Viden

Støbeprocessen til bagdækslet på motorhuset af aluminiumlegering blev udviklet. I den tidlige fase blev løberen rimeligt arrangeret i henhold til produktstrukturen, og fyldnings- og størkningsanalysen af ​​​​portsystemet blev udført ved hjælp af numerisk simuleringssoftware. Under den faktiske produktionsproces blev det konstateret, at gashullerne i støbegodset var vanskelige at eliminere. I henhold til produktstrukturen blev der anvendt forskellige løsninger til forskellige områder. For gashullerne i det tyndvæggede område i enden af ​​​​produktet, hvor slaggepotten ikke kunne arrangeres, blev udstødningsindsatsen og forøgelsen af ​​​​vægtykkelsen brugt til at forbedre aluminiumsvæskens flydeevne; for de tætte gashuller i det tykvæggede område i enden af ​​​​portsystemet blev kølingen styrket for at accelerere den lokale størkning og øge tykkelsen af ​​​​det tætte lag på produktoverfladen; for gashullerne i det tykvæggede område ved tilførselsporten blev portsystemet analyseret, og tilførsel blev lokalt styrket osv. Resultaterne af forsøgsproduktionen viser, at produktets samlede gashuller blev forbedret ved hjælp af den optimerede ordning, og skrothastigheden blev reduceret. Nøgleord: Motorhus bagdæksel; Støbeproces; Numerisk simulering

 

Bagdækslet på motorhuset er en vigtig komponent i drivsystemet i nye energikøretøjer [1-3]. Dets hovedfunktion er at understøtte motorrotoren og fastgøre motorstatoren og samtidig forhindre eksterne stoffer som støv og vanddamp i at trænge ind i motoren. Derfor er der visse krav til produktets strukturelle styrke og lufttæthed. Samtidig antager produktets lejehulsposition lokale indsatser efter formning, og formen skal tage højde for placering og presning af indsatserne, hvilket øger vanskeligheden ved formfremstilling og fejlfinding i produktionsprocessen. Derfor er det meget vigtigt at sikre en stabil produktion af formen gennem tidlig design og senere procesforbedring af formen.

 

 

1. Støbestruktur og udviklingskrav

 

Motorhusets endedækseldel på det nye energikøretøj er vist i figur 1. Delen har en konturstørrelse på 397.98 mm. × 91.48 mm × 286.46 mm, en trykstøbningsvægt på 5.71 kg, en gennemsnitlig vægtykkelse på 8.06 mm og et projiceret areal på 74,759 mm²Støbematerialet er ADC12 aluminiumlegering. Støbegodsets samlede vægtykkelse er relativt tyk, med en maksimal vægtykkelse på 33 mm og en minimum vægtykkelse på 4 mm, og vægtykkelsen er ujævn. Produktets lejekammerplacering anvender lokale indsatser, og indsatsmaterialet er 45# stål, som er hærdet og anløbet, med en hårdhed (HRC) på 24-30. Alle produktets ydre dimensioner skal opfylde tegningens monteringskrav. Motorens monteringsflade og produktets monteringsflade på ledningsboksens dækplade har tætningskrav. Lejehullet og halvakselhullet monterer motorrotoren, og der er visse krav til de eksponerede gashuller efter bearbejdning. Derudover må der ikke være åbenlyse brændemærker eller ridser i hjørnerne, og produktet må ikke have grater eller afskalninger. Produktet kræver lufttæthedsprøvning, og de specifikke lufttæthedskrav er: testtrykket er 22 kPa, og den tilladte lækage er <5 mL/min.

 

 

2. Udvikling og design af forme

 

2.1 Design af produktskillelinjer

 

Ifølge produktstrukturanalysen blev den passende skillelinje for den bevægelige og den faste form valgt. Derudover afformes produktsiden i to retninger, så formen skal designes med to kernetrækkende skydere til afskæring. Skillelinjen for den bevægelige og den faste form samt produktets skyderskillelinje er vist i figur 2.

 

 

 

2.2 Analyse af produktets vægtykkelse

 

Vægtykkelsesanalysen af ​​motorhusets bagendedæksel er vist i figur 3. Analysen blev udført på den side af produktet med den faste form, afhængigt af produktets vægtykkelse. Venstre side har et lille område med en relativt tyk vægtykkelse, og højre halvdel har en relativt tyk samlet vægtykkelse (se figur 3a). Analyseret på den bevægelige formside af produktet viser, at den bevægelige form generelt har en ribbestruktur, og de tykvæggede ribber er hovedsageligt på venstre side (se figur 3b). Derfor er produktets vægtykkelse på begge sider ekstremt ujævn. For at sikre tilstrækkelig aluminiumsfyldning ved vægtykkelsespositionen skal portlayoutet ved vægtykkelsespositionen styrkes.

