معرفة

تم تطوير عملية صب القالب للغطاء الخلفي لغلاف محرك سبائك الألومنيوم. في المرحلة المبكرة، تم ترتيب العداء بشكل معقول وفقًا لهيكل المنتج، وتم إجراء تحليل التعبئة والتصلب لنظام البوابة باستخدام برنامج محاكاة رقمي. أثناء عملية الإنتاج الفعلية، وجد أنه من الصعب إزالة فتحات الغاز في المسبوكات. وفقًا لهيكل المنتج، تم اعتماد حلول مختلفة لمناطق مختلفة. بالنسبة لثقوب الغاز في المنطقة ذات الجدران الرقيقة في نهاية المنتج حيث لا يمكن ترتيب وعاء الخبث، تم استخدام ملحق العادم وزيادة سمك الجدار لتحسين سيولة سائل الألومنيوم؛ بالنسبة لثقوب الغاز الكثيفة في المنطقة ذات الجدران السميكة في نهاية نظام البوابة، تم تعزيز التبريد لتسريع التصلب الموضعي وزيادة سمك الطبقة الكثيفة على سطح المنتج؛ بالنسبة لثقوب الغاز في المنطقة ذات الجدران السميكة عند منفذ التغذية، تم تحليل نظام البوابات وتقوية التغذية محليًا، إلخ. أظهرت نتائج الإنتاج التجريبي أن ثقوب الغاز الكلية للمنتج قد تحسنت باستخدام المخطط المُحسَّن، وانخفض معدل الخردة. الكلمات المفتاحية: غطاء الطرف الخلفي لغلاف المحرك؛ عملية الصب بالقالب؛ المحاكاة العددية.

 

يُعدّ الغطاء الخلفي لغلاف المحرك مكونًا أساسيًا في نظام دفع الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة [1-3]. وتتمثل وظيفته الرئيسية في دعم دوار المحرك وتثبيت الجزء الثابت، وفي الوقت نفسه منع دخول المواد الخارجية مثل الغبار وبخار الماء إلى المحرك. لذلك، هناك متطلبات معينة لقوة هيكل المنتج وإحكامه. في الوقت نفسه، يعتمد موضع ثقب المحمل للمنتج على إدخالات محلية بعد التشكيل، ويجب مراعاة موضع وضغط الإدخالات في القالب، مما يزيد من صعوبة صنع القالب وتصحيح أخطاء عملية الإنتاج. لذلك، من المهم جدًا ضمان إنتاج مستقر للقالب من خلال التصميم المبكر وتحسين عملية القالب لاحقًا.

 

 

1. هيكل الصب ومتطلبات التطوير

 

يظهر في الشكل 1 الجزء الخاص بغطاء نهاية محرك السيارة التي تعمل بالطاقة الجديدة. يبلغ حجم محيط الجزء 397.98 ملم × سماكة 91.48 ملم × 286.46 مم، ووزن الصب 5.71 كجم، ومتوسط ​​سمك الجدار 8.06 مم، والمساحة المتوقعة 74,759 مم²مادة الصب هي سبيكة ألومنيوم ADC12. سمك جدار الصب الكلي سميك نسبيًا، بحد أقصى 33 مم وحد أدنى 4 مم، وسمك الجدار غير متساوٍ. يعتمد وضع حجرة المحمل للمنتج على إدخالات موضعية، ومادة الإدخال مصنوعة من فولاذ 45#، مُخمّد ومُقسّى، بصلابة (HRC) تتراوح بين 24 و30. يجب أن تتوافق جميع الأبعاد الخارجية للمنتج مع متطلبات التجميع الموضحة في الرسم. يتطلب سطح تزاوج المحرك وسطح تركيب لوحة غطاء صندوق الأسلاك متطلبات إحكام. تُستخدم فتحة المحمل وفتحة نصف العمود لتثبيت دوار المحرك، وهناك متطلبات معينة لفتحات الغاز المكشوفة بعد المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، يجب ألا تكون هناك علامات حرق أو خدوش واضحة في الزوايا، وألا يحتوي المنتج على نتوءات أو وميض. يتطلب المنتج اختبار إحكام الهواء، ومتطلبات إحكام الهواء المحددة هي: ضغط الاختبار 22 كيلو باسكال، والتسرب المسموح به أقل من 5 مل/دقيقة.

