Znanje - Sanxin

Razvijen je proces lijevanja pod pritiskom zadnjeg poklopca kućišta motora od aluminijske legure. U ranoj fazi, klizač je bio razumno raspoređen u skladu sa strukturom proizvoda, a analiza punjenja i skrućivanja sistema ulijevanja provedena je korištenjem softvera za numeričku simulaciju. Tokom stvarnog proizvodnog procesa, utvrđeno je da je teško eliminirati otvore za plin u odljevcima. U skladu sa strukturom proizvoda, usvojena su različita rješenja za različita područja. Za otvore za plin u području tankih stijenki na kraju proizvoda gdje se nije mogao postaviti lonac za trosku, korišteni su ispušni umetak i povećanje debljine stijenke kako bi se poboljšala fluidnost aluminijske tekućine; za otvore za gusti plin u području debelih stijenki na kraju sistema ulijevanja, hlađenje je pojačano kako bi se ubrzalo lokalno skrućivanje i povećala debljina gustog sloja na površini proizvoda; za otvore za plin u području debelih stijenki na otvoru za dovod, analiziran je sistem ulijevanja i lokalno je pojačano dovod itd. Rezultati probne proizvodnje pokazuju da su ukupni otvori za plin proizvoda poboljšani korištenjem optimizirane sheme, a stopa otpada je smanjena. Ključne riječi: Zadnji poklopac kućišta motora; Proces lijevanja pod pritiskom; Numerička simulacija

 

Zadnji poklopac kućišta motora je važna komponenta u sistemu pogona novih energetskih vozila [1-3]. Njegova glavna funkcija je da podupire rotor motora i fiksira stator motora, a istovremeno spriječi ulazak vanjskih tvari poput prašine i vodene pare u motor. Stoga postoje određeni zahtjevi za strukturnu čvrstoću i hermetičku nepropusnost proizvoda. Istovremeno, položaj otvora za ležaj proizvoda usvaja lokalne umetke nakon oblikovanja, a kalup mora uzeti u obzir pozicioniranje i presovanje umetaka, što povećava poteškoće u izradi kalupa i otklanjanju grešaka u proizvodnom procesu. Stoga je vrlo važno osigurati stabilnu proizvodnju kalupa kroz rano projektovanje i kasnije poboljšanje procesa kalupa.

 

 

1. Zahtjevi za strukturu i razvoj odljevaka

 

Krajnji poklopac kućišta motora novog energetskog vozila prikazan je na Slici 1. Dio ima konturnu veličinu od 397.98 mm × 91.48 mm × 286.46 mm, težina lijevanog kalupa od 5.71 kg, prosječna debljina stijenke od 8.06 mm i projektovana površina od 74,759 mm²Materijal za odlivak je aluminijumska legura ADC12. Ukupna debljina stijenke odlivka je relativno debela, sa maksimalnom debljinom stijenke od 33 mm i minimalnom debljinom stijenke od 4 mm, a debljina stijenke je neravnomjerna. Položaj komore ležaja proizvoda usvaja lokalne umetke, a materijal umetka je čelik 45#, koji je kaljen i otpušten, sa tvrdoćom (HRC) od 24-30. Sve vanjske dimenzije proizvoda moraju ispunjavati zahtjeve za montažu crteža. Površina za spajanje motora i površina za ugradnju poklopca kutije za ožičenje imaju zahtjeve za brtvljenje. Otvor za ležaj i otvor za poluosovinu ugrađuju rotor motora, a postoje određeni zahtjevi za izložene otvore za plin nakon obrade. Osim toga, ne smije biti očiglednih tragova paljenja ili ogrebotina na uglovima, a proizvod ne smije imati neravnine ili bljeskove. Proizvod zahtijeva ispitivanje nepropusnosti za zrak, a specifični zahtjevi za nepropusnost za zrak su: ispitni pritisak je 22 kPa, a dozvoljeno curenje je <5 mL/min.

