Causas da formação de fissuras no cubo de roda de alumínio fundido a baixa pressão e medidas de melhoria

fundição a baixa pressão Pode atingir um elevado grau de mecanização e automação, aumentar a produtividade (10 ~ 15 tipo / h), pode também reduzir muitos factores humanos adversos no processo de produção, melhorar a taxa de produtos acabados, reduzindo consideravelmente a intensidade de trabalho dos trabalhadores. No entanto, a qualidade das peças fundidas a baixa pressão, através do plano do processo, dos parâmetros do processo, da estrutura do molde e da operação manual, bem como de outros factores, qualquer conceção pouco razoável ou operação incorrecta da ligação pode conduzir a defeitos de fundição a baixa pressão. A geração de fissuras nas rodas de alumínio é um fator importante que afecta o custo de produção e a produtividade das empresas. Por conseguinte, é especialmente importante discutir as causas das fissuras nas rodas de alumínio fundido a baixa pressão. Em seguida, falarei convosco sobre a fundição a baixa pressão na China alumínio Formação de fissuras nas rodas de automóveis e medidas para as eliminar.

O que é uma roda de fundição de baixa pressão?

As rodas de fundição a baixa pressão são fabricadas através da tecnologia de fundição a baixa pressão para proporcionar uma elevada densidade, elevada resistência e um bom controlo de qualidade. O processo injecta uma liga líquida num molde a baixa pressão, onde a liga arrefece e solidifica. A fundição a baixa pressão produz rodas com elevada densidade, estrutura homogénea, boa resistência e tenacidade e é adequada para a produção em massa.

O processo de produção divide-se em várias etapas: em primeiro lugar, a liga líquida é injectada no molde; em seguida, a liga é arrefecida e solidificada; e, finalmente, a roda é completada através de processos de tratamento térmico, acabamento e pintura. Este processo reduz as bolhas de ar e as impurezas, melhora a resistência e a precisão e aumenta a segurança da roda.

juntamente comfundição gravitacionalA fundição a baixa pressão é mais eficiente e produz produtos de melhor qualidade do que a fundição a baixa pressão. A fundição por gravidade depende da gravidade para fazer fluir o metal, o que pode levar a uma distribuição desigual, comprometendo a qualidade e a segurança. A fundição a baixa pressão controla o fluxo da liga de alumínio através da aplicação de pressão, garantindo a precisão e a resistência da roda.

Como resultado, as rodas fundidas de baixa pressão estão a tornar-se cada vez mais importantes no fabrico de automóveis, proporcionando uma elevada eficiência, qualidade e segurança.

Vantagem tecnológica da roda de fundição de baixa pressão e remodelação do valor industrial

​Revolução do fabrico de precisão impulsionada pela automatização mecânica

A tecnologia de fundição a baixa pressão, através de um elevado grau de mecanização e automação, atingiu uma capacidade de produção estável de 10 a 15 peças por hora, o que é cerca de 30% superior à eficiência da fundição por gravidade tradicional. O seu princípio fundamental é a utilização de gás a baixa pressão (0,02-0,08MPa) para pressionar suavemente as ligas de alumínio líquido para dentro das cavidades do molde, o que evita os problemas de gás enrolado e escória oxidada, causados pelo líquido metálico de fluxo livre na fundição por gravidade. Tomando como exemplo um projeto de produção em massa de rodas para veículos de energia nova, através da introdução de uma linha de fundição a baixa pressão totalmente automática, o rendimento do produto saltou de 82% para 96%, enquanto os custos de mão de obra foram reduzidos em 45%. A combinação de um sistema de controlo da temperatura do molde em circuito fechado e de sensores de pressão inteligentes permitiu o refinamento do grão de fundição até ao nível do mícron, e a vida à fadiga por flexão dinâmica do cubo da roda excedeu um milhão de ciclos, o que satisfaz plenamente os requisitos de leveza e segurança dos veículos topo de gama. Isto satisfaz plenamente as exigências duplas de leveza e segurança dos modelos topo de gama.

---

Diagnóstico interdisciplinar das causas de fissuras em rodas de fundição de baixa pressão

​Correlação profunda entre a morfologia das fissuras e os mecanismos de rutura

No processo de produção de jantes em liga de alumínio, a formação de fissuras resulta frequentemente da conjugação de múltiplos factores, como as propriedades do material, a conceção estrutural e os parâmetros do processo. De acordo com a análise da mecânica da fratura, as fissuras nas jantes podem ser divididas em três tipos principais:

1. ​Fissuração térmica (defeitos de solidificação)A fissuração térmica ocorre principalmente na junta raio-arco e manifesta-se como uma fissura reticulada distribuída ao longo dos limites do grão. A essência é que o metal líquido residual entre o esqueleto dendrítico no final da solidificação não pode suportar a tensão de contração, e os casos típicos mostram que a probabilidade de fissuração térmica aumenta em 60% quando a taxa de arrefecimento local excede os 4°C/s.
2. ​Fissuração a frio (tensão mecânica)A fratura é normalmente encontrada na raiz da flange do cubo e apresenta caraterísticas típicas de fratura frágil. A análise da falha de um cubo de um veículo comercial mostrou que o metal solidificado que permaneceu no tubo de elevação durante a desmoldagem fez com que a peça fundida fosse sujeita a uma tensão de tração superior a 200 MPa, o que desencadeou diretamente uma fenda penetrante.
3. ​Fissuração por corrosão sob tensão (interação ambiental)Em ambientes costeiros de elevada humidade, as tensões residuais no interior do cubo actuam em sinergia com os iões de cloreto para provocar a expansão lenta das fissuras ao longo dos limites dos grãos. Estas fissuras apresentam uma morfologia de bifurcação dendrítica distinta na observação microscópica.

​Análise sistemática dos principais factores de fracturação

1. amplificação mecânica de defeitos de conceção estrutural

• ​Concentração de tensões em cantos agudosSe o raio do filete interior na região de transição do raio da roda for inferior a 3 mm, o fator de concentração de tensão (Kt) pode atingir 3,5-4,2, o que é muito mais do que o limite de elasticidade da liga de alumínio A356-T6 (220 MPa). Os dados da simulação de uma roda desportiva mostram que, após a otimização do ângulo R de 2mm para 5mm, a tensão máxima equivalente é reduzida de 315MPa para 185MPa.
• ​Efeito de mutação da espessura da paredeQuando a diferença de espessura da parede entre áreas vizinhas excede 3:1, o gradiente de tensão térmica gerado durante o processo de arrefecimento pode ultrapassar o limite de resistência à tração do material. O caso de fratura de um cubo de roda leve mostra que a espessura da junta aro-raio foi reduzida de 8mm para 3mm, resultando num pico de tensão local de 280MPa.

2. risco sistémico de desadequação dos parâmetros do processo

• ​Tempo reduzido para manter a pressãoO tempo de retenção inferior a 15 segundos leva à interrupção da contração e à formação de soltura por contração, enquanto que mais de 40 segundos cria resistência mecânica à solidificação do metal no tubo ascendente. Um teste DOE do projeto confirmou que, quando o tempo de espera é controlado no intervalo de 25-30 segundos, a taxa de fissuração é reduzida de 7,2% para 0,8%.
• ​Controlo inadequado da taxa de enchimentoQuando a velocidade de enchimento excede 120mm/s, a probabilidade de rolos turbulentos de gás metal-líquido aumenta em 40%, e os defeitos microscópicos formados pela retenção de gás tornam-se o ponto de partida para a iniciação de fissuras. O processo de aumento gradual (inicial 0,03MPa, final 0,06MPa) pode equilibrar eficazmente a velocidade de enchimento e o risco de rolos de gás.

3. desafios do equilíbrio dinâmico na gestão térmica dos moldes

• ​gradiente de temperatura descontrolado: Quando a diferença de temperatura do molde excede 50 ℃, a taxa de diferença de contração de solidificação de cada região da peça fundida excede 0,8%, induzindo rachaduras térmicas. Uma fábrica através da implantação do ponto de monitoramento da temperatura do molde descobriu que a flutuação de temperatura na área do raio até ± 30 ℃, após a instalação da diferença de temperatura do sistema de controle de temperatura da partição é estável dentro de ± 5 ℃.
• ​Seleção inadequada do meio de arrefecimentoO resfriamento de água tradicional é fácil de causar uma queda repentina na temperatura da superfície do molde, o uso da tecnologia de resfriamento misto de aerossol pode controlar com precisão a taxa de resfriamento de 3-8 ℃ / s, para evitar o estresse de têmpera devido ao resfriamento rápido.

---

Soluções de nível técnico para a prevenção de fissuras

​1. sistema optimizado para a dinâmica dos sistemas de elevação

• ​Reconstrução da geometria do corredorO diâmetro do tubo de elevação foi aumentado de Φ60mm para Φ85mm, e com o design do corredor inclinado a 30°, o caudal do líquido metálico foi estabilizado a 0,8-1,0m/s. A prática de um projeto mostrou que esta mudança reduziu a probabilidade de congelamento do tubo de elevação em 70%.
• ​Atualização do isolamentoAdoção de manga de preservação de calor nano-microporosa (condutividade térmica ≤ 0,1W/m-K), que prolonga o limite de tempo de preservação de calor em 40% em comparação com o material tradicional de fibra cerâmica para garantir a suavidade do canal de retração.