 

 

2.3 Design af portsystemer

 

Designfokus for portsystemet er valget af port. Generelt skal portens position og form bestemmes i henhold til støbegodsets form, struktur og præcisionskrav [4]. Baseret på produktets strukturelle analyse kan produktet fremføres på siden af ​​glideren 1 og dens modsatte side. I betragtning af produktets kritiske positioner, bortset fra motorens kontaktflade, som ikke påvirkes af hele produktets periferi, er lejehullerne og halvakselhullerne langt fra siden af ​​skyder 1, og monteringsfladen på samledåsens dækplade er på bagsiden af ​​skyderen på den bevægelige formside og påvirkes af materialeblokering på skyder 1. Derfor er porten placeret på den modsatte side af skyder 1 for at sikre, at tilførselspositionen er tæt på lejehullerne og halvakselhullerne, og monteringsfladen på samledåsens dækplade påvirkes ikke af materialeblokering på skyder 1. Den indre ports layout er som følger: 4 indre porte er placeret på den bearbejdede endeflade på den modsatte side af skyder 1, og 1 indre port er placeret på hver af de ikke-bearbejdede positioner på begge sider for at forbedre fyldningen på begge sider. Samtidig er der etableret en bro midt i produktets ydre cirkulære hul for at føre materialet igennem. Det endelige design af portsystemet er vist i figur 4.

 

Magma-simuleringsanalyse blev anvendt, og startbetingelserne for formstrømningsanalysen er vist i tabel 1. pQ-diagrammet blev brugt til at verificere rationen af ​​de relevante processer, og de relevante procesindstillinger er rimelige, som vist i figur 5.

 

Fyldningsprocessen for hele støbeproduktet blev simuleret og analyseret af Magma, som vist i figur 6. Det kan ses, at når aluminiumvæsken fyldes i 2.604 s, fylder metalvæsken fra de to indre porte nær hovedløberen først hulrummet (se figur 6a); når den fyldes i 2.625 s, begynder alle indre porte at fylde hulrummet (se figur 6b); når den fyldes i 2.658 s, er hele støbegodset fyldt (se figur 6c). Under hele fyldningsprocessen er fyldningstiden for metalvæsken gennem de indre porte 44 ms, og metalvæsken i produktets tykvæggede position fyldes først uden fyldningsmangler. Portsystemet opfylder produktets fyldningskrav.

 

Den samlede gastrykfordeling af støbegodset er vist i figur 7. Områderne med højere gastrykværdier er i slaggebeholderen og overløbsspalten i portsystemet og produktets tykvæggede ribber, hvilket indikerer, at der er større sandsynlighed for porøsitet i disse positioner. Produktets størkningsproces er vist i figur 8. Det kan ses, at 3 sekunder efter at fyldningen er afsluttet, størkner et par kanter (se figur 8a); 12 sekunder efter at fyldningen er afsluttet, er det meste størknet (se figur 8b); de langsomt størknende positioner er produktets tykvæggede områder.

 

Ifølge simuleringsresultaterne kan det ses, at dette indløbssystem grundlæggende kan opnå fyldning af aluminiummaterialet i hulrummet. Samtidig er gastrykket hovedsageligt koncentreret i slaggegryden og nogle lokale ikke-bearbejdede ribber i produktet. Det er foreløbigt besluttet at vælge denne indløbs- og dræningsordning. Derudover forekommer der lokal ujævn køling på grund af produktets relativt tykke samlede vægtykkelse og den ujævne fordeling af vægtykkelsen, hvilket kan bruges som reference til design af formkølesystemet.

 

2.4 Design af transport af skimmelsvampvand

 

Kølevand placeres i støbegodsets tykvæggede område for at sikre køleeffekten i det tykvæggede område og undgå forekomst af krympeporøsitet og krympehulrum i dette område. Produktets periferi anvender en lige kølevandstransport, og punktkøling er designet til andre positioner. Samtidig anvendes punktkølestifter til kernestifter med en diameter på ϕ5 mm eller mere. Det endelige kølesystem er vist i figur 9.

