Cause e misure di miglioramento della formazione di cricche nei mozzi delle ruote in alluminio colato a bassa pressione

colata a bassa pressione Può raggiungere un alto grado di meccanizzazione e automazione, aumentare la produttività (10 ~ 15 tipi / h), può anche ridurre molti fattori umani negativi nel processo di produzione, migliorare il tasso di prodotti finiti, riducendo notevolmente l'intensità di lavoro dei lavoratori. Tuttavia, la qualità dei getti a bassa pressione dipende dal piano di processo, dai parametri di processo, dalla struttura dello stampo e dal funzionamento manuale e da altri fattori; qualsiasi progettazione irragionevole o funzionamento improprio del collegamento può portare a difetti di colata a bassa pressione. La generazione di cricche delle ruote in alluminio è un fattore importante che influisce sui costi di produzione e sulla produttività delle imprese. Per questo motivo, è particolarmente importante discutere le cause delle cricche nelle ruote in alluminio colate a bassa pressione. In seguito, discuterò con voi della colata a bassa pressione in Cina. alluminio Formazione di cricche sulle ruote degli autoveicoli e misure per eliminarle.

Che cos'è una ruota di colata a bassa pressione?

Le ruote per colata a bassa pressione sono prodotte con la tecnologia della colata a bassa pressione per garantire alta densità, alta resistenza e un buon controllo della qualità. Il processo inietta una lega liquida in uno stampo a bassa pressione, dove la lega si raffredda e si solidifica. La colata a bassa pressione produce ruote ad alta densità, struttura omogenea, buona resistenza e tenacità ed è adatta alla produzione di massa.

Il processo di produzione è suddiviso in diverse fasi: innanzitutto, la lega liquida viene iniettata nello stampo; successivamente, la lega viene raffreddata e solidificata; infine, la ruota viene completata attraverso i processi di trattamento termico, finitura e verniciatura. Questo processo riduce le bolle d'aria e le impurità, migliora la resistenza e la precisione e aumenta la sicurezza della ruota.

insieme acolata gravitazionaleLa colata a bassa pressione è più efficiente e produce prodotti di qualità migliore rispetto alla colata a bassa pressione. La colata a gravità si basa sulla forza di gravità per far fluire il metallo, il che può portare a una distribuzione non uniforme, compromettendo la qualità e la sicurezza. La colata a bassa pressione controlla il flusso della lega di alluminio applicando una pressione, garantendo precisione e resistenza della ruota.

Di conseguenza, le ruote fuse a bassa pressione stanno diventando sempre più importanti nella produzione automobilistica, garantendo alta efficienza, qualità e sicurezza.

Vantaggio tecnologico della ruota di colata a bassa pressione e rimodellamento del valore industriale

​La rivoluzione della produzione di precisione guidata dall'automazione meccanica

La tecnologia di colata a bassa pressione, grazie a un elevato grado di meccanizzazione e automazione, ha raggiunto una capacità produttiva stabile di 10-15 pezzi all'ora, superiore di circa 30% rispetto all'efficienza della tradizionale colata per gravità. Il suo principio fondamentale è l'utilizzo di gas a bassa pressione (0,02-0,08MPa) per premere le leghe di alluminio liquide nelle cavità dello stampo in modo fluido, evitando così i problemi di gas arrotolato e scorie ossidate, causati dal flusso libero del metallo liquido nella colata per gravità. Prendendo come esempio un progetto di produzione di massa di ruote per veicoli a energia nuova, grazie all'introduzione di una linea di colata a bassa pressione completamente automatica, la resa del prodotto è passata da 82% a 96%, mentre il costo della manodopera è stato ridotto di 45%. La combinazione di un sistema di controllo ad anello chiuso della temperatura dello stampo e di sensori di pressione intelligenti ha permesso di affinare la grana interna della colata a livello di micron, e la durata della fatica da flessione dinamica del mozzo della ruota ha superato 1.000.000 di cicli, soddisfacendo pienamente i requisiti di leggerezza e sicurezza dei veicoli di fascia alta. Questo soddisfa pienamente la duplice esigenza di leggerezza e sicurezza dei modelli di fascia alta.

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Diagnosi interdisciplinare delle cause di cricca nelle ruote per colata a bassa pressione

​Correlazione profonda tra morfologia delle cricche e meccanismi di rottura

Nel processo di produzione delle ruote in lega di alluminio, la formazione di cricche è spesso il risultato dell'accoppiamento di più fattori, come le proprietà del materiale, la progettazione strutturale e i parametri di processo. In base all'analisi della meccanica della frattura, le cricche delle ruote possono essere suddivise in tre tipi principali:

1. ​Cricche termiche (difetti di solidificazione)Si verifica soprattutto in corrispondenza della giunzione raggio-cerchio e si manifesta come una cricca reticolare distribuita lungo i confini dei grani. L'essenza è che il metallo liquido residuo tra lo scheletro dendritico al termine della solidificazione non è in grado di resistere alle sollecitazioni di contrazione e i casi tipici mostrano che la probabilità di cricche termiche aumenta di 60% quando la velocità di raffreddamento locale supera i 4°C/s.
2. ​Cricca a freddo (sollecitazione meccanica)La frattura si trova comunemente alla radice della flangia del mozzo e mostra le tipiche caratteristiche della frattura fragile. L'analisi dei guasti di un mozzo di un veicolo commerciale ha mostrato che il metallo solidificato rimasto nel tubo di sollevamento durante la sformatura ha causato una sollecitazione di trazione superiore a 200 MPa, che ha innescato direttamente una cricca penetrante.
3. ​Cricche da corrosione sotto sforzo (interazione ambientale)In ambienti costieri ad alta umidità, le tensioni residue all'interno del mozzo agiscono sinergicamente con gli ioni cloruro per provocare una lenta espansione delle cricche lungo i confini dei grani. Tali cricche mostrano una distintiva morfologia di biforcazione dendritica nell'osservazione al microscopio.

​Analisi sistematica dei fattori chiave della fratturazione

1. Amplificazione meccanica dei difetti di progettazione strutturale

• ​Concentrazione delle sollecitazioni negli angoli acutiSe il raggio del filetto interno nella regione di transizione dei raggi è inferiore a 3 mm, il fattore di concentrazione delle sollecitazioni (Kt) può raggiungere 3,5-4,2, superando di gran lunga il limite di snervamento della lega di alluminio A356-T6 (220 MPa). I dati di simulazione di una ruota sportiva mostrano che, dopo aver ottimizzato l'angolo R da 2 mm a 5 mm, la sollecitazione massima equivalente si riduce da 315 MPa a 185 MPa.
• ​Effetto di mutazione dello spessore della pareteQuando la differenza di spessore delle pareti tra aree vicine supera 3:1, il gradiente di sollecitazione termica generato durante il processo di raffreddamento può superare il limite di resistenza alla trazione del materiale. Il caso di frattura di un mozzo di ruota leggero mostra che lo spessore della giunzione cerchio-razza è stato ridotto da 8 mm a 3 mm, con un conseguente picco di sollecitazione locale di 280 MPa.

2. Rischio sistemico di disallineamento dei parametri di processo

• ​Finestra di tempo ristretta per mantenere la pressioneUn tempo di mantenimento inferiore a 15 secondi porta all'interruzione del ritiro e alla formazione di allentamenti da ritiro, mentre più di 40 secondi creano una resistenza meccanica alla solidificazione del metallo nel tubo ascendente. Un test DOE di progetto ha confermato che quando il tempo di mantenimento è controllato nell'intervallo di 25-30 secondi, il tasso di cricche si riduce da 7,2% a 0,8%.
• ​Controllo improprio del tasso di riempimentoQuando la velocità di riempimento supera i 120 mm/s, la probabilità di rotoli di gas turbolento metallo-liquido aumenta di 40% e i difetti microscopici formati dalla ritenzione di gas diventano il punto di partenza per l'innesco di cricche. Il processo di step-up (iniziale 0,03MPa, finale 0,06MPa) può bilanciare efficacemente la velocità di riempimento e il rischio di rotoli di gas.

3. Sfide di equilibrio dinamico nella gestione termica degli stampi

• ​gradiente di temperatura in fugaQuando la differenza di temperatura dello stampo supera i 50 ℃, il tasso di differenza di ritiro di solidificazione di ciascuna regione della colata supera 0,8%, inducendo cricche termiche. Una fabbrica, attraverso l'impianto di un punto di monitoraggio della temperatura dello stampo, ha riscontrato che la fluttuazione della temperatura nell'area dei raggi può arrivare fino a ± 30 ℃, mentre dopo l'installazione del sistema di controllo della temperatura della partizione la differenza di temperatura è stabile entro ± 5 ℃.
• ​Selezione errata del mezzo di raffreddamentoIl tradizionale raffreddamento ad acqua è facile che provochi un calo improvviso della temperatura superficiale dello stampo, mentre l'uso della tecnologia di raffreddamento misto ad aerosol può controllare con precisione la velocità di raffreddamento di 3-8 ℃ / s, per evitare lo stress da spegnimento dovuto al rapido raffreddamento.

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Soluzioni ingegneristiche per la prevenzione delle crepe

​1. Sistema ottimizzato per la dinamica dei sistemi di sollevamento

• ​Ricostruzione della geometria del corridoreIl diametro del tubo di sollevamento è stato aumentato da Φ60 mm a Φ85 mm e, con il design del canale inclinato di 30°, la portata del liquido metallico è stata stabilizzata a 0,8-1,0 m/s. Un progetto ha dimostrato che questo riduce la probabilità di congelamento del tubo di sollevamento di 70%.
• ​Aggiornamenti dell'isolamentoL'adozione di un manicotto nano-microporoso per la conservazione del calore (conduttività termica ≤ 0,1W/m-K), che prolunga il tempo di conservazione del calore di 40% rispetto al tradizionale materiale in fibra ceramica, garantisce la scorrevolezza del canale di contrazione.

