Causas y medidas de mejora de la formación de grietas en los cubos de rueda de aluminio fundido a baja presión

fundición a baja presión Puede alcanzar un alto grado de mecanización y automatización, aumentar la productividad (10 ~ 15 tipo / h), también puede reducir muchos factores humanos adversos en el proceso de producción, mejorar la tasa de productos terminados, reduciendo en gran medida la intensidad de trabajo de los trabajadores. Sin embargo, la calidad de las piezas fundidas a baja presión por el plan de proceso, los parámetros del proceso, la estructura del molde y la operación manual y otros factores, cualquier diseño poco razonable o la operación incorrecta del enlace puede conducir a defectos de fundición a baja presión. La generación de grietas en las ruedas de aluminio es un factor importante que afecta al coste de producción y a la productividad de las empresas. Por lo tanto, es especialmente importante discutir las causas de las grietas en las ruedas de aluminio de fundición a baja presión. A continuación, voy a discutir con ustedes en China planta de fundición a baja presión de fundición aluminio Formación de grietas en las ruedas de los automóviles y medidas para eliminarlas.

¿Qué es una rueda de fundición de baja presión?

Las ruedas de fundición a baja presión se fabrican mediante tecnología de fundición a baja presión para proporcionar alta densidad, alta resistencia y un buen control de calidad. El proceso inyecta una aleación líquida en un molde a baja presión, donde la aleación se enfría y solidifica. La fundición a baja presión produce ruedas de alta densidad, estructura homogénea, buena resistencia y tenacidad, y es adecuada para la producción en serie.

El proceso de producción se divide en varias etapas: en primer lugar, se inyecta la aleación líquida en el molde; a continuación, la aleación se enfría y solidifica; y, por último, la rueda se completa mediante procesos de tratamiento térmico, acabado y pintura. Este proceso reduce las burbujas de aire y las impurezas, mejora la resistencia y la precisión y aumenta la seguridad de la rueda.

junto confundición gravitacionalLa fundición a baja presión es más eficaz y produce productos de mejor calidad que la fundición a baja presión. La fundición por gravedad depende de la gravedad para hacer fluir el metal, lo que puede provocar una distribución desigual, comprometiendo la calidad y la seguridad. La fundición a baja presión controla el flujo de la aleación de aluminio aplicando presión, lo que garantiza la precisión y resistencia de la rueda.

Como resultado, las ruedas de fundición de baja presión son cada vez más importantes en la fabricación de automóviles, ya que proporcionan una gran eficacia, calidad y seguridad.

Ventaja tecnológica de la rueda de fundición a baja presión y remodelación del valor industrial

​Revolución en la fabricación de precisión impulsada por la automatización mecánica

La tecnología de fundición a baja presión, a través de un alto grado de mecanización y automatización, ha logrado una capacidad de producción estable de 10 a 15 piezas por hora, lo que supone unas 30% más que la eficiencia de la fundición tradicional por gravedad. Su principio básico es utilizar gas a baja presión (0,02-0,08MPa) para presionar las aleaciones de aluminio líquido en las cavidades del molde de forma suave, lo que evita los problemas del gas enrollado y la escoria oxidada, causados por el flujo libre del líquido metálico en la fundición por gravedad. Tomemos como ejemplo un proyecto de producción en serie de llantas para vehículos de nueva energía: gracias a la introducción de la línea de fundición a baja presión totalmente automática, el rendimiento del producto pasó de 82% a 96%, mientras que los costes de mano de obra se redujeron en 45%. La combinación del sistema de control de temperatura del molde de bucle cerrado y los sensores de presión inteligentes permitió afinar el grano de fundición hasta el nivel de micras, y la vida útil a la fatiga por flexión dinámica del cubo de la rueda superó el millón de ciclos, lo que satisface plenamente los requisitos de ligereza y seguridad de los vehículos de gama alta. Esto satisface plenamente la doble exigencia de ligereza y seguridad de los modelos de gama alta.

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Diagnóstico interdisciplinar de las causas de grietas en ruedas de fundición a baja presión

​Correlación profunda entre la morfología de la grieta y los mecanismos de fallo

En el proceso de producción de llantas de aleación de aluminio, la formación de grietas suele ser el resultado del acoplamiento de múltiples factores, como las propiedades del material, el diseño estructural y los parámetros del proceso. Según el análisis de la mecánica de la fractura, las grietas de las llantas pueden dividirse en tres tipos principales:

1. ​Fisuración térmica (defectos de solidificación)Se produce sobre todo en la unión radio-borde y se manifiesta como una grieta reticulada distribuida a lo largo de los límites de grano. La esencia es que el metal líquido residual entre el esqueleto dendrítico al final de la solidificación no puede soportar la tensión de contracción, y los casos típicos muestran que la probabilidad de fisuración térmica aumenta en 60% cuando la velocidad de enfriamiento local supera los 4°C/s.
2. ​Fisuración en frío (tensión mecánica)La fractura se encuentra comúnmente en la raíz de la brida del cubo, y la fractura muestra características típicas de fractura frágil. El análisis de fallos de un cubo de vehículo comercial mostró que el metal solidificado que quedaba en el tubo de elevación durante el desmoldeo provocó que la pieza fundida se sometiera a un esfuerzo de tracción de más de 200 MPa, lo que desencadenó directamente una grieta penetrante.
3. ​Agrietamiento por corrosión bajo tensión (interacción medioambiental)En ambientes costeros de alta humedad, las tensiones residuales dentro del cubo actúan sinérgicamente con los iones cloruro para provocar grietas que se expanden lentamente a lo largo de los límites de grano. Dichas grietas muestran una distintiva morfología de bifurcación dendrítica en la observación microscópica.

​Análisis sistemático de los principales factores de fracturación

1. Amplificación mecánica de los defectos de diseño estructural

• ​Concentración de tensiones en esquinas agudasSi el radio del filete interior en la región de transición del radio de la rueda es inferior a 3 mm, el factor de concentración de tensiones (Kt) puede alcanzar 3,5-4,2, que es muy superior al límite elástico de la aleación de aluminio A356-T6 (220 MPa). Los datos de simulación de una rueda deportiva muestran que tras optimizar el ángulo R de 2mm a 5mm, la tensión máxima equivalente se reduce de 315MPa a 185MPa.
• ​Efecto de mutación del grosor de la paredCuando la diferencia de grosor de pared entre zonas vecinas es superior a 3:1, el gradiente de tensión térmica generado durante el proceso de enfriamiento puede superar el límite de resistencia a la tracción del material. El caso de fractura de un buje de rueda ligera muestra que el grosor de la unión llanta-radio se redujo de 8 mm a 3 mm, lo que dio lugar a un pico de tensión local de 280 MPa.

2. Riesgo sistémico de desajuste de los parámetros del proceso

• ​Escaso margen de tiempo para mantener la presiónTiempo de retención: Un tiempo de retención inferior a 15 segundos provoca la interrupción de la contracción y la formación de desprendimientos por contracción, mientras que un tiempo superior a 40 segundos crea una resistencia mecánica a la solidificación del metal en el tubo ascendente. Una prueba DOE del proyecto confirmó que cuando el tiempo de retención se controla en el intervalo de 25-30 segundos, la tasa de agrietamiento se reduce de 7,2% a 0,8%.
• ​Control inadecuado de la tasa de llenadoCuando la velocidad de llenado supera los 120 mm/s, la probabilidad de que se produzcan rollos de gas turbulento en el metal líquido aumenta en 40%, y los defectos microscópicos formados por la retención de gas se convierten en el punto de partida de la iniciación de grietas. El proceso step-up (inicial 0,03MPa, final 0,06MPa) puede equilibrar eficazmente la velocidad de llenado y el riesgo de rollos de gas.

3. Retos del equilibrio dinámico en la gestión térmica de moldes

• ​gradiente de temperatura galopante: Cuando la diferencia de temperatura del molde supera los 50℃, la tasa de diferencia de contracción por solidificación de cada región de la pieza fundida supera los 0,8%, lo que induce el agrietamiento térmico. Una fábrica a través de la implantación de punto de control de la temperatura del molde encontró que la fluctuación de la temperatura en la zona de radio de hasta ± 30 ℃, después de la instalación de partición de sistema de control de temperatura diferencia de temperatura es estable dentro de ± 5 ℃.
• ​Selección inadecuada del medio refrigeranteEl enfriamiento por agua tradicional es fácil de causar una caída repentina de la temperatura de la superficie del molde, el uso de la tecnología de enfriamiento mixto de aerosol puede controlar con precisión la velocidad de enfriamiento de 3-8 ℃ / s, para evitar el estrés de enfriamiento debido al enfriamiento rápido.

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Soluciones de ingeniería para la prevención de grietas

​1. Sistema optimizado para la dinámica de los sistemas de elevación

• ​Reconstrucción de la geometría del corredorEl diámetro de la tubería de elevación se aumentó de Φ60mm a Φ85mm, y con el diseño de canal inclinado 30°, la velocidad de flujo del líquido metálico se estabilizó en 0,8-1,0m/s. Un proyecto ha demostrado que esto reduce la probabilidad de congelación de la tubería de elevación en 70%.
• ​Mejoras de aislamientoAdopción de un manguito de conservación del calor nanomicroporoso (conductividad térmica ≤ 0,1W/m-K), que amplía el plazo de conservación del calor en 40% en comparación con el material de fibra cerámica tradicional para garantizar la suavidad del canal de contracción.

