة معززة: تعمل اللحامات المنخفضة على زيادة الصلابة الالتوائية وأداء التصادم.
تبلغ أبعاد المقصورة الأمامية المدمجة التي تمت دراستها هنا 1600 مم × 940 مم × 700 مم، وتزن 53 كجم، ويبلغ متوسط سمك جدارها 4.6 مم. يستخدم المكون سبيكة ألومنيوم خالية من الحرارة-معالجة-من سلسلة AlSi7. تتضمن متطلبات الأداء الرئيسية قوة شد أكبر من أو تساوي 215 ميجا باسكال، وقوة خضوع أكبر من أو تساوي 115 ميجا باسكال، واستطالة أكبر من أو تساوي 9%، وزاوية انحناء أكبر من أو تساوي 20 درجة. يتم التحكم بشكل صارم في الجودة الداخلية فيما يتعلق بالمسامية وعيوب الفتحات الملولبة والأبعاد الكنتورية، مع معدل تمرير كامل الحجم- أكبر من أو يساوي 97% ويتم التحكم في الأسطح غير -المشغولة آليًا في حدود تفاوت يتراوح بين 1.6 و3.0 ملم.
2. يموت عملية الصب وتصميم القالب
2.1 التحديات والمخاطر
وباعتبارها مكونًا هيكليًا أماميًا، يجب أن تلبي الحجرة الأمامية المصبوبة -المدمجة متطلبات أداء التصادم والتعب والاتصال، وتستوعب عمليات اللحام وSPR والمفاصل اللاصقة. الحجم الكبير، ومسارات التعبئة الطويلة، والتصلب غير المتساوي يزيد من تعقيد العملية، مما يتطلب معدات عالية الدقة ومراقبة صارمة للجودة. يؤدي استخدام السبائك الخالية من-المعالجة الحرارية- إلى تجنب التشوه الحراري ولكنه يتطلب مراقبة دقيقة لتركيب المواد وجودة العملية، بما في ذلك فحص المواد الواردة ومراقبة الفرن وفحوصات -العملية.
2.2 تصميم معلمات العملية
المادة المحددة هي سبيكة ألومنيوم خالية من الحرارة-والمعالجة-باستخدام AlSi7. تبلغ الكتلة الإجمالية بما في ذلك نظام البوابات والتهوية حوالي 65.5 كجم، بمساحة متوقعة تبلغ 15,978 سم مربع ومتوسط سمك الجدار 4.6 مم. يتم حساب معلمات العملية ومنحنيات سرعة الحقن على أساس نسبة ملء القالب، ومنطقة المكبس، وكثافة الألومنيوم، وسمك الجدار لضمان التعبئة والتصلب الموحد.
2.3 تحليل المحاكاة والتحسين
تم تحسين مؤشرات العملية الرئيسية باستخدام محاكاة التدفق:
سرعة التعبئة: يتم الحفاظ على سرعة البوابة الداخلية عند 45-85 م/ث، بمتوسط 67.4 م/ث، مما يضمن تعبئة مستقرة للقالب.
درجة حرارة التعبئة: درجة الحرارة الإجمالية فوق 620 درجة؛ تم تخفيف درجات الحرارة المنخفضة-من خلال إضافة بوابات مساعدة لتقليل مخاطر الإغلاق البارد.
تتبع تدفق المواد: تم التحقق من التدفق الموحد مع عدم وجود تقارب في برج التخميد أو مناطق التثبيت.
التصلب والانكماش: مناطق الجدار السميكة-هي آخر المناطق التي تصلب؛ تعمل المسامير المصبوبة مسبقًا- والتبريد عالي الضغط- على تقليل مخاطر الانكماش.
تنفيس الغاز: تنفيس الأمثل في المناطق المعرضة لاحتجاز الغاز.
البقع الساخنة والتصاق العفن: البقع الساخنة التي تم تحديدها في مناطق الجدران السميكة-؛ مناطق التصاق عالية الخطورة-معالجة بالنيترة وطلاء السطح.
2.4 مطابقة القوالب والمعدات
تمت محاذاة تصميم القالب ونظام الحقن مع مواصفات آلة الصب بالقالب التي تبلغ 70000 كيلو نيوتن، وقوة الحقن 1078 كيلو نيوتن، وضغط النظام 17.5 ميجا باسكال، مما يضمن إنتاجًا مستقرًا ودقيقًا.
3. تجارب الصب والتحقق
3.1 الجودة الداخلية
أكد فحص الأشعة السينية -أن الجودة الداخلية تتوافق مع جميع المواصفات، مع عدم وجود عيوب كبيرة.
3.2 الخواص الميكانيكية
أظهرت العينات المأخوذة من المكون قوة شد أكبر من أو تساوي 233.4 ميجا باسكال، وقوة خضوع أكبر من أو تساوي 104.6 ميجا باسكال، واستطالة أكبر من أو تساوي 8.92%، مما يلبي متطلبات التصميم.
3.3 دقة الأبعاد
أشارت نتائج المسح ثلاثي الأبعاد إلى تشوه إجمالي في حدود 1.5 مم، بما يتوافق مع تفاوتات الأبعاد.
4. تحليل العيوب والتدابير التصحيحية
شقوق على البارد وR-في أضلاع التسليح: تم تحسين هندسة الأضلاع، وزيادة نصف قطر الزاوية R-، وتقليل سُمك قلب القالب، مما أدى إلى تحسين تدفق المعدن وحل مشكلات الإغلاق على البارد والتشقق.
موقع البوابة الخدوش السطحية: زيادة زاوية المسودة، وضبط درجة حرارة القالب من 80 درجة إلى 50 درجة، وتقليل سرعة الحقن، وتحسين جودة السطح.
تشوه اتصال غرفة القيادة: زاوية تنفيس المنزلق المعدلة ووظيفة تصحيح الضغط المضافة للتحكم في التشوه والحفاظ على مسافات الفتح المناسبة.
5. الاستنتاج
نجح تحسين العمليات المعتمد على المحاكاة في تخفيف-المناطق عالية المخاطر، بما في ذلك الإغلاق البارد، والانكماش، وانحباس الغاز، والنقاط الساخنة، والتصاق العفن، مما أدى إلى إطالة عمر القالب، وتقصير دورات التطوير، وخفض التكاليف.
تجاوز الأداء الميكانيكي والأبعاد مواصفات التصميم (قوة الشد أكبر من أو تساوي 233.4 ميجا باسكال، الاستطالة أكبر من أو تساوي 8.92%)، مما يضمن سلامة وموثوقية السيارة.
تُحدث عملية الصب المتكاملة ثورة في إنتاج السيارات، لا سيما في قطاع السيارات الكهربائية، من خلال تمكين التصنيع المتكامل -بخطوة عالية-. وفقًا لشركة Citic Securities، من المتوقع أن يصل الاختراق العالمي للصب المتكامل إلى 30% بحلول عام 2030، مع إمكانات سوقية تتجاوز 240 مليار يوان صيني. باتباع مثال تسلا، تتبنى شركات تصنيع المعدات الأصلية الكبرى بما في ذلك NIO وXpeng وZeekr وLi Auto وChangan وChery وVolvo وVolkswagen وMercedes وToyota هذه التكنولوجيا بنشاط.
