Ավտոմոբիլային շարժիչի բլոկների համար նախատեսված ալյումինե համաձուլվածքի բարձր ճնշման ձուլում (HPDC)

Բարձր-Ճնշման տակ ձուլման եղանակ Ալյումինե համաձուլվածքի (HPDC) սինթետիկ միացում ավտոմոբիլային շարժիչի բլոկների համար

Ավտոմոբիլային շարժիչային համակարգերի զարգացման գործում շարժիչի բլոկների արտադրության գործընթացը միշտ էլ կարևոր դեր է խաղացել: Որպես շարժիչի «սիրտը և կմախքը», բլոկը պետք է ոչ միայն դիմակայի բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման անընդհատ ազդեցությանը, այլև բավարարի թեթևացման և ջերմության անջատման արդյունավետության կրկնակի պահանջները: բարձր ճնշման ձուլման (HPDC) տեխնոլոգիա ճշգրտորեն լուծել է այս հակասությունը՝ դառնալով ժամանակակից մարդատար ավտոմեքենաների շարժիչի բլոկների արտադրության հիմնական լուծումը: Այս հոդվածը կանդրադառնա այս գործընթացի տեխնոլոգիական միջուկին, հիմնական ասպեկտներին և զարգացման միտումներին՝ բացահայտելով, թե ինչպես է այն վերաձևավորում ավտոմոբիլային շարժիչային համակարգերի արտադրական տրամաբանությունը:

Նյութի ընտրություն. Ինչու է ալյումինե համաձուլվածքը դարձել բլոկների արտադրության օպտիմալ լուծումը

Գլանային բլոկների նյութերի պատմության մեջ թուջը երկար ժամանակ գերիշխող դիրք է զբաղեցրել բարձր ամրության և ցածր գնի իր առավելությունների շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, համաշխարհային ավտոմոբիլային արդյունաբերության վառելիքի տնտեսման և ածխածնի արտանետումների խիստ պահանջների պատճառով, ալյումինե համաձուլվածքները, իրենց եզակի հատկություններով, առաջընթաց են գրանցել թուջի համեմատ: Տվյալները ցույց են տալիս, որ ալյումինե համաձուլվածքն ունի ընդամենը 2.7 գ/սմ³ խտություն, ինչը հանգեցնում է քաշի 20-30 կգ-ով կրճատման՝ թուջի համեմատ: Ավելին, մեքենայի քաշի 10% կրճատումը կարող է վառելիքի սպառումը կրճատել 6-8%-ով՝ ուղղակիորեն համապատասխանելով ինչպես նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների, այնպես էլ ավանդական բենզինով աշխատող տրանսպորտային միջոցների ընդհանուր կարիքներին:

Ավելի կարևոր է, որ ալյումինե համաձուլվածքը պարծենում է 150-200 Վտ/(մ·Կ) ջերմահաղորդականությամբ, որը երեք անգամ ավելի է, քան թուջինը։ Սա թույլ է տալիս արագ ջերմափոխանակում կատարել այրման խցիկից, արդյունավետորեն նվազեցնելով շարժիչի ջերմային բեռը և երկարացնելով հիմնական բաղադրիչների կյանքի տևողությունը։ Սակայն, ալյումինե համաձուլվածքի մի փոքր ավելի ցածր ամրությունը ավելի բարձր պահանջներ է դնում արտադրական գործընթացների վրա՝ բարձր-Ճնշման ձուլում, հալված մետաղի բարձր արագությամբ լցման և բարձր ճնշման տակ պնդացման միջոցով, փոխհատուցում է նյութի բնորոշ սահմանափակումները՝ հասնելով գլանային բլոկի բարդ կառուցվածքի և մեխանիկական հատկությունների միջև հավասարակշռության։

