أسباب تشقق محور عجلة الصب بالضغط المنخفض من الألومنيوم المصبوب من الألومنيوم وتدابير التحسين
التاريخ:2025-01-27 الفئات:التدوين الآراء:1145
الصب بالضغط المنخفض يمكن أن تحقق درجة عالية من الميكنة والأتمتة ، وزيادة الإنتاجية (10 ~ 15 نوع / ساعة) ، ويمكنها أيضًا تقليل العديد من العوامل البشرية الضارة في عملية الإنتاج ، وتحسين معدل المنتجات النهائية ، وتقليل كثافة اليد العاملة للعمال بشكل كبير. ومع ذلك، فإن جودة المسبوكات ذات الضغط المنخفض من خلال خطة العملية، ومعلمات العملية، وهيكل القالب والتشغيل اليدوي وعوامل أخرى، وأي تصميم غير معقول أو تشغيل غير صحيح للرابط قد يؤدي إلى عيوب صب الضغط المنخفض. يعد توليد تشققات عجلة الألومنيوم عاملاً مهمًا يؤثر على تكلفة الإنتاج وإنتاجية المؤسسات. لذلك، من المهم بشكل خاص مناقشة أسباب التشققات في عجلات الألومنيوم المصبوبة بالضغط المنخفض. بعد ذلك، سأناقش معكم في الصين صب مصنع الصب بالضغط المنخفض في الصين الألومنيوم تشكيل تشققات عجلات السيارات وإجراءات القضاء عليها.
ما هي عجلة الصب بالضغط المنخفض؟
يتم تصنيع عجلات الصب بالضغط المنخفض باستخدام تقنية الصب بالضغط المنخفض لتوفير كثافة عالية وقوة عالية ومراقبة جيدة للجودة. تقوم العملية بحقن سبيكة سائلة في قالب بضغط منخفض، حيث تبرد السبيكة وتتصلب. ينتج الصب بالضغط المنخفض عجلات ذات كثافة عالية وبنية متجانسة وقوة وصلابة جيدة ومناسبة للإنتاج بكميات كبيرة.
تنقسم عملية الإنتاج إلى عدة خطوات: أولاً، يتم حقن السبيكة السائلة في القالب، ثم يتم تبريد السبيكة وتصلبها، وأخيرًا، يتم استكمال العجلة من خلال عمليات المعالجة الحرارية والتشطيب والطلاء. تعمل هذه العملية على تقليل فقاعات الهواء والشوائب وتحسين القوة والدقة وتعزيز سلامة العجلة.
معصب الجاذبيةالصب بالضغط المنخفض أكثر كفاءة وينتج منتجات ذات جودة أفضل من الصب بالضغط المنخفض. ويعتمد الصب بالجاذبية على الجاذبية لتدفق المعدن، مما قد يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ، مما يضر بالجودة والسلامة. يتحكم الصب بالضغط المنخفض في تدفق سبائك الألومنيوم عن طريق الضغط، مما يضمن دقة العجلة وقوتها.
ونتيجة لذلك، أصبحت العجلات المصبوبة ذات الضغط المنخفض ذات أهمية متزايدة في صناعة السيارات، مما يوفر كفاءة وجودة وسلامة عالية.
ميزة تكنولوجيا عجلة الصب بالضغط المنخفض وإعادة تشكيل القيمة الصناعية
ثورة التصنيع الدقيق التي تقودها الأتمتة الميكانيكية
لقد حققت تقنية الصب بالضغط المنخفض، من خلال درجة عالية من الميكنة والأتمتة، قدرة إنتاج مستقرة تتراوح بين 10-15 قطعة في الساعة، وهو ما يزيد بحوالي 30% عن كفاءة الصب التقليدي بالجاذبية، والذي يتمثل مبدأه الأساسي في استخدام الغاز منخفض الضغط (0.02-0.08MPa) للضغط على سبيكة الألومنيوم السائلة بسلاسة في تجويف القالب، وتجنب مشاكل الغاز المتدحرج والخبث المؤكسد، والتي تنتج عن التدفق الحر للسائل المعدني في الصب بالجاذبية. وكمثال على ذلك مشروع الإنتاج الضخم لعجلات سيارات الطاقة الجديدة، فمن خلال إدخال خط الصب بالضغط المنخفض الأوتوماتيكي بالكامل، قفز إنتاجية المنتج من 82% إلى 96%، بينما تم تخفيض تكاليف القوى العاملة بمقدار 45%. أدى الجمع بين نظام التحكم في درجة حرارة القالب ذي الحلقة المغلقة ومستشعرات الضغط الذكية إلى تنقية حبيبات الصب إلى مستوى الميكرون، وتجاوز عمر إجهاد الانحناء الديناميكي لمحور العجلة مليون دورة، وهو ما يلبي تمامًا متطلبات الوزن الخفيف والسلامة للمركبات المتطورة. وهذا يلبي تماماً المتطلبات المزدوجة لخفة الوزن والسلامة للموديلات المتطورة.