 

 

2. Razvoj i dizajn kalupa

 

2.1 Dizajn linije razdvajanja proizvoda

 

Prema analizi strukture proizvoda, odabrana je odgovarajuća linija razdvajanja pokretnih i fiksnih kalupa. Osim toga, strana proizvoda se vadi iz kalupa u dva smjera, tako da kalup treba biti dizajniran s dva klizača za izvlačenje jezgre radi razdvajanja. Linija razdvajanja pokretnih i fiksnih kalupa i linija razdvajanja klizača proizvoda prikazane su na slici 2.

 

 

 

2.2 Analiza debljine stijenke proizvoda

 

Analiza debljine stijenke zadnjeg poklopca kućišta motora prikazana je na slici 3. Prema debljini stijenke proizvoda, analiza je provedena na strani fiksnog kalupa. Lijeva strana ima malu površinu s relativno debelom debljinom stijenke, a desna polovina ima relativno veliku ukupnu debljinu stijenke (vidi sliku 3a). Analizirano na strani pokretnog kalupa, pokretni kalup ima generalno rebrastu strukturu, a rebra debelih stijenki su uglavnom na lijevoj strani (vidi sliku 3b). Stoga je debljina stijenke proizvoda na obje strane izuzetno neravnomjerna. Da bi se osiguralo dovoljno aluminijskog materijala za punjenje na poziciji debljine stijenke, raspored kapije na poziciji debljine stijenke treba ojačati.

 

 

2.3 Dizajn sistema za zatvaranje

 

Fokus dizajna sistema za utiskivanje je odabir zatvarača. Generalno, položaj i oblik zatvarača treba odrediti prema obliku, strukturi i zahtjevima preciznosti odlivka [4]. Na osnovu strukturne analize proizvoda, proizvod se može dovoditi sa strane klizača 1 i njegove suprotne strane. Međutim, uzimajući u obzir kritične položaje proizvoda, osim površine za spajanje motora na koju ne utiče cijeli obod proizvoda, otvori za ležajeve i otvori za poluosovine su daleko od strane klizača 1, a površina za ugradnju poklopca razvodne kutije nalazi se na stražnjoj strani klizača na strani kalupa koji se kreće i na nju utiče blokiranje materijala klizača 1. Stoga je kapija postavljena na suprotnoj strani klizača 1 kako bi se osiguralo da je položaj za punjenje blizu otvora za ležajeve i otvora za poluosovine, a površina za ugradnju poklopca razvodne kutije nije pod uticajem blokiranja materijala klizača 1. Raspored unutrašnjih kapija je sljedeći: 4 unutrašnja vrata su postavljena na obrađenoj čeonoj površini na suprotnoj strani klizača 1, a 1 unutrašnja kapija je postavljena na svakoj od neobrađenih pozicija sa obje strane kako bi se poboljšalo punjenje sa obje strane. Istovremeno, most se postavlja u sredini vanjskog kružnog otvora proizvoda za prolazak materijala. Konačni dizajn sistema za ugradnju prikazan je na slici 4.

 

Usvojena je analiza simulacije magme, a početni uslovi za analizu toka u kalupu prikazani su u Tabeli 1. pQ dijagram je korišten za provjeru racionalnosti relevantnih procesa, a relevantne postavke procesa su razumne, kao što je prikazano na Slici 5.

 

Proces punjenja cijelog odlivka simuliran je i analiziran pomoću programa Magma, kao što je prikazano na slici 6. Može se vidjeti da kada se aluminijska tekućina puni 2.604 s, metalna tekućina iz dva unutarnja zatvarača blizu glavnog kanala prvo ispunjava šupljinu (vidi sliku 6a); kada se puni 2.625 s, svi unutarnji zatvarači počinju ispunjavati šupljinu (vidi sliku 6b); kada se puni 2.658 s, cijeli odlivak je napunjen (vidi sliku 6c). Tokom cijelog procesa punjenja, vrijeme punjenja metalne tekućine kroz unutarnje zatvarače je 44 ms, a metalna tekućina u položaju debelog zida proizvoda se prva puni, bez nedostatka punjenja. Sistem zatvarača ispunjava zahtjeve punjenja proizvoda.

