Konstrukcijski aluminijski lijevak pod tlakom: Kada dio mora držati automobil zajedno

Prvi put kada vam netko pokaže odljevak stražnjeg podvozja koji zamjenjuje sedamdeset prešanih čeličnih dijelova, vjerojatno vam instinkt govori da potražite spoj. Nema ga. Izašao je iz kalupa kao jedan komad, za otprilike devedeset sekundi ciklusa, i već je strukturno kvalificiran za nošenje udarnih opterećenja. Taj prijelaz - od sastavljenih prešanih dijelova do jednog velikog aluminijskog lijevanog proizvoda - promijenio je ono što Lijevanje pod pritiskom Sdobavljači moraju biti sposobni, a to je promijenilo razgovor koji kupci moraju voditi prije narudžbe alata.

Strukturno lijevanje pod tlakom nije samo veće konvencionalno lijevanje. Pravila dizajna, kemijski sastav legure, načini defekata i zahtjevi stroja dovoljno su različiti da radionica kvalificirana za standardne radove na kućištima i nosačima nije automatski spremna za čvor nosivog podokvira. Evo gdje se dva programa razlikuju i zašto je ta razlika važna svakome tko specificira ili nabavlja velike lijevane metalne dijelove.

Što "strukturno" zapravo znači u ovom kontekstu

Strukturna izrada od lijevanog metala znači da dio nosi primarno opterećenje. On ne samo da nešto zatvara, montira ili štiti - on prenosi silu, upravlja energijom sudara ili čini dio putničke ćelije vozila. Ta funkcija postavlja zahtjeve na svojstva materijala koje standardne legure za tlačno lijevanje ne mogu dosljedno ispuniti.

A380 je sinonim za konvencionalno lijevanje aluminija pod tlakom. Visoka fluidnost, dobra livljivost, tolerantan u kalupu. Njegova vlačna čvrstoća je oko 310 MPa u lijevanom stanju, a istezanje oko 3,5%. Za kućišta, nosače, cijevne spojnice i većinu lijevnih dijelova od aluminija koji su izloženi statičkom ili umjerenom dinamičkom opterećenju, to je u redu. Za ojačanje B-stupa ili zglob ovjesa koji mora preživjeti test sudara pri brzini od 50 km/h bez krhkog loma, istezanje od 3,5% je problem. Dio puca tamo gdje bi se trebao savijati.

Silafont-36 (AlSi9MgMn, otprilike ekvivalent varijanti A356 s niskim udjelom željeza) razvijen je posebno za ovaj jaz. Pažljivom kontrolom procesa i ciklusom toplinske obrade T6, postiže istezanje iznad 10% i vlačnu čvrstoću iznad 280 MPa - brojke koje omogućuju konstruktoru da izravno u specifikaciju odljevka upiše zahtjeve za performanse sudara. A356-T6 je ASTM ekvivalent koji se koristi u sjevernoameričkim programima, sa sličnim ciljevima mehaničkih svojstava.

Kvaka je u tome što Silafont-36 i A356-T6 manje opraštaju toplinu u kalupu od A380. Osjetljiviji su na onečišćenje željezom u talini, skloniji vrućem kidanju pri naglim promjenama presjeka i zahtijevaju kontrolirani T6 ciklus - obradu otopinom, kaljenje, umjetno starenje - što povećava troškove, vrijeme i rizik od deformacije kaljenjem na velikim presjecima. Dobavljač koji nudi ovu leguru treba dokumentirane podatke o praksi taljenja, a ne samo naziv legure na svojoj stranici o mogućnostima.

Pitanje tonaže stroja

Konvencionalno lijevanje aluminija pod pritiskom udobno podnosi silu stezanja od oko 800 tona. To pokriva projicirane površine do otprilike 600 cm² - dovoljno veliko za većinu radova na kućištima i ormarima, većinu cijevnih spojnica, većinu izrade funkcionalnih nosača po narudžbi. Strukturni dijelovi rutinski premašuju to. Odljevak stražnjeg poda za električno vozilo može imati projiciranu površinu od 3000 cm² ili više, što zahtijeva 4000 do 6000 tona sile stezanja kako bi se spriječilo da se kalup iskrivi.

Strojevi te veličine su drugačija kategorija kapitalne opreme. U globalnoj upotrebi je manje od dvjesto hladnjača kapaciteta preko 4000 tona. Broj dobavljača koji ih koriste u proizvodnom obimu, s podacima o procesnim mogućnostima, kratak je popis. Ako vaš dio spada u taj raspon, prvo kvalifikacijsko pitanje nije cijena - već ima li dobavljač zapravo stroj, a ne samo planira li ga nabaviti.

Korisna rana provjera: zatražite serijski broj određene preše koja bi obradila vaš dio, zatražite povijest održavanja i zatražite podatke o posljednjem dijelu koji je obradila na usporedivoj projiciranoj površini. Ako su ti odgovori nejasni, to je informacija.

Debljina stijenke i dizajn rebara - gdje konstrukcijsko lijevanje postaje teže

Standardna pravila za lijevanje pod pritiskom kažu da minimalna debljina stijenke za aluminij mora biti 1,5 mm, da se dijelovi moraju držati ujednačenih, a na svim unutarnjim kutovima se moraju postaviti zaobljenja. Ta pravila i dalje vrijede u konstrukcijskim radovima, ali s težim osnovnim dijelovima stupaju u interakciju na načine koji zahtijevaju pažljiviju pozornost.

