Причины образования трещин в ступице алюминиевого колеса, отлитого под низким давлением, и меры по их устранению

литье под низким давлением Можно достичь высокой степени механизации и автоматизации, увеличить производительность (10 ~ 15 тип / ч), это также может уменьшить многие неблагоприятные человеческие факторы в производственном процессе, улучшить скорость готовой продукции, значительно снизить трудоемкость рабочих. Однако качество литья под низким давлением зависит от технологического плана, параметров процесса, конструкции формы и ручного управления и других факторов, любая необоснованная конструкция или неправильная работа звена может привести к дефектам литья под низким давлением. Образование трещин в алюминиевых колесах является важным фактором, влияющим на себестоимость и производительность предприятий. Поэтому особенно важно обсудить причины появления трещин в алюминиевых колесах, отлитых под низким давлением. Далее, я буду обсуждать с вами в Китае литья низкого давления завод литья алюминий Образование трещин на автомобильных колесах и меры по их устранению.

Что такое колесо для литья под низким давлением?

Колеса, отлитые под низким давлением, производятся по технологии литья под низким давлением, что обеспечивает высокую плотность, высокую прочность и хороший контроль качества. При этом жидкий сплав впрыскивается в форму под низким давлением, где сплав охлаждается и застывает. Литье под низким давлением позволяет получить колеса с высокой плотностью, однородной структурой, хорошей прочностью и вязкостью и подходит для массового производства.

Производственный процесс состоит из нескольких этапов: сначала жидкий сплав впрыскивается в форму, затем сплав охлаждается и затвердевает, и, наконец, колесо проходит процессы термообработки, отделки и покраски. Этот процесс позволяет уменьшить количество пузырьков воздуха и примесей, повысить прочность и точность, а также безопасность колеса.

вместе сгравитационное литьёЛитье под низким давлением более эффективно и позволяет получать более качественную продукцию, чем литье под давлением. При гравитационном литье поток металла зависит от силы тяжести, что может привести к неравномерному распределению, ухудшая качество и безопасность. Литье под низким давлением контролирует поток алюминиевого сплава с помощью давления, обеспечивая точность и прочность колес.

В результате литые диски низкого давления приобретают все большее значение в автомобилестроении, обеспечивая высокую эффективность, качество и безопасность.

Преимущество технологии литья колес под низким давлением и изменение промышленной ценности

​Революция в прецизионном производстве, вызванная механической автоматизацией

Технология литья под низким давлением, благодаря высокой степени механизации и автоматизации, достигла стабильной производительности 10-15 изделий в час, что примерно на 30% выше эффективности традиционного гравитационного литья. Ее основной принцип заключается в использовании газа низкого давления (0,02-0,08МПа) для плавного вдавливания жидких алюминиевых сплавов в полости формы, что позволяет избежать проблем со свернувшимся газом и окисленным шлаком, возникающих при свободно текущей металлической жидкости в гравитационном литье. В качестве примера можно привести проект массового производства колес нового энергетического транспортного средства. Благодаря внедрению полностью автоматической линии литья под низким давлением выход продукции увеличился с 82% до 96%, а затраты на рабочую силу сократились на 45%. Сочетание замкнутой системы контроля температуры формы и интеллектуальных датчиков давления позволило доработать зерно отливки до микронного уровня, а усталостный ресурс ступицы колеса при динамическом изгибе превысил миллион циклов, что полностью соответствует требованиям легкости и безопасности автомобилей высокого класса. Это полностью отвечает двойным требованиям - легкости и безопасности моделей высокого класса.

---

Междисциплинарная диагностика причин возникновения трещин в колесах для литья под низким давлением

​Глубокая корреляция между морфологией трещин и механизмами разрушения

В процессе производства колес из алюминиевых сплавов образование трещин часто является результатом взаимодействия множества факторов, таких как свойства материала, конструкция и технологические параметры. Согласно анализу механики разрушения, трещины в колесах можно разделить на три основных типа:

1. ​Термическое растрескивание (дефекты затвердевания): Чаще всего она возникает в месте соединения спицы с ободом и проявляется в виде сетчатой трещины, распределенной по границам зерен. Суть заключается в том, что остаточный жидкий металл между дендритным скелетом в конце затвердевания не выдерживает напряжения сжатия, и типичные случаи показывают, что вероятность термического растрескивания увеличивается на 60%, когда локальная скорость охлаждения превышает 4°C/с.
2. ​Холодное растрескивание (механическое напряжение)Разлом обычно происходит в корневой части фланца ступицы, и разрушение имеет типичные характеристики хрупкого разрушения. Анализ разрушения ступицы грузового автомобиля показал, что затвердевший металл, оставшийся в подъемной трубе во время распалубки, вызвал растягивающее напряжение более 200 МПа, которое непосредственно спровоцировало появление проникающей трещины.
3. ​Коррозионное растрескивание под напряжением (взаимодействие с окружающей средой): В прибрежной среде с высокой влажностью остаточные напряжения в ступице действуют синергетически с хлорид-ионами, вызывая медленное расширение трещин вдоль границ зерен. Такие трещины демонстрируют характерную морфологию дендритного раздвоения при микроскопическом наблюдении.

​Систематический анализ ключевых факторов гидроразрыва пласта

1. Механическое усиление недостатков конструкции

• ​Концентрация напряжений на острых углах: Если радиус внутренней галтели в переходной области спицы колеса составляет менее 3 мм, коэффициент концентрации напряжений (Kt) может достигать 3,5-4,2, что намного превышает предел текучести алюминиевого сплава A356-T6 (220 МПа). Данные моделирования спортивного колеса показывают, что после оптимизации угла R с 2 мм до 5 мм максимальное эквивалентное напряжение снижается с 315 МПа до 185 МПа.
• ​Эффект мутации толщины стенки: Когда разница в толщине стенок между соседними участками превышает 3:1, градиент термических напряжений, возникающий в процессе охлаждения, может преодолеть предел прочности материала на разрыв. На примере разрушения ступицы легкого колеса видно, что толщина соединения обода со спицей была уменьшена с 8 мм до 3 мм, что привело к локальному пику напряжения в 280 МПа.

2. системный риск несоответствия параметров процесса

• ​Узкий промежуток времени для удержания давленияВремя выдержки менее 15 секунд приводит к прекращению усадки и образованию усадочного рыхления, а более 40 секунд создает механическое сопротивление затвердеванию металла в восходящей трубе. Испытания, проведенные в рамках проекта DOE, подтвердили, что при регулировании времени выдержки в диапазоне 25-30 секунд скорость растрескивания снижается с 7,2% до 0,8%.
• ​Неправильный контроль скорости заполненияКогда скорость заполнения превышает 120 мм/с, вероятность турбулентных газовых валов между металлом и жидкостью возрастает на 40%, а микроскопические дефекты, образующиеся при задержке газа, становятся отправной точкой для возникновения трещин. Процесс ступенчатого повышения давления (начальное 0,03 МПа, конечное 0,06 МПа) может эффективно сбалансировать скорость заполнения и риск образования газовых валов.

3. Проблемы динамического равновесия при термостатировании пресс-форм

• ​резкий градиент температуры: Когда разница температур в форме превышает 50℃, скорость усадки при затвердевании каждой области отливки превышает 0,8%, вызывая термическое растрескивание. На заводе с помощью имплантации точки мониторинга температуры формы было обнаружено, что колебания температуры в зоне спицы достигают ± 30 ℃, после установки системы контроля температуры перегородки разница температур стабильна в пределах ± 5 ℃.
• ​Неправильный выбор охлаждающей жидкостиТрадиционное водяное охлаждение легко вызывает резкое падение температуры поверхности формы, использование аэрозольной технологии смешанного охлаждения позволяет точно контролировать скорость охлаждения 3-8 ℃ / с, чтобы избежать закалочного напряжения из-за быстрого охлаждения.

---

Инженерные решения для предотвращения трещин

​1. Оптимизированная система для динамики подъемных систем

• ​Реконструкция геометрии бегунаДиаметр подъемной трубы был увеличен с Φ60 мм до Φ85 мм, а благодаря конструкции наклонного под углом 30° бегунка скорость потока металлической жидкости стабилизировалась на уровне 0,8-1,0 м/с. Практика проекта показала, что этот шаг снизил вероятность замерзания подъемной трубы на 70%.
• ​Модернизация изоляцииИспользование нано-микропористого теплосохраняющего рукава (теплопроводность ≤ 0,1 Вт/м-К), который увеличивает срок сохранения тепла на 40% по сравнению с традиционным керамическим волокнистым материалом, обеспечивает гладкость усадочного канала.