 

Ukupna raspodjela pritiska gasa odlivka prikazana je na Slici 7. Područja sa višim vrijednostima pritiska gasa nalaze se u posudi za trosku i prelivnom otvoru sistema za ulivanje i debelozidnim rebrima proizvoda, što ukazuje na to da postoji veća mogućnost poroznosti u tim položajima. Proces skrućivanja proizvoda prikazan je na Slici 8. Može se vidjeti da se 3 s nakon završetka punjenja, nekoliko rubova skrući (vidi Sliku 8a); 12 s nakon završetka punjenja, većina se stvrdnula (vidi Sliku 8b); položaji sporog skrućivanja su debelozidna područja proizvoda.

 

Prema rezultatima simulacije, može se vidjeti da ovaj sistem ulivanja u osnovi može postići punjenje šupljine aluminijskim materijalom. Istovremeno, pritisak gasa je uglavnom koncentrisan u posudi za trosku i nekim lokalnim neobrađenim rebrima proizvoda. Prethodno je odlučeno da se odabere ova shema ulivanja i drenaže. Osim toga, zbog relativno velike ukupne debljine stijenke proizvoda i neravnomjerne raspodjele debljine stijenke, dolazi do lokalnog neujednačenog hlađenja, što se može koristiti kao referenca za projektovanje sistema hlađenja kalupa.

 

2.4 Dizajn transporta vode kroz kalup

 

Rashladna voda se postavlja u područje debelih zidova odlivka kako bi se osigurao efekat hlađenja područja debelih zidova i izbjegla pojava poroznosti i šupljina usljed skupljanja u ovom području. Periferija proizvoda usvaja direktan transport rashladne vode, a za ostale položaje je predviđeno tačkasto hlađenje. Istovremeno, tačkasti igličasti rashladni klinovi se koriste za jezgrene igle prečnika ϕ5 mm ili više. Konačni sistem hlađenja prikazan je na slici 9.

 

3 Probni proizvodni proces lijevanja pod pritiskom i problemi

 

U skladu s konstrukcijskim usklađivanjem kalupa, za proizvodnju je korištena Idra mašina za livenje pod pritiskom od 16,000 kN. Prečnik bušilice je odabran na 120 mm, a efektivni hod ubrizgavanja je bio 620 mm. Masa tečnog aluminijuma koja prolazi kroz unutrašnji otvor bila je 6.15 kg. Teoretski položaj velike brzine postavljen je na 380 mm, brzina visine bušilice za ubrizgavanje bila je 4 m/s, a položaj pritiska postavljen je na 560 mm. Ovo su korišteni kao osnovni parametri za otklanjanje grešaka i proizvodnju. Oprema koja prati mašinu bila je potpuno automatska proizvodna oprema, što je moglo efikasno osigurati stabilnost proizvodnog procesa. Tokom stvarnog otklanjanja grešaka u proizvodnji, položaj velike brzine je odgovarajuće podešen kako bi se provjerio kvalitet proizvoda. Konačno, kada je položaj velike brzine bio 420 mm, brzina velike brzine 4.2 m/s, a položaj pritiska 560 mm, kvalitet proizvoda je bio idealan. Međutim, rendgenskom detekcijom nedostataka utvrđeno je da u nekim lokalnim područjima još uvijek postoji nestabilna poroznost. Stanje poroznosti proizvoda prikazano je na slici 10. Standard za unutrašnje rupe uzrokovane skupljanjem plinom u proizvodu: Na poziciji 1, debljina stijenke na kraju odljevka je manja od 9.5 mm; na pozicijama od 2 do 4, lokalna debljina stijenke prelazi 9.5 mm, a lokalni standard je u skladu sa standardom razreda 2 za debljinu stijenke aluminijske legure i rupe za plin. Standard izgleda nakon obrade: Na pozicijama 1 i 4, ne postoji ograničenje za broj nepovezanih rupa za plin manje od ϕ0.25 mm, a za nepovezane rupe manje od ϕ2 mm.×2 mm dubine, ne više od 2 na 100 mm dužine; na pozicijama 2 i 3, nema ograničenja za broj nepovezanih otvora za plin manjih od ϕ0.25 mm, a za nepovezane otvore manjih od ϕ1 mm×1 mm dubine, nema više od 2 na 100 mm dužine. Može se vidjeti da je standard izgleda nakon obrade stroži od internog standarda. Nakon proizvodnje u ovom stanju i CNC inspekcije obrade, utvrđeno je da su plinske rupe otkrivene rendgenskim snimcima djelomično izložene nakon obrade (vidi sliku 11), tako da je potrebno daljnje poboljšanje plinskih rupa proizvoda.