Արդյունաբերությունը սահմանել է համաձուլվածքների ընտրության հստակ տեխնիկական բնութագրեր: Համաձայն «Ավտոմոբիլային շարժիչների համար նախատեսված ալյումինե համաձուլվածքից գլանային բլոկների ձուլվածքների ընդհանուր տեխնիկական պահանջների»՝ ZL101A (ZAlSiMgA)-ն նախընտրելի ընտրություն է մուտքի մակարդակի մոդելների համար՝ իր գերազանց ձուլման և մեխանիկական հատկությունների շնորհիվ, որի ձգման ամրությունը գերազանցում է 295 ՄՊա-ն: Տուրբո լիցքավորմամբ և այլ բարելավված շարժիչների համար ZL111 (ZAlSi9Cu2Mg)-ը, պղնձի ամրացնող ազդեցության շնորհիվ, մեծացնում է ձգման ամրությունը մինչև 315 ՄՊա՝ բավարարելով բարձր ջերմաստիճանի և բարձր ճնշման պայմանների պահանջները: Այս համաձուլվածքների տեսակների խառնուրդների տարրերի պարունակությունը խստորեն սահմանափակ է. օրինակ՝ ZL101A-ի երկաթի պարունակությունը պետք է վերահսկվի 0.2%-ից ցածր՝ ձուլվածքում փխրուն արատներից խուսափելու համար:

Հիմնական գործընթաց. Բարձր ճնշման ձուլման չորս հիմնական ասպեկտների վերլուծություն

Ալյումինե համաձուլվածքի բարձր ճնշման ձուլման դեպքում գլանային բլոկը միանվագ ձևավորվում է՝ հալված մետաղը չափազանց բարձր արագությամբ և ճնշմամբ ձուլվածքի խոռոչի մեջ ներարկելով։ Դրա հիմնական գործընթացը կարելի է բաժանել չորս փուլի՝ ձուլման նախապատրաստում, բարձր արագությամբ լցոնում, բարձր ճնշման տակ պնդացում և ձուլվածքից հանում։ Յուրաքանչյուր փուլի պարամետրերի կառավարումը ուղղակիորեն որոշում է ձուլվածքի որակը։

1. Հալման և ձուլման նախապատրաստում. ճշգրիտ կառավարվող «մետաղական բաղադրատոմս»

Հալման և ձուլման փուլի միջուկը համաձուլվածքի բաղադրիչների ճշգրիտ համամասնությունների հասնելն ու հալված մետաղի մաքրության վերահսկումն է: Նախ, ալյումինե ձուլակտորների, սիլիցիումի և մագնեզիումի նման հումքները որոշակի համամասնությամբ ավելացվում են ինդուկցիոն վառարան և հալվում 650-720℃ ջերմաստիճանում: Միաժամանակ ավելացվում է տիտան՝ հատիկների չափը կատարելագործելու և ձուլման մեխանիկական հատկությունները բարելավելու համար: Այս գործընթացում գազազերծումը կարևորագույն նշանակություն ունի. իներտ գազային մաքրման կամ պտտվող գազազերծման սարքի միջոցով հալված մետաղում ջրածնի պարունակությունը կարելի է վերահսկել 0.15 մլ/100 գ-ից ցածր՝ ձուլման մեջ ենթամաշկային ծակոտկենությունը կանխելու համար:

Տարբեր տեսակի համաձուլվածքների համար կազմի վերահսկողությունը պետք է խստորեն համապատասխանի ստանդարտներին: Օրինակ՝ ZL108 (ZAlSi127Cu2Mg1)-ը, դրա մեջ սիլիցիումի պարունակությունը պետք է պահպանվի 11.0%-13.0%, իսկ պղնձի՝ 1.0%-2.0% մակարդակում: Սիլիցիումի չափազանց պարունակությունը կբարձրացնի ձուլվածքի փխրունությունը, մինչդեռ պղնձի անբավարար պարունակությունը կազդի ամրացման վրա: Հալված մետաղը պետք է անցնի կազմի առցանց փորձարկում. միայն փորձարկումը հաջողությամբ հանձնելուց հետո այն կարող է անցնել հաջորդ փուլ:

2. Բարձր արագությամբ լցոնում. Միլիվայրկյանային մակարդակի «Խոռոչի լցման արվեստ»

