Знание - Sanxin

Разработен е процесът на леене под налягане на задния капак на корпуса на двигателя от алуминиева сплав. В ранния етап, ролката е била разумно разположена според структурата на продукта, а анализът на запълването и втвърдяването на литниковата система е извършен с помощта на софтуер за числено симулиране. По време на действителния производствен процес е установено, че газовите отвори в отливките са трудни за отстраняване. В зависимост от структурата на продукта, са били възприети различни решения за различните области. За газовите отвори в тънкостенната зона в края на продукта, където не е можело да се постави шлаковият съд, са били използвани изпускателна вложка и увеличаване на дебелината на стената, за да се подобри течливостта на алуминиевата течност; за гъстите газови отвори в дебелостенната зона в края на литниковата система е било засилено охлаждането, за да се ускори локалното втвърдяване и да се увеличи дебелината на плътния слой върху повърхността на продукта; за газовите отвори в дебелостенната зона на захранващия отвор е била анализирана литниковата система и захранването е било локално засилено и др. Резултатите от пробното производство показват, че общите газови отвори на продукта са подобрени чрез използване на оптимизираната схема и процентът на брак е намален. Ключови думи: Заден капак на корпуса на двигателя; Процес на леене под налягане; Числена симулация

 

Задният капак на корпуса на двигателя е важен компонент в системата за задвижване на превозни средства с нова енергия [1-3]. Основната му функция е да поддържа ротора на двигателя и да фиксира статора на двигателя, като същевременно предотвратява навлизането на външни вещества като прах и водни пари в двигателя. Следователно, има определени изисквания за структурната здравина и херметичността на продукта. В същото време, позицията на отвора за лагера на продукта приема локални вложки след формоване и формата трябва да вземе предвид позиционирането и пресоването на вложките, което увеличава трудността при изработката на матрицата и отстраняването на грешки в производствения процес. Ето защо е много важно да се осигури стабилно производство на матрицата чрез ранно проектиране и по-късно усъвършенстване на процеса на матрицата.

 

 

1. Изисквания за структура и разработване на отливки

 

Частта на крайния капак на корпуса на двигателя на новото енергийно превозно средство е показана на Фигура 1. Частта има размер на контура от 397.98 мм × 91.48 мм × 286.46 мм, тегло на отливката от 5.71 кг, средна дебелина на стената от 8.06 мм и проектирана площ от 74 759 мм². Материалът за отливката е алуминиева сплав ADC12. Общата дебелина на стената на отливката е сравнително дебела, с максимална дебелина на стената 33 мм и минимална дебелина на стената 4 мм, като дебелината на стената е неравномерна. Позицията на лагерната камера на продукта използва локални вложки, а материалът на вложката е стомана 45#, която е закалена и темперирана, с твърдост (HRC) 24-30. Всички външни размери на продукта трябва да отговарят на изискванията за монтаж на чертежа. Свързващата повърхност на двигателя и монтажната повърхност на капака на кутията за окабеляване на продукта имат изисквания за уплътняване. Отворът за лагер и отворът на полувала монтират ротора на двигателя и има определени изисквания за откритите отвори за газ след обработка. Освен това, не трябва да има видими следи от изгаряне или драскотини по ъглите, а продуктът не трябва да има изкривявания или проблясъци. Продуктът изисква изпитване за херметичност, като специфичните изисквания за херметичност са: изпитвателно налягане 22 kPa, а допустимото изтичане е <5 mL/min.

 

 

2. Разработване и проектиране на форми

 

2.1 Дизайн на разделителната линия на продукта

 

Според анализа на структурата на продукта е избрана подходяща разделителна линия на подвижните и неподвижните форми. Освен това, страната на продукта се разформирова в две посоки, така че формата трябва да бъде проектирана с два плъзгача за издърпване на сърцевината за разделяне. Разделителната линия на подвижните и неподвижните форми и разделителната линия на плъзгача на продукта са показани на Фигура 2.

 

 

 

2.2 Анализ на дебелината на стената на продукта

 

Анализът на дебелината на стената на задния капак на корпуса на двигателя е показан на Фигура 3. Според дебелината на стената на продукта, анализът е извършен от страната на неподвижната матрица. Лявата страна има малка площ с относително дебела дебелина на стената, а дясната половина има относително дебела обща дебелина на стената (виж Фигура 3а). Анализът от страната на подвижната матрица показва, че подвижната матрица като цяло има оребрена структура, като дебелостенните ребра са предимно от лявата страна (виж Фигура 3б). Следователно, дебелината на стената на продукта от двете страни е изключително неравномерна. За да се осигури достатъчно запълване с алуминиев материал в позицията на дебелината на стената, е необходимо подсилване на разположението на затвора в тази позиция.