 

 

2. تطوير وتصميم القالب

 

2.1 تصميم خط تقسيم المنتج

 

بناءً على تحليل هيكل المنتج، تم اختيار خط الفصل المناسب للقوالب المتحركة والثابتة. بالإضافة إلى ذلك، يُفكّك جانب المنتج في اتجاهين، لذا يجب تصميم القالب بمنزلقين لسحب النواة للفصل. يوضح الشكل 2 خط فصل القوالب المتحركة والثابتة، وخط فصل المنزلق للمنتج.

 

 

 

2.2 تحليل سمك جدار المنتج

 

يوضح الشكل 3 تحليل سُمك جدار غطاء الطرف الخلفي لغلاف المحرك. بناءً على سُمك جدار المنتج، أُجري التحليل على جانب القالب الثابت للمنتج. يتميز الجانب الأيسر بمساحة صغيرة ذات سُمك جدار سميك نسبيًا، بينما يتميز النصف الأيمن بسمك جدار كلي سميك نسبيًا (انظر الشكل 3أ). عند تحليله على جانب القالب المتحرك للمنتج، يتبين أن القالب المتحرك عبارة عن هيكل ضلعي، وتقع الأضلاع السميكة بشكل رئيسي على الجانب الأيسر (انظر الشكل 3ب). لذلك، فإن سُمك جدار المنتج على كلا الجانبين غير متساوٍ للغاية. لضمان وجود حشو كافٍ من مادة الألومنيوم عند موضع سُمك الجدار، يجب تقوية تصميم البوابة عند موضع سُمك الجدار.

 

 

2.3 تصميم نظام البوابة

 

ينصبُّ تصميم نظام البوابة على اختيار البوابة. عادةً، يُحدَّد موضع البوابة وشكلها وفقًا لشكلها وبنيتها ومتطلبات دقة الصب [4]. بناءً على التحليل الهيكلي للمنتج، يُمكن تغذية المنتج على جانب المنزلق 1 وجانبه المقابل. مع ذلك، وبالنظر إلى المواضع الحرجة للمنتج، باستثناء سطح تزاوج المحرك الذي لا يتأثر بمحيط المنتج بالكامل، فإن فتحات المحمل وفتحات نصف العمود بعيدة عن جانب المنزلق 1، ويقع سطح تركيب لوحة غطاء صندوق الوصلات على الجزء الخلفي من المنزلق على جانب القالب المتحرك ويتأثر بحجب مادة المنزلق 1. لذلك، وُضعت البوابة على الجانب المقابل للمنزلق 1 لضمان قرب موضع التغذية من فتحات المحمل وفتحات نصف العمود، وعدم تأثر سطح تركيب لوحة غطاء صندوق الوصلات بحجب مادة المنزلق 1. يكون تصميم البوابة الداخلية كما يلي: رُتبت 4 بوابات داخلية على الوجه النهائي المُشَكَّل على الجانب المقابل للمنزلق 1، ورُتبت بوابة داخلية واحدة على كل من المواضع غير المُشَكَّلة على كلا الجانبين لتعزيز التعبئة على كلا الجانبين. وفي الوقت نفسه، وُضِع جسر في منتصف الفتحة الدائرية الخارجية للمنتج لتمرير المادة. ويوضح الشكل 4 التصميم النهائي لنظام البوابة.

 

تم اعتماد تحليل محاكاة الصهارة، ويتم عرض الظروف الأولية لتحليل تدفق القالب في الجدول 1. تم استخدام مخطط pQ للتحقق من عقلانية العمليات ذات الصلة، وإعدادات العملية ذات الصلة معقولة كما هو موضح في الشكل 5.

 

تم محاكاة عملية ملء منتج الصب بالكامل وتحليلها بواسطة Magma، كما هو موضح في الشكل 6. يمكن ملاحظة أنه عندما يمتلئ سائل الألومنيوم لمدة 2.604 ثانية، يملأ السائل المعدني من البوابتين الداخليتين بالقرب من المجرى الرئيسي التجويف أولاً (انظر الشكل 6أ)؛ عندما يمتلئ لمدة 2.625 ثانية، تبدأ جميع البوابات الداخلية بملء التجويف (انظر الشكل 6ب)؛ عندما يمتلئ لمدة 2.658 ثانية، يمتلئ الصب بالكامل (انظر الشكل 6ج). خلال عملية الملء بأكملها، يكون وقت ملء السائل المعدني عبر البوابات الداخلية 44 مللي ثانية، ويمتلئ السائل المعدني في موضع الجدار السميك للمنتج أولاً، دون أي نقص في الملء. يلبي نظام البوابات متطلبات ملء المنتج.