Բարձր արագությամբ լցոնումը հիմնական առանձնահատկությունն է, որը տարբերակում է բարձր ճնշման ձուլումը այլ գործընթացներից: Դրա նպատակն է ավարտել բարդ խոռոչների լրիվ լցոնումը, նախքան հալված մետաղի պնդանալը: Այս փուլի հիմնական պարամետրերն են ներարկման արագությունը և լցման ժամանակը. գլանային բլոկի ձուլման ներարկման արագությունը սովորաբար կարգավորվում է 30-100 մ/վրկ արագությամբ, մինչդեռ լցման ժամանակը պետք է սեղմվի մինչև 0.1-0.3 վայրկյան՝ ապահովելու համար, որ հալված մետաղը միաժամանակ հասնի խոռոչի բոլոր անկյուններին՝ խուսափելով սառը փակման թերություններից:

Ձուլվածքի դիզայնը ուղղակիորեն որոշում է լցման էֆեկտը: Գլանային բլոկի ձուլվածքները սովորաբար օգտագործում են բաժանող մակերեսի դիզայն, որը բարդ կառուցվածքներ, ինչպիսիք են ջրային պատյանները և յուղի խողովակները, առանձնացնում է շարժական և ֆիքսված ձուլվածքի կողմերին՝ միաժամանակ տեղադրելով բազմաթիվ միջանցքներ՝ հալված մետաղի բաշխված լցման համար: Օրինակ՝ Volkswagen EA888 շարժիչի գլանային բլոկը ցույց է տալիս, որ դրա ձուլվածքն ունի վեց սիմետրիկորեն բաշխված միջանցքներ, որոնք ստեղծում են միատարր ջերմաստիճանային դաշտ գլանների անցքերի շուրջ և նվազեցնում անհավասար սառեցման հետևանքով առաջացած դեֆորմացիան:

3. Բարձր ճնշման կարծրացում. «Արդյունավետության բարելավման քայլ»՝ խտությունը մեծացնելու համար

Հալված մետաղը լցնելուց հետո համակարգը անմիջապես կիրառում է 20-200 ՄՊա պահող ճնշում, որը պահպանվում է մինչև ձուլվածքի լիակատար կարծրացումը: Այս բարձր ճնշումը զգալիորեն նվազեցնում է ծավալային կծկումը կարծրացման ընթացքում, ինչի արդյունքում ստացվում է ավելի խիտ ձուլվածքային կառուցվածք՝ ծակոտկենությամբ, որը վերահսկվում է 3%-5% սահմաններում: Գլանային բլոկի կարևոր բաղադրիչների, ինչպիսիք են գլանային անցքը և գլխավոր կրող պատյանը, համար տեղական պահող ճնշումը կարող է մեծացվել մինչև 150 ՄՊա-ից ավելի՝ այդ լարվածություն կրող տարածքների մեխանիկական հատկություններն ապահովելու համար:

Սառեցման համակարգի նախագծումը նույնպես կարևոր է: Ձուլվածքի ներսում ներդրված ջրային սառեցման ալիքները պետք է ճշգրտորեն համապատասխանեն ձուլվածքի տաք կետերին, և տարբեր հատվածներում սառեցման արագությունը կարգավորվում է սառեցման ջրի հոսքը կարգավորելով: Օրինակ, գլանի անցքի շուրջ օգտագործվում են պարուրաձև սառեցման ալիքներ՝ միատարր սառեցում ապահովելու համար, մինչդեռ սառեցման ներդիրները ավելացվում են հաստ պատերով հատվածներին, ինչպիսիք են եզրերը,՝ կծկման թերությունները կանխելու համար:

4. Ձուլվածքի քանդում և հետագա մշակում. մանրամասները որոշում են վերջնական որակը

Ձուլվածքի պնդացումից հետո կաղապարը առանձնանում է արտանետիչ մեխանիզմի ազդեցությամբ: Արտանետիչ քորոցները պետք է հավասարաչափ լարվեն՝ ձուլվածքի դեֆորմացիան կանխելու համար, իսկ արտանետիչ քորոցի բարձրության սխալը պետք է վերահսկվի -0.3 մմ-ից մինչև +0.5 մմ միջակայքում: Ձուլվածքից հանելուց հետո կաղապարը անցնում է մի շարք հետմշակման քայլերի. Նախ, բարձրացնողները, խողովակները և լարերը հանվում են՝ ապահովելու համար, որ բաժանման գծի բարձրությունը չգերազանցի 0.5 մմ-ը, ապա՝ T6: Ջերմային մշակում (լուծույթ + արհեստական ​​​​հնեցում) իրականացվում է՝ օգտագործելով 530℃ լուծույթային մշակում և 170℃ հնեցման մշակում՝ ալյումինե համաձուլվածքի ձգման ամրությունը ավելի քան 30%-ով մեծացնելու համար։