 

3. Produktionsproces og problemer med trykstøbningstest

 

I henhold til formens designtilpasning blev der anvendt en 16,000 kN Idra-støbemaskine til produktionen. Stemplets diameter blev valgt til 120 mm, og det effektive slaglængde ved indsprøjtningen var 620 mm. Massen af ​​den aluminiumvæske, der passerede gennem den indre port, var 6.15 kg. Den teoretiske højhastighedsposition blev indstillet til 380 mm, stemplets højdehastighed var 4 m/s, og trykpositionen blev indstillet til 560 mm. Disse blev brugt som de grundlæggende parametre for fejlfinding og produktion. Maskinens omgivende udstyr var fuldautomatisk produktionsudstyr, som effektivt kunne sikre stabiliteten i produktionsprocessen. Under den faktiske produktionsfejlfinding blev højhastighedspositionen justeret passende for at verificere produktkvaliteten. Endelig, da højhastighedspositionen var 420 mm, højhastighedshastigheden var 4.2 m/s, og trykpositionen var 560 mm, var produktkvaliteten ideel. Imidlertid blev det ved hjælp af røntgenfejldetektion konstateret, at der stadig var ustabil porøsitet i nogle lokale områder. Produktets porøsitetstilstand er vist i figur 10. Standarden for indvendige gaskrympningshuller i produktet: Ved position 1 er vægtykkelsen ved enden af ​​støbegodset mindre end 9.5 mm; ved positionerne 2 til 4 overstiger den lokale vægtykkelse 9.5 mm, og den lokale standard er i overensstemmelse med grad 2-standarden for vægtykkelse og gashuller i aluminiumlegering. Standarden for udseende efter efterbehandling: Ved positionerne 1 og 4 er der ingen grænse for antallet af ikke-forbundne gashuller mindre end ϕ0.25 mm, og for ikke-forbundne huller mindre end ϕ2 mm.×2 mm dybde, er der højst 2 pr. 100 mm længde; ved position 2 og 3 er der ingen grænse for antallet af ikke-forbundne gashuller mindre end ϕ0.25 mm, og for ikke-forbundne huller mindre end ϕ1 mm×1 mm dyb, er der ikke mere end 2 pr. 100 mm længde. Det kan ses, at standarden for udseende efter efterbehandling er strengere end den interne standard. Efter produktion i denne tilstand og CNC-bearbejdningsinspektion blev det konstateret, at de gashuller, der blev detekteret med røntgen, var delvist blotlagt efter bearbejdning (se figur 11), så yderligere forbedring er nødvendig for produktets gashuller.

 

 

4. Forbedring af problemer med prøveproduktion

4.1 Forbedring af gashuller på sidevæggen af ​​det firkantede hul

 

Den lokale struktur af det firkantede hul er vist i figur 12. Det firkantede hul er placeret ved vandhalepositionen i støbe- og injektionssystemet, midt i produktet. Den lokale vægtykkelse af det firkantede hul er 2.8 mm. På grund af manglende evne til at arrangere slaggepakker omkring det firkantede hul, er den lokale gas vanskelig at undslippe. Samtidig er produktets vægtykkelse relativt tynd sammenlignet med det samlede produkt, så den lokale fluiditet af aluminiumsmaterialet er relativt dårlig, og der er sandsynlighed for ophobning af koldt materiale. For at imødegå udstødningen og reducere ophobningen af ​​koldt materiale analyseres det, at brugen af ​​slaggepakker til udstødning og slaggefjerning er den mest effektive metode. På grund af begrænsninger i produktstrukturen er det umuligt at tilføje slaggepakker direkte, så der anvendes en omfattende løsning. Figur 13 viser forbedringsforanstaltningerne for gashuller på sidevæggen af ​​det firkantede hul. Foranstaltning 1 er at udføre skære- og indsætningsbehandling på sidevæggen, hvor gashullerne eksponeres efter bearbejdning (se figur 13a), ved hjælp af den modstående skilleflade på formindsatsen til udstødning; Foranstaltning 2 er at fortykke den lokale vægtykkelse til 3.8 mm (se figur 13b) for derved at forbedre flydeevnen af ​​aluminiumsvæskefyldningen og reducere den lokale ophobning af koldt materiale. Efter implementeringen af ​​de omfattende foranstaltninger blev det konstateret, at de lokale gashuller var blevet forbedret godt og opfyldte kravene til produktkvalitet.