 

يوضح الشكل 7 التوزيع الكلي لضغط الغاز في الصب. تقع المناطق ذات قيم ضغط الغاز الأعلى في وعاء الخبث وفتحة الفائض لنظام البوابة والأضلاع السميكة الجدران للمنتج، مما يشير إلى احتمال أكبر للمسامية في هذه المواضع. يوضح الشكل 8 عملية تصلب المنتج. يمكن ملاحظة أنه بعد 3 ثوانٍ من اكتمال الملء، تتصلب بعض الحواف (انظر الشكل 8أ)؛ وبعد 12 ثانية من اكتمال الملء، يتصلب معظمه (انظر الشكل 8ب)؛ أما مواضع التصلب البطيء فهي المناطق السميكة الجدران للمنتج.

 

وفقًا لنتائج المحاكاة، يتضح أن نظام البوابات هذا قادرٌ على ملء مادة الألومنيوم في التجويف. في الوقت نفسه، يتركز ضغط الغاز بشكل رئيسي في وعاء الخبث وبعض الأضلاع غير المجهزة محليًا للمنتج. وقد تم تحديد نظام البوابات والصرف هذا مبدئيًا. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لسماكة جدار المنتج الكلية السميكة نسبيًا وتوزيعه غير المتساوي، يحدث تبريد محلي غير منتظم، مما يمكن استخدامه كمرجع لتصميم نظام تبريد القالب.

 

2.4 تصميم نقل الماء بواسطة العفن

 

يُوضع ماء التبريد في المنطقة ذات الجدران السميكة من الصب لضمان تأثير التبريد عليها وتجنب حدوث مسامية الانكماش وتجاويف الانكماش فيها. يعتمد محيط المنتج على نقل مياه التبريد بشكل مستقيم، بينما صُمم التبريد النقطي لمواقع أخرى. في الوقت نفسه، تُستخدم دبابيس التبريد النقطية للدبابيس الأساسية التي يبلغ قطرها ϕ5 مم أو أكثر. يظهر نظام التبريد النهائي في الشكل 9.

 

3 عملية إنتاج تجريبية لصب القوالب والمشاكل

 

وفقًا لمطابقة تصميم القالب، تم استخدام آلة صب قوالب Idra بقدرة 16,000 كيلو نيوتن للإنتاج. تم اختيار قطر الثقب ليكون 120 مم، وكانت الشوط الفعال للحقن 620 مم. كانت كتلة سائل الألومنيوم المار عبر البوابة الداخلية 6.15 كجم. تم ضبط موضع السرعة العالية النظري على 380 مم، وكانت سرعة ارتفاع الثقب الحقن 4 م/ث، وتم ضبط موضع الضغط على 560 مم. تم استخدام هذه المعلمات كمعلمات أساسية للتصحيح والإنتاج. كانت المعدات المحيطة بالآلة عبارة عن معدات إنتاج أوتوماتيكية بالكامل، والتي يمكن أن تضمن بشكل فعال استقرار عملية الإنتاج. أثناء تصحيح أخطاء الإنتاج الفعلي، تم ضبط موضع السرعة العالية بشكل مناسب للتحقق من جودة المنتج. أخيرًا، عندما كان موضع السرعة العالية 420 مم، وكانت سرعة السرعة العالية 4.2 م/ث، وكان موضع الضغط 560 مم، كانت جودة المنتج مثالية. ومع ذلك، من خلال الكشف عن العيوب بالأشعة السينية، وُجد أن المسامية لا تزال غير مستقرة في بعض المناطق المحلية. يوضح الشكل 10 حالة مسامية المنتج. معيار ثقوب الانكماش الغازي الداخلي في المنتج: في الموضع 1، يكون سمك الجدار عند نهاية الصب أقل من 9.5 مم؛ وفي المواضع من 2 إلى 4، يتجاوز سمك الجدار المحلي 9.5 مم، ويتوافق المعيار المحلي مع معيار الدرجة 2 لسمك جدار سبيكة الألومنيوم وثقوب الغاز. معيار المظهر بعد المعالجة: في الموضعين 1 و4، لا يوجد حد لعدد ثقوب الغاز غير المتصلة التي يقل قطرها عن 0.25 مم، وللثقوب غير المتصلة التي يقل قطرها عن 2 مم.×بعمق 2 مم، لا يوجد أكثر من 2 لكل 100 مم طول؛ في الموضعين 2 و3، لا يوجد حد لعدد فتحات الغاز غير المتصلة التي يقل قطرها عن ϕ0.25 مم، وبالنسبة للفتحات غير المتصلة التي يقل قطرها عن ϕ1 مم×بعمق 1 مم، لا يزيد عدد الفتحات عن فتحتين لكل 100 مم طول. يتضح أن معايير مظهر ما بعد المعالجة أكثر صرامة من المعايير الداخلية. بعد الإنتاج في هذه الحالة وفحص المعالجة باستخدام الحاسب الآلي، وُجد أن فتحات الغاز المكتشفة بالأشعة السينية كانت مكشوفة جزئيًا بعد المعالجة (انظر الشكل 11)، لذا يلزم إجراء المزيد من التحسينات على فتحات الغاز في المنتج.