 

 

4. Poboljšanje problema probne proizvodnje

4.1 Poboljšanje otvora za plin na bočnom zidu kvadratnog otvora

 

Lokalna struktura kvadratnog otvora prikazana je na slici 12. Kvadratni otvor se nalazi na poziciji vodenog repa sistema za lijevanje i ubrizgavanje, u sredini proizvoda. Lokalna debljina stijenke kvadratnog otvora je 2.8 mm. Zbog nemogućnosti rasporeda paketa troske oko kvadratnog otvora, lokalni plin je teško ispustiti. Istovremeno, debljina stijenke proizvoda je relativno tanka u poređenju s ukupnim proizvodom, tako da je lokalna fluidnost aluminijskog materijala relativno slaba i vjerovatno je da će doći do nakupljanja hladnog materijala. Da bi se riješio ispuh i smanjilo nakupljanje hladnog materijala, analizirano je da je korištenje paketa troske za ispuh i uklanjanje troske najefikasnija metoda. Zbog ograničenja strukture proizvoda, nemoguće je direktno dodati pakete troske, pa je usvojeno sveobuhvatno rješenje. Slika 13 prikazuje mjere poboljšanja za otvore za plin na bočnom zidu kvadratnog otvora. Mjera 1 je izvršiti obradu rezanjem i umetanjem na bočnom zidu gdje su otvori za plin izloženi nakon obrade (vidi sliku 13a), koristeći spojnu površinu umetka kalupa za ispuh; Mjera 2 je podebljavanje lokalne debljine stijenke na 3.8 mm (vidi sliku 13b), čime se poboljšava fluidnost aluminijskog tekućeg punjenja i smanjuje lokalno nakupljanje hladnog materijala. Nakon implementacije sveobuhvatnih mjera, utvrđeno je da su lokalni otvori za plin dobro poboljšani i da ispunjavaju zahtjeve kvalitete proizvoda.

 

 

4.2 Poboljšanje otvora za plin na spojnoj površini motora

 

Otvori za plin na pozicijama 2 i 3 nalaze se na istoj površini proizvoda, kao što je prikazano na slici 14, i nalaze se na strani vodenog repa sistema za lijevanje i ubrizgavanje proizvoda, što je također pozicija s relativno debelim zidom. Za pozicije s debelim zidom proizvoda, lokalno očvršćavanje je uglavnom sporije. Kada se okolni tanki zidovi očvrsnu, lokalni kanal za dovod se prekida i vjerovatno će doći do unutrašnje poroznosti usljed skupljanja. Osim toga, prema proizvodnji, kvalitet unutrašnjih otvora za plin ispunjava standardne zahtjeve, ali izloženost otvora za plin zbog obrade ne ispunjava standard. Stoga je smjer poboljšanja uglavnom izbjegavanje izloženosti. Za problem izloženih otvora za plin na površini za obradu i na vodenom repu, mrežasti uzorak na površini plovka može igrati ulogu u ispuhu i uklanjanju hladnog materijala. Metoda poboljšanja 1 je dodavanje mrežastog uzorka na lokalnoj čeonoj površini, ali efekat poboljšanja nije očigledan. Stoga je za poroznost usljed skupljanja u poziciji s debelim zidom potrebno lokalno povećati ekstruziju. Kada proizvod nije potpuno očvrsnuo, za dovod se koriste ekstruzijski klinovi. Ova metoda je teoretski izvodljiva, ali gusti otvori za plin u proizvodu su relativno raspršeni, te jedna ekstruzijska igla ne može pokriti cijelu površinu, dok višestruki ekstruzijski klinovi nisu praktični. Stoga ovo rješenje nije izvodljivo. S obzirom na korištenje lokalnog smanjenja temperature kalupa, metoda poboljšanja 2 je dodavanje tačkastog hlađenja na izloženoj čeonoj površini kako bi se poboljšalo lokalno hlađenje i skrućivanje, smanjila lokalna poroznost skupljanja i istovremeno snizila temperatura površine kalupa kako bi se stvorio deblji gusti sloj na površini proizvoda, čime se smanjuje rizik od izloženosti tokom obrade. Slika 15 prikazuje mjere poboljšanja za otvore za plin na spojnoj površini motora. Nakon usvajanja metode 2, poboljšan je unutrašnji kvalitet proizvoda, a riješen je problem izloženih otvora za plin tokom obrade, čime su ispunjeni zahtjevi kvaliteta obrade proizvoda.