Վերջապես, Ձուլման մակերես ենթարկվում է կրակոցային մշակման՝ օքսիդային նստվածքը հեռացնելու համար, իսկ ներքին խոռոչը մաքրվում է բարձր ճնշման տակ՝ մնացորդային օքսիդային խարամը հեռացնելու համար՝ ապահովելով, որ ջրի խոռոչի մաքրությունը համապատասխանի պահանջներին. 6-գլանային բլոկի ջրային խոռոչում խառնուրդների քաշը պետք է վերահսկվի 4500 մգ-ի սահմաններում, իսկ յուղի մեջ ընկղմված ներքին խոռոչում խառնուրդների քանակը չպետք է գերազանցի 18 մգ-ը։

Որակի վերահսկողություն. լիարժեք գործընթացային ստուգման համակարգ՝ զրոյական թերությունների նպատակի ներքո

Շարժիչի բլոկի որակը անմիջականորեն որոշում է ավտոմոբիլային շարժիչի հուսալիությունը, հետևաբար, արդյունաբերությունը սահմանել է համապարփակ ստուգման ստանդարտ, որը ներառում է մակերեսը, ներքին կառուցվածքը և չափերը: Մակերեսի որակի վերաբերյալ, հիմնական տարածքները, ինչպիսիք են գլանային բլոկի մշակված դիրքավորման մակերեսները և գլանային անցքի մշակված մակերեսները, չպետք է ունենան որևէ տեսանելի անցքեր կամ ճաքեր: Ոչ կրիտիկական տարածքներում 5 մմ շառավղով թույլատրվում է ոչ ավելի, քան մեկ 0.5 մմ անցք:

Ներքին արատների հայտնաբերումը հիմնականում հիմնված է ոչ դեստրուկտիվ փորձարկման տեխնիկայի վրա. ռենտգենյան ստուգումն օգտագործվում է ձուլվածքի ներսում ծակոտկենության և կծկման խոռոչների հայտնաբերման համար, որը պահանջում է, որ ամբողջությամբ վերացվի 0.5 մմ-ից մեծ տրամագծով ծակոտկենությունը. ուլտրաձայնային փորձարկումը թիրախավորում է լարվածություն կրող բաղադրիչները, ինչպիսիք են հիմնական կրող պատյանը, մինչև 20 մմ հայտնաբերման խորությամբ՝ միկրոճաքերի բացակայությունն ապահովելու համար: Ջրային պատյանների և յուղի անցուղիների համար, որոնք ունեն չափազանց բարձր կնքման պահանջներ, անհրաժեշտ է օդամեկուսացման փորձարկում՝ պահպանելով ճնշումը 0.5 ՄՊա մակարդակում 30 վայրկյան, արտահոսքի արագությունը չպետք է գերազանցի 5 մլ/րոպե:

Չափերի ճշգրտության վերահսկողությունը նույնքան խիստ է: Գլանային բլոկի չափերի շեղումները պետք է համապատասխանեն GB/T 6414 ստանդարտին, գլանային անցքի կլորության սխալը պետք է վերահսկվի 0.01 մմ-ի սահմաններում, իսկ շարժիչի լիսեռի անցքի համակցվածության սխալը չպետք է գերազանցի 0.02 մմ-ը: Այս ստուգման կետերը սովորաբար ավտոմատացված են կոորդինատային չափիչ մեքենայի (CMM) միջոցով, որտեղ յուրաքանչյուր գլանային բլոկի ստուգման համար պահանջվում է մոտ 15 րոպե, ապահովելով, որ յուրաքանչյուր արտադրանք համապատասխանի ստանդարտներին:

Տեխնոլոգիական նորարարություն. Բարձր ճնշման ձուլման ապագա զարգացման ուղղությունը

Քանի որ ավտոմոբիլային արդյունաբերության պահանջարկը ինտեգրված և թեթև բաղադրիչների նկատմամբ աճում է, ալյումինե համաձուլվածքի բարձր ճնշման ձուլում Տեխնոլոգիան առաջընթաց է գրանցում երկու ուղղությամբ՝ գործընթացի կատարելագործում և սարքավորումների արդիականացում: Վակուումային ձուլման տեխնոլոգիան ձուլվածքների ծակոտկենությունը նվազեցնում է մինչև 0.5%-ից ցածր՝ կաղապարի խոռոչի մեջ վակուում ներքաշելով, լուծելով ավանդական բարձր ճնշման ձուլման անկարողության խնդիրը՝ ջերմային մշակումով ամրացնելու համար, և կիրառվել է բարձրակարգ մոդելների համար գլանային բլոկների արտադրության մեջ: Կիսամածուցիկ ձուլումը հետագայում բարելավում է ձուլվածքների խտությունը՝ հալված մետաղը սառեցնելով մինչև պինդ-հեղուկ համակեցության վիճակ, վերահսկելով ծակոտկենությունը մինչև 0.3% սահմաններում, սակայն դրա բարձր արժեքը ներկայումս սահմանափակում է այն ավիատիեզերական և բարձրակարգ ավտոմոբիլային ոլորտներով:

Սարքավորումների առումով, գերմեծ չափսի ձուլման մեքենաների կիրառումը հնարավորություն է տվել ինտեգրված ձուլել գլանային բլոկները և փոխանցման տուփի պատյանները: Tesla Model Y-ում օգտագործվող 6000T չափսի ձուլման մեքենան կարող է մեկ գործընթացով ձևավորել շարժիչի պատյանը, որը սկզբնապես կազմված էր մի քանի մասերից: Սա ոչ միայն կրճատում է եռակցման քայլերը, այլև ավելի քան 10%-ով նվազեցնում է բաղադրիչների քաշը և կրճատում արտադրական ցիկլը մինչև 80-120 վայրկյան: Industry 4.0 տեխնոլոգիայի ինտեգրումը հնարավորություն է տալիս ինտելեկտուալ վերահսկել գործընթացը: Սենսորների միջոցով իրական ժամանակում հավաքելով տվյալներ, ինչպիսիք են հալման ջերմաստիճանը և ներարկման ճնշումը, արհեստական ​​բանականության ալգորիթմները կարող են դինամիկ կերպով կարգավորել գործընթացի պարամետրերը՝ բարձրացնելով ձուլման արտադրողականությունը 85%-ից մինչև ավելի քան 95%:

Եզրակացություն. Գործընթացային նորարարությունը շարժիչային համակարգերի ապագան է որոշում

Ալյումինե համաձուլվածքների բարձր ճնշման ձուլման տեխնոլոգիայի հասունությունը ոչ միայն լուծել է թեթև և բարձր ամրության շարժիչի բլոկների միջև եղած հակասությունը, այլև նպաստել է ավտոմեքենաների արտադրության վերափոխմանը «բաղադրիչների հավաքումից» դեպի «ինտեգրված ձուլում»: Համաձուլվածքների ճշգրիտ կազմից մինչև ինտելեկտուալ գործընթացների կառավարում, տեխնոլոգիական առաջընթացները բոլոր ասպեկտներում նպաստում են ավտոմոբիլային արդյունաբերության ցածր ածխածնային և բարձր արդյունավետության զարգացմանը: Նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցների տարածման հետ մեկտեղ, շարժիչի բլոկների արտադրությունը կբախվի ավելի բարձր ինտեգրման պահանջների, և բարձր ճնշման ձուլման տեխնոլոգիան կշարունակի գրել ավտոմոբիլային շարժիչային համակարգերի էվոլյուցիոն պատմությունը՝ այլ գործընթացների հետ ինտեգրման միջոցով:

Կայք՝https://www.htprecisioncast.com/

Էլ․ հասցե՝hantai@zjhantai.cn

WhatsApp-ը։+86 13516964051