تشخيص متعدد التخصصات لأسباب التشققات في عجلات الصب منخفضة الضغط
الارتباط العميق بين شكل الشقوق وآليات الفشل
في عملية إنتاج العجلات المصنوعة من سبائك الألومنيوم، غالبًا ما يكون تكوين التشققات نتيجة لاقتران عوامل متعددة، مثل خصائص المواد والتصميم الهيكلي ومعلمات العملية. وفقاً لتحليل ميكانيكا الكسر، يمكن تقسيم تشققات العجلات إلى ثلاثة أنواع رئيسية:
- التشقق الحراري (عيوب التصلب):: يحدث ذلك في الغالب عند مفصل حافة القالب ويتجلى في صورة تشقق شبكي موزع على طول حدود الحبيبات. والجوهر في ذلك هو أن المعدن السائل المتبقي بين الهيكل العظمي المتشعب في نهاية التصلب لا يستطيع تحمل إجهاد الانكماش، وتظهر الحالات النموذجية أن احتمال التصدع الحراري يزداد بنسبة 60% عندما يتجاوز معدل التبريد المحلي 4 درجات مئوية/ثانية.
- التشقق البارد (الإجهاد الميكانيكي)يوجد الكسر عادةً في جذر شفة المحور، ويُظهر الكسر خصائص الكسر الهش النموذجية. وأظهر تحليل الكسر لمحور مركبة تجارية أن المعدن المتصلب المتبقي في أنبوب الرفع أثناء إزالة القوالب تسبب في تعرض الصب لإجهاد شد يزيد عن 200 ميجا باسكال، مما أدى مباشرة إلى حدوث شرخ نافذ.
- التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (التفاعل البيئي):: في البيئات الساحلية ذات الرطوبة العالية، تعمل الضغوط المتبقية داخل المحور بشكل تآزري مع أيونات الكلوريد لتسبب التشققات في التمدد ببطء على طول حدود الحبيبات. تُظهر هذه الشقوق تشعبًا شجيريًا مميزًا في الملاحظة المجهرية.
التحليل المنهجي لعوامل التكسير الرئيسية
1 - التضخيم الميكانيكي لعيوب التصميم الهيكلي
- تركيز الإجهاد عند الزوايا الحادة: إذا كان نصف قطر الشريحة الداخلية في منطقة انتقال السماعة أقل من 3 مم، يمكن أن يصل عامل تركيز الإجهاد (Kt) إلى 3.5-4.2، وهو ما يتجاوز بكثير قوة الخضوع لسبائك الألومنيوم A356-T6 (220MPa). تُظهر بيانات المحاكاة لعجلة رياضية أنه بعد تحسين زاوية R من 2 مم إلى 5 مم، ينخفض الحد الأقصى للإجهاد المكافئ من 315 ميجا باسكال إلى 185 ميجا باسكال.
- تأثير الطفرة في سمك الجدار:: عندما يتجاوز الفرق في سُمك الجدار بين المناطق المتجاورة 3:1، يمكن أن يؤدي تدرج الإجهاد الحراري المتولد أثناء عملية التبريد إلى اختراق حد قوة الشد للمادة. تُظهر حالة الكسر لمحور عجلة خفيف الوزن أن سمك وصلة الإطار-الدعامة قد انخفض من 8 مم إلى 3 مم، مما أدى إلى ذروة إجهاد موضعي تبلغ 280 ميجا باسكال.
2 - المخاطر النظمية لعدم تطابق بارامترات العملية
- فترة زمنية ضيقة للاحتفاظ بالضغط:: يؤدي زمن التثبيت الذي يقل عن 15 ثانية إلى انقطاع الانكماش وتكوين ارتخاء الانكماش، بينما يؤدي أكثر من 40 ثانية إلى مقاومة ميكانيكية لتصلب المعدن في الأنبوب الصاعد. أكد اختبار مشروع DOE أنه عندما يتم التحكم في زمن الاحتفاظ في نطاق 25-30 ثانية، ينخفض معدل التشقق من 7.2% إلى 0.8%.