​2. Percorso di ottimizzazione bionica per la progettazione strutturale

• ​Tecnologia di mappatura del flusso di stressRidistribuzione dei materiali dei raggi basata su algoritmi di ottimizzazione topologica per allineare la direzione delle sollecitazioni principali con l'orientamento dei rinforzi. Grazie a questa tecnica, una ruota leggera ha perso 12% di peso, mentre la rigidità di flessione è aumentata di 18%.
• ​regola di transizione del gradienteProgettando una zona di transizione conica 1:4 nell'area di mutazione dello spessore della parete e aggiungendo scanalature di scarico delle sollecitazioni con una profondità di 1,5 mm alla radice del raggio, il picco di sollecitazione locale è stato ridotto con successo da 295MPa a 175MPa.

​3. Innovazione del sistema di controllo intelligente della temperatura dello stampo

• ​Controllo della temperatura multizona accoppiato: sviluppato un modulo di controllo della temperatura indipendente a sei zone, con la zona del cerchio impostata a 320°C (per favorire il restringimento del make-up) e la zona dei raggi mantenuta a 280°C (per inibire le cricche termiche). Nella produzione di massa di una ruota di marca di fascia alta, questo sistema consente di raggiungere un'uniformità di temperatura dello stampo di ±3℃.
• ​Strategia di raffreddamento dinamicoIl raffreddamento ad aria viene utilizzato per mantenere la temperatura dello stampo durante la fase di riempimento, mentre il raffreddamento a nebbia viene attivato per accelerare la solidificazione durante la fase di mantenimento, accorciando l'intero ciclo di produzione di 8 secondi.

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Pratiche di innovazione di processo di Ningbo Hexin

In collaborazione con un marchio di lusso tedesco, il team di He Xin ha raggiunto il punto di riferimento del settore grazie a tre importanti innovazioni tecnologiche:

1. ​Tecnologia di formatura dei compositi con fusione e filatura a bassa pressioneIl processo di filatura sovrapposto nell'area del cerchio, in modo che la grana sia orientata lungo la circonferenza, aumenta la resistenza all'impatto radiale del mozzo della ruota di 35%.
2. ​Sistema di riscaldamento a gradi (tecnologia brevettata)La superficie dello stampo è rivestita con uno spessore di 0,2 mm di nitruro di titanio che, insieme al dispositivo di riscaldamento a induzione, consente di ottenere un controllo preciso della temperatura con una differenza di ≤5℃ nell'area dei raggi.
3. ​Piattaforma di simulazione digitale dei processiL'integrazione dei sistemi MAGMAsoft e ANSYS riduce il numero di prove stampo da 12 a 3, abbreviando il ciclo di sviluppo di 60%.

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Scelta del giusto impianto a ruota per colata a bassa pressione

Sono quattro le competenze fondamentali che un fornitore di qualità deve possedere:

• ​Database dei materialiAccumulo di decine di migliaia di set di parametri di processo e di relazioni di mappatura delle proprietà delle leghe, per una rapida corrispondenza delle migliori soluzioni di materiali
• ​Controllo qualità dell'intero processoStabilimento di 12 punti di controllo della qualità, dall'analisi della purezza del lingotto (contenuto di Fe ≤ 0,15%) al rilevamento dei difetti ai raggi X (standard ASTM E505).
• ​produzione flessibileSistema di cambio rapido dello stampo compatibile con ruote da 16-24 pollici, tempo di cambio <45 minuti
• ​produzione verdeIl tasso di recupero dei trucioli di alluminio è ≥95%, il consumo energetico per unità di prodotto è inferiore di 28% rispetto alla media del settore.

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Domande e risposte frequenti

1. Perché le ruote fuse a bassa pressione sono più adatte ai veicoli a nuova energia?
La sua elevata densificazione è in grado di sopportare la coppia istantanea del motore (≥3000N-m), mentre la leggerezza (riduzione del peso di 40% rispetto alle ruote in acciaio) migliora direttamente l'autonomia di 5%-8%.

2. Come determinare la causa delle cricche mediante analisi metallografica?

• Cricche termiche: presenza di un film di ossido continuo ai confini dei grani, cricche a forma di rete a zig-zag
• Frattura a freddo: la frattura è rettilinea, sono visibili chiari passaggi di solubilizzazione
• Corrosione da stress: presenza di arricchimento elementare di Cl sulla punta della cricca (rilevazione EDS)

3. In che modo la durata dello stampo influisce sul tasso di cricche?
Quando lo stampo viene utilizzato per più di 5.000 cicli di stampaggio, le microfessure superficiali possono portare a un aumento della resistenza al distacco della colata di 25%, richiedendo una regolare riparazione del rivestimento al laser (ripristino della durezza superficiale a HRC 45 o superiore).

4. Quali sono le direzioni future dello sviluppo tecnologico?
L'intelligenza artificiale è stata introdotta nell'ottimizzazione del processo, con algoritmi di apprendimento automatico che regolano la curva di pressione in tempo reale, con l'obiettivo di controllare il tasso di cracking al di sotto di 0,11 TP3T, aumentando al contempo la produttività di altri 201 TP3T.