 

 

4.2 Forbedring af gashuller på motorens kontaktflade

 

Gashullerne i position 2 og 3 er på samme overflade af produktet, som vist i figur 14, og er placeret på vandhalesiden af ​​produktets støbe- og injektionssystem, som også er en relativt tykvægget position. For tykvæggede positioner af produktet er den lokale størkning generelt langsommere. Når de omgivende tyndvæggede positioner størkner, afskæres den lokale tilførselskanal, og der er sandsynlighed for intern krympningsporøsitet. Derudover opfylder kvaliteten af ​​den interne gashulskvalitet standardkravene afhængigt af produktionen, men eksponeringen af ​​gashuller på grund af forarbejdning opfylder ikke standarden. Derfor er forbedringsretningen primært at undgå eksponering. For problemet med eksponerede gashuller på forarbejdningsoverfladen og ved vandhalesiden kan maskemønsteret på flydeoverfladen spille en rolle i fjernelse af udstødning og koldt materiale. Forbedringsmetode 1 er at tilføje et maskemønster på den lokale endeflade, men forbedringseffekten er ikke indlysende. Derfor er det nødvendigt at øge ekstruderingen lokalt for krympningsporøsiteten i den tykvæggede position. Når produktet ikke er fuldstændigt størknet, bruges ekstruderingsstifter til tilførsel. Denne metode er teoretisk mulig, men de tætte gashuller i produktet er relativt spredte, og en enkelt ekstruderingsstift kan ikke dække hele området, mens flere ekstruderingsstifter ikke er praktiske. Derfor er denne løsning ikke mulig. I betragtning af brugen af ​​lokal formtemperaturreduktion er forbedringsmetode 2 at tilføje punktkøling på den eksponerede endeflade for at forbedre lokal afkøling og størkning, reducere lokal krympningsporøsitet og samtidig sænke formoverfladetemperaturen for at skabe et tykkere, tæt lag på produktoverfladen og derved reducere risikoen for eksponering under forarbejdning. Figur 15 viser forbedringsforanstaltningerne for gashuller på motorens monteringsflade. Efter at have anvendt metode 2 blev produktets interne kvalitet forbedret, og problemet med eksponerede gashuller under forarbejdning blev løst, hvilket opfyldte produktets forarbejdningskvalitetskrav.

4.3 Forbedring af gashuller i halvakselhullet​​​​​​​

Gashullerne ved bearbejdningsposition 4 blev inspiceret. Produktets bearbejdningstolerance viste sig at være 0.6 til 0.8 mm, hvilket er inden for det normale bearbejdningstoleranceområde. Den omgivende vægtykkelse var cirka 12 mm. Gashullerne var placeret ved tilførselsporten til portsystemet, og der var ingen problemer med fanget koldt materiale i enden. Derudover blev der arrangeret vandkølende strukturer inde i hullet for at forbedre kølingen af ​​det tykvæggede område og forhindre krympningsporøsitet. Yderligere analyse af produktets portsystem viste, at selvom der var en løber på denne position, var den direkte modsat produktets trækstolerance, som vist i figur 16. Dette blokerede aluminiumvæsken fra at fylde det lokale område, hvilket kan have forårsaget gashullerne i dette område på grund af utilstrækkelig fyldning.

 

For at afhjælpe den utilstrækkelige fyldning af aluminiumsvæsken, reducere den bevægelige form og ændre portsystemet, blev tilførslen ved det halve akselhul styrket. Metode 1 involverede udvidelse af den lokale løbeport til at overskride den tilsvarende trækmængde. Dette resulterede dog i, at produktet direkte ramte den faste formkernestift, hvilket fik kernestiften til at blive stødt og opvarmet, hvilket førte til krympningskaviteter omkring den og hyppige brud på kernestiften, hvilket øgede formfejlraten. Metode 2 involverede omgåelse af den faste formkernestift og den bevægelige formkernestift ved at tilføje en løber mellem dem og afbryde overløbet for at forhindre aluminiumsvæsken i at strømme direkte langs overløbet og forårsage tilbageløb og indespærring. Forbedringsforanstaltningerne er vist i figur 17.

Efter forbedring af porten og broen i henhold til metode 2 blev gashullerne i det halve skakthul betydeligt forbedret.

 

5 Konklusion

 

Gennem udviklingen af ​​støbeprocessen til bagdækslet til motorhuset i aluminiumslegering blev der valgt et muligt tilførselsskema baseret på produktets skillestruktur og tilførselsprincipper. Rationaliteten af ​​produktets tilførselsskema og tilførselssystem blev analyseret ved hjælp af numerisk simulering. Der blev truffet relevante foranstaltninger på formen for at forkorte projektudviklingscyklussen. Ved at sammenligne de problemer, der opstod under den faktiske produktion, med simuleringsresultaterne blev produktets tilførselssystem yderligere optimeret, formningsprocesforholdene blev forbedret, og kvaliteten af ​​støbegodset blev forbedret.