 

 

4. تحسين قضايا الإنتاج التجريبي

4.1 تحسين فتحات الغاز على الجدار الجانبي للفتحة المربعة

 

يوضح الشكل 12 التركيب المحلي للفتحة المربعة. تقع الفتحة المربعة في موضع ذيل الماء لنظام الصب والحقن، في منتصف المنتج. يبلغ سمك الجدار المحلي للفتحة المربعة 2.8 مم. ونظرًا لعدم القدرة على ترتيب حزم الخبث حول الفتحة المربعة، يصعب خروج الغاز المحلي. وفي الوقت نفسه، يكون سمك جدار المنتج رقيقًا نسبيًا مقارنة بالمنتج الكلي، وبالتالي فإن السيولة المحلية لمادة الألومنيوم ضعيفة نسبيًا، ومن المرجح أن يحدث تراكم للمواد الباردة. ولمعالجة العادم وتقليل تراكم المواد الباردة، تم تحليل أن استخدام حزم الخبث لإزالة العادم والخبث هو الطريقة الأكثر فعالية. ونظرًا لقيود بنية المنتج، من المستحيل إضافة حزم الخبث مباشرة، لذلك تم اعتماد حل شامل. يوضح الشكل 13 تدابير تحسين فتحات الغاز على الجدار الجانبي للفتحة المربعة. الإجراء الأول هو إجراء معالجة القطع والإدخال على الجدار الجانبي حيث تظهر فتحات الغاز بعد المعالجة (انظر الشكل 13أ)، باستخدام سطح الفصل المُطابق لإدخال القالب لإخراج الهواء؛ الإجراء الثاني هو زيادة سُمك الجدار المحلي إلى 3.8 مم (انظر الشكل 13ب)، مما يُحسّن سيولة حشوة الألومنيوم السائلة ويُقلل من تراكم المواد الباردة محليًا. بعد تطبيق الإجراءات الشاملة، وُجد أن فتحات الغاز المحلية قد تحسنت بشكل جيد، وأنها استوفت متطلبات جودة المنتج.

 

 

4.2 تحسين فتحات الغاز على سطح تزاوج المحرك

 