 

 

2.3 Проектиране на гейтингова система

 

Фокусът при проектирането на литниковата система е върху избора на литник. Обикновено позицията и формата на литника трябва да се определят според формата, структурата и изискванията за прецизност на отливката [4]. Въз основа на структурния анализ на продукта, продуктът може да се подава от страната на плъзгача 1 и от противоположната му страна. Въпреки това, като се имат предвид критичните позиции на продукта, с изключение на свързващата повърхност на двигателя, която не е засегната от цялата периферия на продукта, отворите за лагери и отворите на полуоската са далеч от страната на плъзгача 1, а монтажната повърхност на капака на разпределителната кутия е на гърба на плъзгача от страната на движещата се форма и е засегната от блокирането на материала на плъзгача 1. Следователно, шибърът е разположен от противоположната страна на плъзгача 1, за да се гарантира, че позицията на подаване е близо до отворите за лагери и отворите на полуоската, а монтажната повърхност на капака на разпределителната кутия не е засегната от блокирането на материала на плъзгача 1. Разположението на вътрешния шибър е следното: 4 вътрешни шибъра са разположени на обработената крайна повърхност от противоположната страна на плъзгача 1, а по 1 вътрешен шибър е разположен на всяка от необработените позиции от двете страни, за да се подобри пълненето от двете страни. В същото време, в средата на външния кръгъл отвор на продукта е поставен мост за преминаване на материала. Окончателният дизайн на системата за шибъри е показан на Фигура 4.

 

Беше използван симулационен анализ на магма, а началните условия за анализа на потока в матрицата са показани в Таблица 1. pQ диаграмата беше използвана за проверка на рационалността на съответните процеси и съответните настройки на процеса са разумни, както е показано на Фигура 5.

 

Процесът на пълнене на целия отливка е симулиран и анализиран от Magma, както е показано на Фигура 6. Вижда се, че когато алуминиевата течност се пълни за 2.604 s, металната течност от двата вътрешни затвора близо до главния канал първо запълва кухината (виж Фигура 6a); когато се пълни за 2.625 s, всички вътрешни затвори започват да запълват кухината (виж Фигура 6b); когато се пълни за 2.658 s, цялата отливка се запълва (виж Фигура 6c). По време на целия процес на пълнене времето за пълнене с метална течност през вътрешните затвори е 44 ms, а металната течност в позицията на дебелата стена на продукта се пълни първа, без дефицит на пълнене. Системата за пълнене отговаря на изискванията за пълнене на продукта.

 

Общото разпределение на газовото налягане на отливката е показано на Фигура 7. Зоните с по-високи стойности на газовото налягане са в шлаковия съд и преливния отвор на литниковата система и дебелостенните ребра на продукта, което показва, че има по-голяма възможност за порьозност в тези позиции. Процесът на втвърдяване на продукта е показан на Фигура 8. Вижда се, че 3 секунди след завършване на пълненето, няколко ръба се втвърдяват (виж Фигура 8а); 12 секунди след завършване на пълненето, по-голямата част от него се е втвърдила (виж Фигура 8б); позициите на бавно втвърдяване са дебелостенните области на продукта.

 

Според резултатите от симулацията може да се види, че тази система за шприцване може основно да постигне запълване на кухината с алуминиев материал. В същото време, налягането на газа е концентрирано главно в шлаковия съд и някои локални необработени ребра на продукта. Предварително е определено да се избере тази схема за шприцване и дренаж. Освен това, поради относително дебелата обща дебелина на стената на продукта и неравномерното разпределение на дебелината на стената, се получава локално неравномерно охлаждане, което може да се използва като ориентир при проектирането на системата за охлаждане на матрицата.

 

2.4 Проектиране на транспорт на вода през плесени

 

Охлаждащата вода се поставя в дебелостенната зона на отливката, за да се осигури охлаждащ ефект на дебелостенната зона и да се избегне появата на порьозност и кухини от свиване в тази област. Периферията на продукта приема праволинейно транспортиране на охлаждащата вода, а за други позиции е проектирано точково охлаждане. В същото време, за сърцевинни щифтове с диаметър ϕ5 mm или повече се използват точкови охлаждащи щифтове. Крайната охладителна система е показана на Фигура 9.