​2. Бионический оптимизационный путь для проектирования конструкций

• ​Технология картирования потоков напряжения: Перераспределение материалов спиц на основе алгоритмов оптимизации топологии для выравнивания направления главных напряжений с ориентацией усиления. Благодаря этой технологии легкое колесо потеряло 12% веса, а жесткость на изгиб увеличилась на 18%.
• ​правило градиентного переходаСоздание переходной зоны с конусностью 1:4 в области мутации толщины стенки и добавление канавок для снятия напряжения глубиной 1,5 мм на корне спицы позволило успешно снизить локальный пик напряжения с 295 МПа до 175 МПа.

​3. инновационная интеллектуальная система контроля температуры пресс-формы

• ​Многозонный комбинированный температурный контроль: Разработан шестизонный независимый модуль контроля температуры, в котором зона обода устанавливается на 320°C (для стимулирования усадки), а зона спиц - на 280°C (для предотвращения термического растрескивания). При массовом производстве колес элитных брендов эта система позволяет достичь равномерности температуры формы ±3℃.
• ​Динамическая стратегия охлажденияВоздушное охлаждение используется для поддержания температуры формы на этапе заполнения, а туманное охлаждение включается для ускорения затвердевания на этапе выдержки, сокращая весь производственный цикл на 8 секунд.

---

Практика инновационных процессов в компании Ningbo Hexin

Сотрудничая с немецким брендом класса люкс, команда Хэ Синя достигла эталона в отрасли благодаря трем ключевым технологическим прорывам:

1. ​Технология литья под низким давлением с прядильным формованием композитов: Наложенный процесс прядения в области обода, так что зерно ориентировано вдоль окружности, радиальная ударная прочность ступицы колеса увеличивается на 35%.
2. ​Система градиентного нагрева (запатентованная технология): Поверхность формы покрыта нитридом титана толщиной 0,2 мм, вместе с индукционным нагревателем достигается точный температурный контроль с разницей температур ≤5℃ в зоне спицы.
3. ​Платформа для цифрового моделирования процессов: Интеграция MAGMAsoft и системы ANSYS позволяет сократить количество испытаний пресс-форм с 12 до 3, что сокращает цикл разработки на 60%.

---

Выбор правильной установки для литья под низким давлением

Существует четыре основные компетенции, которыми должны обладать поставщики качественной продукции:

• ​База данных материаловНакопление десятков тысяч наборов параметров процесса и свойств сплавов, отображение взаимосвязи, быстрый подбор наилучших решений для материалов
• ​Контроль качества всего процесса: Установление 12 точек контроля качества от анализа чистоты слитка (содержание Fe ≤ 0,15%) до рентгеновской дефектоскопии (стандарт ASTM E505).
• ​гибкое производство: Система быстрой смены формы, совместимая с 16-24-дюймовыми колесами, время смены <45 минут
• ​экологически чистое производство: коэффициент извлечения алюминиевой стружки ≥95%, потребление энергии на единицу продукции на 28% ниже, чем в среднем по отрасли.

---

Часто задаваемые вопросы и ответы

1. Почему литые диски низкого давления лучше подходят для новых энергетических автомобилей?
Высокая плотность материала позволяет выдерживать мгновенный крутящий момент двигателя (≥3000 Н-м), а облегченная конструкция (снижение веса на 40% по сравнению со стальными колесами) напрямую увеличивает запас хода на 5%-8%.

2. Как определить причину трещин с помощью металлографического анализа?

• Термическое растрескивание: наличие сплошной оксидной пленки на границах зерен, трещины в виде зигзагообразной сети
• Холодный излом: излом прямой, видны четкие ступени солюбилизации
• Коррозия под напряжением: наличие обогащения элементами Cl в кончике трещины (обнаружение с помощью EDS)

3. Как срок службы пресс-формы влияет на скорость образования трещин?
При использовании формы в течение более 5 000 циклов литья поверхностные микротрещины могут привести к увеличению стойкости отливки 25%, что потребует регулярного ремонта лазерной наплавки (восстановление твердости поверхности до HRC 45 или выше).

4. Каковы будущие направления технологического развития?
В оптимизацию процесса был внедрен искусственный интеллект: алгоритмы машинного обучения регулировали профиль давления в режиме реального времени, что позволило снизить скорость растрескивания до уровня менее 0,11 TP3T, а производительность увеличилась еще на 201 TP3T.