تقع فتحات الغاز في الموضعين 2 و3 على نفس سطح المنتج، كما هو موضح في الشكل 14، وتقع على جانب ذيل الماء لنظام الصب والحقن الخاص بالمنتج، وهو أيضًا موضع جدار سميك نسبيًا. بالنسبة لمواضع الجدار السميك للمنتج، يكون التصلب الموضعي أبطأ عمومًا. عندما تتصلب مواضع الجدار الرقيق المحيطة، تُقطع قناة التغذية الموضعية، ومن المرجح حدوث مسامية انكماش داخلي. بالإضافة إلى ذلك، ووفقًا للإنتاج، تلبي جودة فتحة الغاز الداخلية المتطلبات القياسية، لكن تعرض فتحات الغاز بسبب المعالجة لا يفي بالمعيار. لذلك، يهدف التحسين بشكل أساسي إلى تجنب التعرض. بالنسبة لمشكلة فتحات الغاز المكشوفة على سطح المعالجة وعند ذيل الماء، يمكن أن يلعب نمط الشبكة على سطح الطفو دورًا في إزالة العادم والمواد الباردة. تتمثل طريقة التحسين 1 في إضافة نمط شبكي على السطح النهائي المحلي، لكن تأثير التحسين ليس واضحًا. لذلك، من الضروري زيادة البثق موضعيًا لمسامية الانكماش في موضع الجدار السميك. عندما لا يتجمد المنتج تمامًا، تُستخدم دبابيس البثق للتغذية. هذه الطريقة مجدية نظريًا، لكن ثقوب الغاز الكثيفة في المنتج متناثرة نسبيًا، ولا يمكن لدبوس بثق واحد تغطية المنطقة بأكملها، في حين أن دبابيس البثق المتعددة غير عملية. لذلك، فإن هذا الحل غير ممكن. بالنظر إلى استخدام خفض درجة حرارة القالب الموضعي، تتمثل طريقة التحسين الثانية في إضافة تبريد نقطي على السطح النهائي المكشوف لتعزيز التبريد والتصلب الموضعي، وتقليل مسامية الانكماش الموضعي، وفي الوقت نفسه، خفض درجة حرارة سطح القالب لإنشاء طبقة كثيفة أكثر سمكًا على سطح المنتج، مما يقلل من خطر التعرض أثناء المعالجة. يوضح الشكل 15 تدابير التحسين لثقوب الغاز على سطح تزاوج المحرك. بعد اعتماد الطريقة الثانية، تم تحسين الجودة الداخلية للمنتج، وتم حل مشكلة ثقوب الغاز المكشوفة أثناء المعالجة، مما يلبي متطلبات جودة معالجة المنتج.

4.3 تحسين فتحات الغاز في فتحة نصف العمود​​​​​​​

تم فحص فتحات الغاز في موضع المعالجة 4. وُجد أن بدل التشغيل للمنتج يتراوح بين 0.6 و0.8 مم، وهو ضمن نطاق بدل التشغيل الطبيعي. وكان سمك الجدار المحيط حوالي 12 مم. وُضعت فتحات الغاز عند منفذ تغذية نظام البوابة، ولم تكن هناك مشكلة في احتجاز المواد الباردة في النهاية. بالإضافة إلى ذلك، تم ترتيب هياكل تبريد بالماء داخل الفتحة لتحسين تبريد المنطقة ذات الجدران السميكة ومنع مسامية الانكماش. كشف المزيد من التحليل لنظام بوابة المنتج أنه على الرغم من وجود مجرى في هذا الموضع، إلا أنه كان مقابل بدل السحب للمنتج مباشرةً، كما هو موضح في الشكل 16. وقد منع هذا سائل الألومنيوم من ملء المنطقة المحلية، مما قد يكون سببًا في فتحات الغاز في تلك المنطقة بسبب عدم كفاية الملء.

 

لمعالجة عدم كفاية ملء سائل الألومنيوم وتقليل حجم القالب المتحرك وتعديل نظام البوابة، تم تعزيز التغذية عند موضع فتحة نصف العمود. تضمنت الطريقة الأولى توسيع بوابة الممر المحلي لتجاوز مسودة السحب المقابلة. إلا أن هذا أدى إلى اصطدام المنتج مباشرةً بدبوس قلب القالب الثابت، مما تسبب في ارتطام دبوس القلب وتسخينه، مما أدى إلى تجاويف انكماش حوله وكسر دبوس القلب المتكرر، مما زاد من معدل فشل القالب. تضمنت الطريقة الثانية تجاوز دبوس قلب القالب الثابت ودبوس قلب القالب المتحرك بإضافة ممر بينهما وفصل الفائض لمنع سائل الألومنيوم من التدفق مباشرةً على طول الفائض والتسبب في ارتداده واحتباسه. توضح الشكل 17 إجراءات التحسين.

بعد تحسين البوابة والجسر وفقًا للطريقة 2، تم تحسين فتحات الغاز في فتحة نصف العمود بشكل كبير.

 

5 الخاتمة

 

من خلال تطوير عملية صبّ القالب للغطاء الخلفي لغلاف محرك سبائك الألومنيوم، تم اختيار نظام تغذية عملي بناءً على هيكل تقسيم المنتج ومبادئ التغذية. وتم تحليل جدوى نظام التغذية ونظام البوابات باستخدام المحاكاة الرقمية. واتُّخذت الإجراءات اللازمة على القالب لتقصير دورة تطوير المشروع. وبمقارنة المشاكل التي حدثت أثناء الإنتاج الفعلي بنتائج المحاكاة، تم تحسين نظام البوابات للمنتج بشكل أكبر، وتحسنت ظروف عملية التشكيل، ورُفعت جودة المسبوكات.