 

3. Процес и проблеми с пробното производство на леене под налягане

 

Съгласно проектното съответствие на матрицата, за производството е използвана машина за леене под налягане Idra с мощност 16 000 kN. Диаметърът на поансона е избран на 120 мм, а ефективният ход на инжектирането е 620 мм. Масата на алуминиевата течност, преминаваща през вътрешния отвор, е 6.15 кг. Теоретичната позиция за висока скорост е зададена на 380 мм, скоростта на височина на инжекционния поансон е 4 м/с, а позицията за натиск е зададена на 560 мм. Тези параметри са използвани като основни параметри за отстраняване на грешки и производство. Оборудването около машината е напълно автоматизирано, което може ефективно да гарантира стабилността на производствения процес. По време на действителната производствена проверка позицията за висока скорост е регулирана по подходящ начин, за да се провери качеството на продукта. Накрая, когато позицията за висока скорост е 420 мм, скоростта за висока скорост е 4.2 м/с, а позицията за натиск е 560 мм, качеството на продукта е идеално. Въпреки това, чрез рентгенова дефектоскопия беше установено, че все още има нестабилна порьозност в някои локални области. Състоянието на порьозността на продукта е показано на Фигура 10. Стандарт за вътрешни отвори от свиване от газ в продукта: В позиция 1 дебелината на стената в края на отливката е по-малка от 9.5 мм; в позиции от 2 до 4 локалната дебелина на стената надвишава 9.5 мм, а локалният стандарт е в съответствие със стандарта клас 2 за дебелина на стената и отвори за газ от алуминиева сплав. Стандарт за външен вид след обработка: В позиции 1 и 4 няма ограничение за броя на несвързаните отвори за газ под ϕ0.25 мм, а за несвързаните отвори под ϕ2 мм.×2 мм дълбочина, не повече от 2 на 100 мм дължина; в позиции 2 и 3 няма ограничение за броя на несвързаните газови отвори с размер по-малък от ϕ0.25 мм, а за несвързани отвори с размер по-малък от ϕ1 мм×1 мм дълбочина, няма повече от 2 на 100 мм дължина. Вижда се, че стандартът за външен вид след обработка е по-строг от вътрешния стандарт. След производство в това състояние и CNC обработка, беше установено, че газовите отвори, открити чрез рентген, са частично открити след обработка (вижте Фигура 11), така че са необходими допълнителни подобрения за газовите отвори на продукта.

 

 

4. Подобряване на проблемите с пробното производство

4.1 Подобряване на газовите отвори на страничната стена на квадратния отвор

 

Локалната структура на квадратния отвор е показана на Фигура 12. Квадратният отвор е разположен в позицията на водния опашка на системата за леене и впръскване, в средата на продукта. Локалната дебелина на стената на квадратния отвор е 2.8 мм. Поради невъзможността за разполагане на шлакови пакети около квадратния отвор, локалният газ е труден за изпускане. В същото време дебелината на стената на продукта е относително тънка в сравнение с общия продукт, така че локалната течливост на алуминиевия материал е относително лоша и е вероятно да се получи натрупване на студен материал. За да се справи с отработените газове и да се намали натрупването на студен материал, се анализира, че използването на шлакови пакети за отвеждане и отстраняване на шлаката е най-ефективният метод. Поради ограниченията на структурата на продукта е невъзможно директно добавяне на шлакови пакети, така че е прието цялостно решение. Фигура 13 показва мерките за подобряване на газовите отвори на страничната стена на квадратния отвор. Мярка 1 е да се извърши обработка с рязане и вложка на страничната стена, където газовите отвори са изложени след обработка (виж Фигура 13а), като се използва свързващата разделителна повърхност на вложката на формата за отвеждане; Мярка 2 е да се увеличи локалната дебелина на стената до 3.8 мм (виж Фигура 13б), като по този начин се подобри течливостта на алуминиевия течен пълнеж и се намали локалното натрупване на студен материал. След прилагането на комплексните мерки беше установено, че локалните газови отвори са добре подобрени и отговарят на изискванията за качество на продукта.

