I componenti integrati della carrozzeria pressofusa-rappresentano un'importante innovazione tecnologica nella moderna produzione automobilistica. Questa tecnologia consente l'elevata integrazione delle parti in lega di alluminio in uno o pochi componenti di grandi dimensioni tramite la pressofusione in una-fase, riducendo significativamente i costi di produzione, migliorando l'autonomia del veicolo e migliorando le prestazioni di sicurezza complessive. Questo articolo presenta un caso di studio di un progetto di pressofusione del compartimento anteriore integrato-. Per componenti di grandi-dimensioni, complessi-strutturati con elevate prestazioni meccaniche e requisiti di connessione multipli, identifichiamo le sfide e i rischi della pressofusione. Attraverso l'analisi di simulazione, l'ottimizzazione dei parametri di processo e la progettazione dello stampo, il prodotto finale raggiunge la conformità con i requisiti di precisione dimensionale, qualità interna e prestazioni meccaniche.
1. Struttura e punti chiave di sviluppo del Comparto Frontale Integrato
La pressofusione integrata combina i tradizionali processi di stampaggio e saldatura in un unico passaggio, utilizzando macchine per pressofusione ad alta forza di chiusura-per formare più componenti in lega di alluminio in una o poche parti di grandi dimensioni. I vantaggi di questa tecnologia includono:
Riduzione dei costi: meno fasi di produzione e punti di saldatura ridotti riducono il costo complessivo del veicolo.
Design leggero: la lega di alluminio- monomateriale migliora l'autonomia del veicolo.
Maggiore sicurezza: la riduzione delle saldature aumenta la rigidità torsionale e le prestazioni in caso di incidente.
Il vano anteriore integrato qui studiato misura 1600 mm × 940 mm × 700 mm, pesa 53 kg e ha uno spessore medio delle pareti di 4,6 mm. Il componente utilizza una lega di alluminio senza-trattamenti termici-della serie AlSi7. I requisiti prestazionali chiave includono resistenza alla trazione maggiore o uguale a 215 MPa, resistenza allo snervamento maggiore o uguale a 115 MPa, allungamento maggiore o uguale al 9% e angolo di piegatura maggiore o uguale a 20 gradi. La qualità interna è rigorosamente controllata per porosità, difetti dei fori filettati e dimensioni dei contorni, con una percentuale di passaggio a dimensione intera-maggiore o uguale al 97% e superfici non-lavorate controllate entro una tolleranza di 1,6–3,0 mm.
2. Processo di pressofusione e progettazione dello stampo
2.1 Sfide e rischi
In quanto componente strutturale anteriore, il compartimento anteriore pressofuso integrato-deve soddisfare i requisiti di prestazioni in caso di collisione, fatica e connessione, accettando saldature, SPR e giunti adesivi. Grandi dimensioni, percorsi di riempimento lunghi e solidificazione irregolare aumentano la complessità del processo, richiedendo apparecchiature di alta precisione e un rigoroso controllo di qualità. L'utilizzo di leghe prive di-trattamenti-termici evita la distorsione termica ma richiede un attento monitoraggio della composizione del materiale e della qualità del processo, compresa l'ispezione del materiale in entrata, il monitoraggio del forno e i controlli in-processo.
2.2 Progettazione dei parametri di processo
Il materiale selezionato è la lega di alluminio AlSi7 senza-trattamento termico-. La massa totale, compresi i sistemi di chiusura e di ventilazione, è di ~65,5 kg, con un'area proiettata di 15.978 cm² e uno spessore medio delle pareti di 4,6 mm. I parametri di processo e le curve della velocità di iniezione vengono calcolati in base al rapporto di riempimento dello stampo, all'area dello stantuffo, alla densità dell'alluminio e allo spessore della parete per garantire riempimento e solidificazione uniformi.
2.3 Analisi e ottimizzazione della simulazione
Gli indicatori chiave del processo sono stati ottimizzati utilizzando la simulazione del flusso:
Velocità di riempimento: velocità del cancello interno mantenuta a 45–85 m/s, media 67,4 m/s, garantendo un riempimento stabile dello stampo.