​2. caminho de otimização biónica para a conceção estrutural

• ​Tecnologia de mapeamento do fluxo de tensãoRedistribuição dos materiais dos raios com base em algoritmos de otimização da topologia para alinhar a direção da tensão principal com a orientação do reforço. Uma roda leve perdeu 12% de peso através desta técnica, enquanto a rigidez à flexão aumentou 18%.
• ​regra de transição de gradienteO objetivo é reduzir o pico de tensão local de 295 MPa para 175 MPa, através da conceção de uma zona de transição de conicidade 1:4 na área de mutação da espessura da parede e da adição de ranhuras de alívio de tensão com uma profundidade de 1,5 mm na raiz do raio.

​3. inovação do sistema inteligente de controlo da temperatura do molde

• ​Controlo de temperatura acoplado multi-zona: Desenvolveu um módulo de controlo de temperatura independente de seis zonas, com a zona da jante regulada a 320°C (para promover o encolhimento da maquilhagem) e a zona dos raios mantida a 280°C (para inibir a fissuração térmica). Na produção em massa de uma jante de marca topo de gama, este sistema faz com que a uniformidade da temperatura do molde atinja ±3℃.
• ​Estratégia de arrefecimento dinâmicoO arrefecimento por ar é utilizado para manter a temperatura do molde durante a fase de enchimento, e o arrefecimento por nevoeiro é comutado para acelerar a solidificação durante a fase de retenção, encurtando todo o ciclo de produção em 8 segundos.

---

Práticas de inovação de processos da Ningbo Hexin

Na cooperação com uma marca de luxo alemã, a equipa de He Xin alcançou o ponto de referência da indústria através de três avanços tecnológicos fundamentais:

1. ​Tecnologia de formação de compósitos de fundição-fiação a baixa pressãoProcesso de fiação sobreposto na zona da jante, de modo a que o grão seja orientado ao longo da circunferência, a resistência ao impacto radial do cubo da roda é aumentada em 35%.
2. ​Sistema de aquecimento por gradiente (tecnologia patenteada)A superfície do molde é revestida com revestimento de nitreto de titânio de 0,2 mm de espessura, juntamente com o dispositivo de aquecimento por indução, consegue um controlo preciso da temperatura com diferença de temperatura de ≤5 ℃ na área do raio.
3. ​Plataforma de simulação de processos digitaisA integração dos sistemas MAGMAsoft e ANSYS reduz o número de ensaios de moldes de 12 para 3, encurtando o ciclo de desenvolvimento em 60%.

---

Escolher a fábrica de rodas de fundição de baixa pressão correta

São quatro as competências essenciais que os fornecedores de qualidade devem possuir:

• ​Base de dados de materiaisAcumulação de dezenas de milhares de conjuntos de parâmetros de processo e relação de mapeamento de propriedades de liga, correspondência rápida das melhores soluções de material
• ​Controlo de qualidade de todo o processoEstabelecimento de 12 pontos de controlo de qualidade, desde a análise da pureza do lingote (teor de Fe ≤ 0,15%) até à deteção de defeitos por raios X (norma ASTM E505).
• ​produção flexívelSistema de mudança rápida de molde compatível com rodas de 16-24 polegadas, tempo de mudança <45 minutos
• ​fabrico ecológicoTaxa de recuperação de aparas de alumínio ≥95%, o consumo de energia por unidade de produto é 28% inferior à média do sector.

---

Perguntas e respostas frequentes

1) Porque é que as rodas fundidas de baixa pressão são mais adequadas para os veículos movidos a novas energias?
A sua elevada densificação pode suportar o binário instantâneo do motor (≥3000N-m), enquanto a caraterística de leveza (redução de peso de 40% em relação às rodas de aço) melhora diretamente a autonomia em 5%-8%.

2) Como determinar a causa das fissuras através da análise metalográfica?

• Fissuração térmica: presença de uma película contínua de óxido nos limites dos grãos, fissuras em forma de rede em ziguezague
• Fratura a frio: a fratura é rectilínea, são visíveis etapas de solubilização claras
• Corrosão sob tensão: presença de enriquecimento elementar de Cl na ponta da fenda (deteção por EDS)

3) Como é que a vida do molde afecta a taxa de fissuração?
Quando o molde é utilizado durante mais de 5.000 ciclos de moldagem, as microfissuras superficiais podem levar a um aumento da resistência à libertação da fundição do 25%, exigindo uma reparação regular do revestimento a laser (restaurando a dureza da superfície para HRC 45 ou superior).

4) Quais são as orientações futuras do desenvolvimento tecnológico?
A inteligência artificial foi introduzida na otimização do processo, com algoritmos de aprendizagem automática a regular o perfil de pressão em tempo real, com o objetivo de controlar a taxa de fissuração para menos de 0,11 TP3T, enquanto a produtividade foi aumentada em mais 201 TP3T.