- التحكم غير السليم في معدل التعبئةعندما تزيد سرعة الملء عن 120 مم/ثانية، تزداد احتمالية حدوث لفات الغاز السائل المعدني المضطرب بمقدار 40%، وتصبح العيوب المجهرية التي تتشكل من احتباس الغاز نقطة بداية بدء التشقق. يمكن لعملية التصاعد التدريجي (0.03 ميجا باسكال مبدئيًا، و0.06 ميجا باسكال نهائيًا) أن توازن بشكل فعال بين سرعة الملء ومخاطر لفات الغاز.
3 - تحديات التوازن الديناميكي في الإدارة الحرارية للعفن
- تدرج درجة الحرارة الهارب:: عندما يتجاوز الفرق في درجة حرارة القالب 50 ℃، فإن معدل فرق انكماش التصلب في كل منطقة من مناطق الصب يتجاوز 0.8%، مما يؤدي إلى التكسير الحراري. وجد أحد المصانع من خلال زرع نقطة مراقبة درجة حرارة القالب أن تذبذب درجة الحرارة في منطقة الصب يصل إلى ± 30 ℃، بعد تركيب نظام التحكم في درجة حرارة نظام التحكم في درجة حرارة القسم يكون فرق درجة الحرارة مستقرًا في حدود ± 5 ℃.
- اختيار غير مناسب لوسط التبريدمن السهل أن يتسبب التبريد التقليدي بالماء في حدوث انخفاض مفاجئ في درجة حرارة سطح القالب، ويمكن أن يؤدي استخدام تقنية التبريد المختلط بالهباء الجوي إلى التحكم بدقة في معدل التبريد من 3-8 ℃ / ثانية، لتجنب إجهاد التبريد بسبب التبريد السريع.
حلول من الدرجة الهندسية لمنع التشققات
1 - النظام الأمثل لديناميكيات أنظمة الرفع
- إعادة بناء هندسة العداءتم زيادة قطر أنبوب الرفع من Φ60 مم إلى Φ85 مم، ومع تصميم العداء المائل بزاوية 30 درجة، تم تثبيت معدل تدفق السائل المعدني عند 0.8-1.0 م/ث. أظهرت ممارسة المشروع أن هذه الخطوة قللت من احتمالية تجمد أنبوب الرفع بمقدار 70%.
- ترقيات العزلاعتماد غلاف الحفاظ على الحرارة النانوية الدقيقة المسامية (الموصلية الحرارية ≤ 0.1 واط/م-ك)، والتي تمدد الحد الزمني للحفاظ على الحرارة بمقدار 40% مقارنة بمادة الألياف الخزفية التقليدية لضمان سلاسة قناة الانكماش.
2 - مسار التحسين البيولوجي للتصميم الهيكلي
- تقنية رسم خرائط تدفق الإجهاد:: إعادة توزيع مواد القضبان على أساس خوارزميات تحسين الطوبولوجيا لمواءمة اتجاه الإجهاد الرئيسي مع اتجاه التعزيز. فقدت العجلة خفيفة الوزن 12% من الوزن من خلال هذه التقنية، بينما زادت صلابة الانحناء بمقدار 18%.
- قاعدة انتقال التدرج:: تصميم منطقة انتقالية مستدقة بنسبة 1:4 في منطقة طفرة سمك الجدار وإضافة أخاديد لتخفيف الضغط بعمق 1.5 مم عند جذر السلك، تم تخفيض ذروة الضغط المحلي بنجاح من 295 ميجا باسكال إلى 175 ميجا باسكال.
3- ابتكار نظام ذكي للتحكم في درجة حرارة القالب
- تحكّم في درجة الحرارة المقترنة بمناطق متعددة:: طورت وحدة تحكم مستقلة في درجة الحرارة من ست مناطق، مع ضبط منطقة الحافة على 320 درجة مئوية (لتعزيز انكماش الماكياج) والحفاظ على منطقة القالب عند 280 درجة مئوية (لمنع التشقق الحراري). في الإنتاج الضخم للعجلات ذات العلامات التجارية الراقية، يجعل هذا النظام توحيد درجة حرارة القالب يصل إلى ± 3 ℃.