Temperatura di riempimento: temperatura complessiva superiore a 620 gradi; aree a bassa-temperatura mitigate aggiungendo cancelli ausiliari per ridurre il rischio di chiusura a freddo.
Monitoraggio del flusso di materiale: flusso uniforme verificato senza convergenza nella torre di smorzamento o nelle regioni di rivettatura.
Solidificazione e ritiro: le regioni-delle pareti spesse sono le ultime a solidificarsi; i perni pre-fusi e il raffreddamento ad alta-pressione riducono il rischio di ritiro.
Sfiato del gas: sfiato ottimizzato nelle aree soggette a intrappolamento del gas.
Punti caldi e adesione di muffe: punti caldi identificati in regioni con pareti spesse-; zone di adesione ad alto-rischio trattate con nitrurazione e rivestimento superficiale.
2.4 Abbinamento di stampi e attrezzature
Il design dello stampo e il sistema di iniezione sono stati allineati con le specifiche della macchina per pressofusione-con una forza di chiusura di 70.000 kN, una forza di iniezione di 1.078 kN e una pressione del sistema di 17,5 MPa, garantendo una produzione stabile e precisa.
3. Prove e verifiche di pressofusione
3.1 Qualità Interna
L'ispezione a raggi X-ha confermato che la qualità interna soddisfa tutte le specifiche, senza difetti significativi.
3.2 Proprietà meccaniche
I campioni prelevati dal componente hanno mostrato resistenza alla trazione maggiore o uguale a 233,4 MPa, carico di snervamento maggiore o uguale a 104,6 MPa e allungamento maggiore o uguale a 8,92%, soddisfacendo i requisiti di progettazione.
3.3 Precisione dimensionale
I risultati della scansione 3D hanno indicato una deformazione complessiva entro 1,5 mm, rispettando le tolleranze dimensionali.
4. Analisi dei difetti e misure correttive
Chiusura a freddo e crepe negli angoli a R-nelle nervature di rinforzo: la geometria ottimizzata delle nervature, il raggio dell'angolo a R-aumentato e lo spessore ridotto del nucleo dello stampo hanno migliorato il flusso del metallo e risolto i problemi di chiusura a freddo e fessurazioni.
Graffi superficiali sulla posizione del cancello: l'angolo di sformo aumentato, la temperatura dello stampo regolata da 80 gradi a 50 gradi e la velocità di iniezione ridotta hanno migliorato la qualità della superficie.
Deformazione della connessione della timoneria: angolo di ventilazione del cursore regolato e aggiunta funzione di correzione della pressa per controllare la deformazione e mantenere le distanze di apertura corrette.
5. Conclusione
L'ottimizzazione dei processi basata sulla simulazione-è riuscita a mitigare le aree ad alto-rischio, tra cui chiusura a freddo, restringimento, intrappolamento di gas, punti caldi e adesione allo stampo, estendendo la durata dello stampo, abbreviando i cicli di sviluppo e riducendo i costi.
Le prestazioni meccaniche e dimensionali hanno superato le specifiche di progetto (resistenza alla trazione maggiore o uguale a 233,4 MPa, allungamento maggiore o uguale a 8,92%), garantendo sicurezza e affidabilità del veicolo.
La pressofusione integrata sta rivoluzionando la produzione automobilistica, in particolare nel settore dei veicoli elettrici, consentendo una produzione ad alta-integrazione-one-step. Secondo Citic Securities, la penetrazione globale della pressofusione integrata dovrebbe raggiungere il 30% entro il 2030, con un potenziale di mercato superiore a 240 miliardi di RMB. Seguendo l'esempio di Tesla, i principali OEM tra cui NIO, Xpeng, Zeekr, Li Auto, Changan, Chery, Volvo, Volkswagen, Mercedes e Toyota stanno adottando attivamente questa tecnologia.