 

 

4.2 Подобряване на газовите отвори на свързващата повърхност на двигателя

 

Отворите за газ в позиции 2 и 3 са на една и съща повърхност на продукта, както е показано на Фигура 14, и са разположени от страната на водния край на системата за леене и впръскване на продукта, което също е позиция с относително дебела стена. При позиции с дебела стена на продукта локалното втвърдяване обикновено е по-бавно. Когато околните позиции с тънка стена се втвърдят, локалният захранващ канал се отрязва и е вероятно да се появи вътрешна порьозност от свиване. Освен това, в зависимост от производството, качеството на вътрешните отвори за газ отговаря на стандартните изисквания, но излагането на отвори за газ поради обработката не отговаря на стандарта. Следователно, посоката на подобрение е основно да се избегне излагането. За проблема с откритите отвори за газ на обработваната повърхност и на водния край, мрежестият модел на повърхността на поплавъка може да играе роля при изпускането на отработени газове и студеното отстраняване на материал. Метод за подобрение 1 е да се добави мрежест модел на локалната крайна повърхност, но ефектът от подобрението не е очевиден. Следователно, за порьозността от свиване в позиция с дебела стена е необходимо локално увеличаване на екструдирането. Когато продуктът не е напълно втвърден, за подаване се използват екструдиращи щифтове. Този метод е теоретично осъществим, но гъстите газови отвори в продукта са относително разпръснати и един екструдиращ щифт не може да покрие цялата площ, докато множество екструдиращи щифтове не са практични. Следователно, това решение не е осъществимо. Като се има предвид използването на локално намаляване на температурата на матрицата, метод за подобрение 2 е да се добави точково охлаждане на откритата челна повърхност, за да се подобри локалното охлаждане и втвърдяване, да се намали локалната порьозност при свиване и същевременно да се понижи температурата на повърхността на матрицата, за да се създаде по-дебел плътен слой върху повърхността на продукта, като по този начин се намали рискът от излагане по време на обработка. Фигура 15 показва мерките за подобрение на газовите отвори на свързващата повърхност на двигателя. След приемане на метод 2, вътрешното качество на продукта беше подобрено и проблемът с откритите газови отвори по време на обработка беше решен, отговаряйки на изискванията за качество на обработка на продукта.

4.3 Подобряване на газовите отвори в отвора на полувала​​​​​​​

Отворите за газ в позиция за обработка 4 бяха проверени. Установено е, че допустимото отклонение за обработка на продукта е от 0.6 до 0.8 мм, което е в рамките на нормалния диапазон на допустимото отклонение за обработка. Дебелината на околната стена беше приблизително 12 мм. Отворите за газ са разположени на захранващия отвор на литниковата система и не е имало проблем със задържане на студен материал в края. Освен това, вътре в отвора са разположени структури за водно охлаждане, за да се подобри охлаждането на дебелостенната зона и да се предотврати порьозност от свиване. По-нататъшен анализ на литниковата система на продукта разкри, че въпреки че на тази позиция има канал, той е точно срещу допустимото отклонение за газ на продукта, както е показано на Фигура 16. Това е блокирало алуминиевата течност да запълни локалната зона, което може да е причинило газовите отвори в тази зона поради недостатъчно запълване.

 

За да се реши проблемът с недостатъчното пълнене на алуминиевата течност, да се намали движещата се форма и да се модифицира системата за затваряне, подаването в позицията на отвора на полувала беше засилено. Метод 1 включваше разширяване на локалния плъзгащ се затвор, за да се надвиши съответната допустима граница на теглича. Това обаче доведе до директен удар на продукта върху неподвижния щифт на сърцевината на формата, причинявайки удар и нагряване на щифта, което доведе до кухини от свиване около него и често счупване на щифта, увеличавайки процента на повреди на формата. Метод 2 включваше заобикаляне на неподвижния щифт на сърцевината на формата и подвижния щифт на сърцевината на формата чрез добавяне на плъзгач между тях и прекъсване на преливника, за да се предотврати директното протичане на алуминиевата течност по преливника и причиняване на обратен поток и заклещване. Мерките за подобрение са показани на Фигура 17.

След подобряване на портата и моста съгласно Метод 2, отворите за газ в отвора на полувала бяха значително подобрени.

 

5 Заключение

 

Чрез разработването на процеса на леене под налягане за задния капак на корпуса на двигателя от алуминиева сплав е избрана осъществима схема за подаване, базирана на структурата на разделянето на продукта и принципите на подаване. Рационалността на схемата за подаване на продукта и системата за подаване е анализирана с помощта на числена симулация. В матрицата са предприети съответни мерки за съкращаване на цикъла на разработване на проекта. Чрез сравняване на проблемите, възникнали по време на реалното производство, с резултатите от симулацията, системата за подаване на продукта е допълнително оптимизирана, условията на процеса на формоване са подобрени и качеството на отливките е подобрено.