​2. Vía de optimización biónica para el diseño estructural

• ​Tecnología de mapeo del flujo de tensionesRedistribución de los materiales de los radios basada en algoritmos de optimización topológica para alinear la dirección de la tensión principal con la orientación del refuerzo. Una rueda ligera ha perdido 12% de peso gracias a esta técnica, mientras que la rigidez a la flexión ha aumentado 18%.
• ​regla de transición de gradienteDiseño de una zona de transición de conicidad 1:4 en la zona de mutación del espesor de pared y adición de ranuras de alivio de tensiones con una profundidad de 1,5 mm en la raíz del radio, el pico de tensión local se redujo con éxito de 295 MPa a 175 MPa.

​3. Innovación en el sistema de control inteligente de la temperatura del molde

• ​Control de temperatura multizona acopladoSistema de control de la temperatura: Desarrollado un módulo de control de la temperatura independiente de seis zonas, con la zona de la llanta ajustada a 320°C (para favorecer la contracción de maquillaje) y la zona de los radios mantenida a 280°C (para inhibir el agrietamiento térmico). En la producción en serie de una rueda de marca de gama alta, este sistema hace que la uniformidad de la temperatura del molde alcance ±3℃.
• ​Estrategia de refrigeración dinámicaLa refrigeración por aire se utiliza para mantener la temperatura del molde durante la fase de llenado, y la refrigeración por niebla se activa para acelerar la solidificación durante la fase de mantenimiento, lo que acorta el ciclo de producción en 8 segundos.

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Prácticas de innovación de procesos de Ningbo Hexin

En cooperación con una marca de lujo alemana, el equipo de He Xin logró la referencia del sector gracias a tres avances tecnológicos clave:

1. ​Tecnología de conformado de compuestos por colada-hilatura a baja presiónProceso de hilado superpuesto en la zona de la llanta, de modo que el grano se orienta a lo largo de la circunferencia, la resistencia al impacto radial del cubo de la rueda se incrementa en 35%.
2. ​Sistema de calentamiento gradual (tecnología patentada): La superficie del molde está recubierta con un revestimiento de nitruro de titanio de 0,2 mm de espesor, junto con el dispositivo de calentamiento por inducción, consigue un control preciso de la temperatura con una diferencia de temperatura de ≤5℃ en la zona de los radios.
3. ​Plataforma digital de simulación de procesos: La integración de MAGMAsoft y el sistema ANSYS comprime el número de pruebas de molde de 12 a 3, lo que acorta el ciclo de desarrollo en 60%.

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Elección de la planta de moldeo a baja presión adecuada

Los proveedores de calidad deben poseer cuatro competencias básicas:

• ​Base de datos de materialesAcumulación de decenas de miles de conjuntos de parámetros de proceso y relación de mapeo de propiedades de aleación, rápida adecuación de las mejores soluciones de materiales.
• ​Control de calidad de todo el procesoEstablecimiento de 12 puntos de control de calidad, desde el análisis de la pureza del lingote (contenido de Fe ≤ 0,15%) hasta la detección de defectos por rayos X (norma ASTM E505).
• ​producción flexible: Sistema de cambio rápido de moldes compatible con ruedas de 16-24 pulgadas, tiempo de cambio <45 minutos
• ​fabricación ecológica: Tasa de recuperación de virutas de aluminio ≥95%, el consumo de energía por unidad de producto es 28% inferior a la media del sector.

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Preguntas y respuestas frecuentes

1. ¿Por qué las ruedas de fundición de baja presión son más adecuadas para los vehículos de nueva energía?
Su alta densificación puede soportar el par instantáneo del motor (≥3000N-m), mientras que su ligereza (40% de reducción de peso respecto a las ruedas de acero) mejora directamente la autonomía en 5%-8%.

2. ¿Cómo determinar la causa de las grietas mediante análisis metalográfico?

• Agrietamiento térmico: presencia de una película continua de óxido en los límites de los granos, grietas en forma de red en zigzag.
• Fractura fría: la fractura es recta, claros pasos de solubilización visibles.
• Corrosión bajo tensión: presencia de enriquecimiento en Cl elemental en la punta de la grieta (detección EDS)

3. ¿Cómo afecta la vida útil del molde a la tasa de agrietamiento?
Cuando el molde se utiliza durante más de 5.000 ciclos de moldeo, las microfisuras superficiales pueden provocar un aumento de la resistencia al desmoldeo de 25%, lo que requiere una reparación periódica del revestimiento con láser (restablecimiento de la dureza superficial a HRC 45 o superior).

4. ¿Cuáles son las futuras direcciones del desarrollo tecnológico?
Se introdujo la inteligencia artificial en la optimización del proceso, con algoritmos de aprendizaje automático que regulan el perfil de presión en tiempo real, con el objetivo de controlar la tasa de agrietamiento por debajo de 0,11 TP3T, al tiempo que se aumentaba la productividad en otros 201 TP3T.