- استراتيجية التبريد الديناميكييتم استخدام التبريد بالهواء للحفاظ على درجة حرارة القالب أثناء مرحلة الملء، ويتم تبريد الضباب لتسريع التصلب أثناء مرحلة التثبيت، مما يقلل من دورة الإنتاج بأكملها بمقدار 8 ثوانٍ.
ممارسات الابتكار في العمليات في نينغبو هيكسين
بالتعاون مع إحدى العلامات التجارية الألمانية الفاخرة، حقق فريق هي شين معيار الصناعة من خلال ثلاثة اختراقات تكنولوجية رئيسية:
- تقنية التشكيل المركب بالغزل والصب بالضغط المنخفض:: عملية الدوران المتراكبة في منطقة الحافة، بحيث تكون الحبيبات موجهة على طول المحيط، تزداد قوة الصدم الشعاعي لمحور العجلة بمقدار 35%.
- نظام تسخين متدرج (تقنية حاصلة على براءة اختراع):: سطح القالب مطلي بطبقة من نيتريد التيتانيوم بسمك 0.2 مم، مع جهاز التسخين بالحث الحثي، يحقق تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة مع اختلاف في درجة الحرارة ≤5 ℃ في منطقة السماعة.
- منصة محاكاة العمليات الرقمية:: يؤدي تكامل نظام MAGMAsoft ونظام ANSYS إلى ضغط عدد تجارب القوالب من 12 إلى 3 تجارب، مما يقلل من دورة التطوير بمقدار 60%.
اختيار مصنع عجلات الصب بالضغط المنخفض المناسب
هناك أربع كفاءات أساسية يجب أن يتمتع بها المورد ذو الجودة العالية:
- قاعدة بيانات الموادتجميع عشرات الآلاف من مجموعات معلمات العملية وعلاقة تخطيط خواص السبائك، والمطابقة السريعة لأفضل الحلول المادية
- مراقبة جودة العملية بأكملها:: إنشاء 12 نقطة لمراقبة الجودة بدءًا من تحليل نقاء السبيكة (محتوى الحديد ≤ 0.15%) إلى كشف عيوب الأشعة السينية (معيار ASTM E505).
- إنتاج مرن:: نظام التغيير السريع للقالب متوافق مع العجلات مقاس 16-24 بوصة، وقت التغيير أقل من 45 دقيقة
- التصنيع الأخضر:: معدل استرداد رقاقة الألومنيوم ≥95%، واستهلاك الطاقة لكل وحدة من المنتج أقل من متوسط الصناعة بمقدار 28%.
الأسئلة الشائعة والأجوبة
1 - لماذا تعتبر العجلات المصبوبة ذات الضغط المنخفض أكثر ملاءمة لمركبات الطاقة الجديدة؟
يمكن أن تتحمل كثافتها العالية عزم الدوران اللحظي للمحرك (≥3000 نيوتن-م)، بينما تعمل ميزة خفة الوزن (تخفيض الوزن بمقدار 40% عن العجلات الفولاذية) على تحسين المدى بشكل مباشر بمقدار 5%-8%.
2- كيف يمكن تحديد سبب التشققات عن طريق التحليل المعدني؟
- التشقق الحراري: وجود طبقة أكسيد متصلة عند حدود الحبيبات وتشققات على شكل شبكة متعرجة
- الكسر البارد: يكون الكسر مستقيماً وواضحاً وواضحاً في خطوات الذوبان
- التآكل الناتج عن الإجهاد: وجود إثراء عنصري Cl عند طرف الشق (كشف EDS)
3- كيف يؤثر عمر العفن على معدل التشقق؟
عندما يتم استخدام القالب لأكثر من 5,000 دورة قالب، يمكن أن تؤدي التشققات السطحية الدقيقة إلى زيادة مقاومة تحرير الصب 25%، مما يتطلب إصلاحًا منتظمًا للكسوة بالليزر (استعادة صلابة السطح إلى ما فوق HRC 45).
4- ما هي الاتجاهات المستقبلية للتطور التكنولوجي؟
تم إدخال الذكاء الاصطناعي في تحسين المعالجة، مع خوارزميات التعلم الآلي التي تنظم ملف الضغط في الوقت الحقيقي، بهدف التحكم في معدل التكسير إلى أقل من 0.11 TP3T، بينما تمت زيادة الإنتاجية بمقدار 201 TP3T أخرى.