4.3 Poboljšanje otvora za plin u otvoru poluosovine​​​​​​​

Pregledani su otvori za plin na poziciji obrade 4. Utvrđeno je da je dodatak za obradu proizvoda od 0.6 do 0.8 mm, što je unutar normalnog raspona dodataka za obradu. Debljina okolnog zida bila je približno 12 mm. Otvori za plin nalazili su se na dovodnom otvoru sistema za ulijevanje, i nije bilo problema sa zarobljenim hladnim materijalom na kraju. Pored toga, unutar otvora su postavljene strukture za hlađenje vodom kako bi se poboljšalo hlađenje područja debelih zidova i spriječila poroznost usljed skupljanja. Daljnja analiza sistema za ulijevanje proizvoda otkrila je da iako je na ovoj poziciji postojao klizač, on je bio direktno nasuprot dodatku za proklizavanje proizvoda, kao što je prikazano na slici 16. Ovo je spriječilo da aluminijska tekućina ispuni lokalno područje, što je moglo uzrokovati otvore za plin u tom području zbog nedovoljnog punjenja.

 

Kako bi se riješio problem nedovoljnog punjenja aluminijske tekućine, smanjio pokretni kalup i modificirao sistem usisavanja, pojačano je punjenje na poziciji otvora poluosovine. Metoda 1 uključivala je proširenje lokalnog usisavača kako bi se premašio odgovarajući dodatak za propuh. Međutim, to je rezultiralo direktnim udarom proizvoda u fiksni klin jezgre kalupa, uzrokujući udar i zagrijavanje klina jezgre, što je dovelo do šupljina uslijed skupljanja oko njega i čestog loma klina jezgre, povećavajući stopu kvara kalupa. Metoda 2 uključivala je zaobilaženje fiksnog klina jezgre kalupa i pokretnog klina jezgre kalupa dodavanjem klina između njih i isključivanjem preljeva kako bi se spriječilo da aluminijska tekućina direktno teče duž preljeva i uzrokuje povratni tok i zarobljavanje. Mjere za poboljšanje prikazane su na slici 17.

Nakon poboljšanja kapije i mosta prema Metodi 2, značajno su poboljšani otvori za plin u otvoru poluosovine.

 

Zaključak 5

 

Razvojem procesa lijevanja pod pritiskom za zadnji poklopac kućišta motora od aluminijske legure, odabrana je izvodljiva shema punjenja na osnovu strukture odvajanja proizvoda i principa punjenja. Racionalnost sheme punjenja proizvoda i sistema ulijevanja analizirana je korištenjem numeričke simulacije. Na kalupu su poduzete relevantne mjere kako bi se skratio ciklus razvoja projekta. Poređenjem problema koji su se pojavili tokom stvarne proizvodnje s rezultatima simulacije, sistem ulijevanja proizvoda je dodatno optimiziran, poboljšani su uslovi procesa oblikovanja i poboljšan je kvalitet odlivaka.