Strukturni odljevci obično imaju osnovne stijenke debljine 2,5 do 5,0 mm, a ne 1,5 do 3,0 mm, kako je uobičajeno kod odljevaka. Deblji zidovi znače više metala za skrućivanje, sporije skrućivanje i više vremena za stvaranje šupljina od skupljanja u debelim dijelovima prije nego što se metal smrzne. Klinovi za stiskanje - hidraulički aktivirani klinovi koji se pomiču u još tekuće debele dijelove tijekom faze intenzifikacije - standardna su protumjera. Alat dizajniran bez njih za strukturno teške odljevke je alat dizajniran za stvaranje unutarnje poroznosti.

Pravila geometrije rebara prikazana gore primjenjuju se u bilo kojoj mjeri, ali su važnija kod debljine konstrukcijskog presjeka. Rebro koje se odvaja od osnovne stijenke od 3,5 mm ne smije biti više od pet puta veće od osnovne stijenke - otprilike 17,5 mm. Njegova vlastita širina trebala bi biti oko 60% osnovne stijenke, otprilike 2,1 mm. Radijus kuta u korijenu rebra treba biti minimalno R2. Ako se prekrše ti omjeri, baza rebra postaje toplinsko žarište koje stiskni klin možda neće moći dosegnuti, jer su udaljenost kretanja klina i geometrija postavljanja projektirani oko nominalnog presjeka, a ne prekoračenog.

Šuplji džepovi za olakšavanje rada - formirani od jezgri od soli ili keramičkih jezgri u nekim strukturnim programima - mogu smanjiti masu za 25 do 35% uz održavanje krutosti presjeka. Povećavaju složenost alata i troškove. Vrijedi ih razmotriti kada je dio dovoljno velik da težina doista utječe na ciljeve mase vozila.

Lijevanje pod vakuumom i smanjenim tlakom u strukturnoj mjerilu

Poroznost plina u konvencionalnom odljevku je kozmetički ili blagi funkcionalni problem. U konstrukcijskom odljevku koji će se zavarivati ​​ili koji mora proći rendgensku procjenu kvalitete, zarobljeni vodik i zrak su kriteriji odbacivanja, a ne samo nedostaci koje treba pratiti. Zato je vakuumski potpomognuto punjenje standardna praksa u konstrukcijskim programima, a ne opcionalno.

Vakuumski sustavi na strukturnim kalupima evakuiraju šupljinu ispod 100 mbar prije ulaska metala. To znatno smanjuje količinu plina koja se može zadržati. U kombinaciji sa sporijom, kontroliranijom brzinom punjenja od konvencionalnog HPDC-a - strukturni programi često koriste brzinu zatvaranja od 0,3 do 0,6 m/s umjesto 30 do 50 m/s tipičnih za rad s elektroničkim kućištima - rezultat je dio koji se može zavarivati ​​i toplinski obrađivati ​​bez stvaranja mjehurića.

Stvaranje mjehurića je način kvara koji povezuje toplinsku obradu T6 i poroznost. Kada odljevak s podzemnim plinskim porama prolazi kroz ciklus obrade otopinom od 500 °C, plin se širi. Ako je pora blizu površine, stvara mjehur koji uništava dio. Punjenje uz pomoć vakuuma i mala brzina zatvarača su uzvodne kontrole; rendgenska kontrola nepropusnosti mjehurića na definiranoj razini kvalitete je nizvodni ulaz.

Tko treba biti u prostoriji prije nego što se kalup dizajnira

Programi strukturnog lijevanja imaju neobično svojstvo: ljudi koji mogu učiniti odljevak livastim i ljudi kojima je potrebno da odljevak nosi opterećenje rješavaju različite probleme, a ako ne razgovaraju prije nego što se kalup dizajnira, svatko rješava svoj problem i stvara problem druge osobe.

Statički inženjer želi velikodušnu debljinu presjeka na mjestima prijenosa opterećenja, složenu geometriju rebara, integrirane nosače i stroge dimenzijske tolerancije na montažnim površinama. Inženjer procesa lijevanja želi ujednačene presjeke stijenki, široki nagib, blagu geometriju rebara i slobodu pomicanja linije razdvajanja na mjesto koje omogućuje pouzdano izbacivanje. Ni jedno ni drugo nije pogrešno. Konstruktor alata koji istovremeno dobiva upute od oboje - a ne sekvencijalno - izrađuje kalup koji funkcionira. Konstruktor alata koji dobiva dizajn odljevka nakon što ga je konstrukcijski tim finalizirao, a zatim mu se kaže da ga "učini livnim", proizvodi kalup kojim se izrađuju dijelovi s kojima nitko nije zadovoljan.

Taj razgovor je DFM pregled, a na strukturnoj razini košta pravi novac da se to preskoči. Prerada strukturnog kalupa od 4000 tona nakon što T1 uzorci otkriju toplinsku vruću točku ili liniju razdvajanja koja zadržava bljesak u kritičnom provrtu nije mali posao.

Što pitati dobavljača aluminijskog lijevanog pod pritiskom za konstrukcijske radove

Osim standardnih pitanja o certifikaciji legura i vlasništvu nad alatima, strukturni programi zahtijevaju nekoliko dodatnih razgovora.