Automotif aluminium mati bahagian pemutus

1. Ringkasan Eksekutif

Aluminium mati (pemutus mati tekanan tinggi pada dasarnya, HPDC) adalah matang, laluan pembuatan tinggi yang menyampaikan bentuk berhampiran, Dimensi tepat, Bahagian ringan dengan kemasan permukaan yang baik untuk industri automotif.

Ia digunakan secara meluas untuk perumahan (penularan, kotak gear, motor), kurungan struktur, perumahan untuk elektronik kuasa dan pam, dan banyak bahagian aksesori.

Perdagangan kejuruteraan utama adalah: kos setiap bahagian vs. kelantangan, Kawalan keliangan vs. produktiviti, dan Prestasi mekanikal vs. Laluan proses/pasca proses.

Pilihan moden (Vacuum HPDC, memerah, Semi-pepejal, Rawatan haba pinggul dan T6) Biarkan jurutera memadankan integriti sebahagian untuk menuntut keperluan automotif termasuk aplikasi keselamatan kritikal dan keletihan yang sensitif.

2. Pasaran & Pemandu Kejuruteraan untuk bahagian aluminium die-cast dalam automotif

• Ringan: Beralih dari keluli ke aluminium dapat mengurangkan jisim bahagian sebanyak ~ 40-50% untuk jumlah yang sama (Al kepadatan ≈ 2.68-2.71 g · cm ³ vs keluli ≈ 7.85 g · cm⁻³).
  Pengurangan berat badan secara langsung meningkatkan ekonomi bahan api/julat EV.
• Integrasi & penyatuan bahagian: pemutus mati membolehkan geometri kompleks, tulang rusuk bersepadu, bos dan saluran yang mengurangkan kiraan bahagian dan kos pemasangan.
• Kos pada jumlah: HPDC mempunyai kos per bahagian yang rendah pada jumlah sederhana hingga tinggi (Beribu -ribu hingga berjuta -juta).
• Haba & EMI memerlukan: Perumahan die-cast untuk e-motors dan elektronik kuasa juga bertindak sebagai tenggelam haba dan perisai elektromagnet.
• Beralih ke EVS: EV Motors and Inverters Membuat Peluang Volume Tinggi Baru Untuk Perumahan Cast Aluminium Precision.
• Ketahanan & kakisan: aloi dan salutan yang sesuai menyampaikan hayat perkhidmatan automotif di seluruh iklim.

3. Proses aluminium yang biasa di mati

Pilihan utama ialah proses keluarga - masing -masing mempunyai keupayaan/kos yang berbeza:

• Casting mati tekanan tinggi (HPDC, ruang sejuk): industri kerja keras untuk bahagian aut automotif. Masa kitaran cepat, Dinding nipis, kebolehulangan yang sangat baik. Terbaik untuk keluarga A380/ADC12.
• Vacuum HPDC: Menambah vakum untuk mengurangkan keliangan gas dan meningkatkan ketegangan tekanan - digunakan untuk perumahan hidraulik, Sumps minyak, bahagian keselamatan.
• Memerah / HPDC + Memerah: menggunakan tekanan statik semasa pemejalan untuk mengurangkan rongga pengecutan dan meningkatkan ketumpatan tempatan; Berguna untuk kawasan kritikal setempat.
• Casting mati tekanan rendah (LPDC): Fill bawah dengan tekanan rendah; Pengisian yang lebih lembut - lebih baik untuk bahagian yang lebih besar/tebal tetapi lebih perlahan.
• Semi-pepejal / rheocasting (Tuhan): Suntikan buburan separa pepejal untuk mengurangkan pergolakan dan keliangan; kerumitan/kos yang lebih tinggi tetapi meningkatkan integriti.
• Laluan pasca proses: rawatan haba (T6), Menekan isostatik panas (Hip), pemesinan dan penamat permukaan adalah biasa untuk memenuhi spesifikasi mekanikal dan keletihan.

4. Aloi mati automotif biasa

5. Parameter proses tipikal & Julat praktikal (Automotif HPDC)

Casting mati tekanan tinggi untuk komponen automotif bergantung pada kawalan ketat cair, pembolehubah mati dan suntikan.

Berikut adalah julat praktikal peringkat kejuruteraan dan rasional di sebalik setiap parameter (Gunakannya sebagai titik permulaan untuk ujian kedai; Tetapan akhir mesti disahkan untuk aloi anda, mati dan geometri).

Penyediaan logam

Suhu cair untuk aloi al -Si biasa biasanya duduk di antara 660° C dan 720 ° C..

Suhu yang lebih tinggi meningkatkan ketidakstabilan dan membantu mengisi bahagian nipis tetapi meningkatkan pertumbuhan solder dan intermetallic mati; suhu yang lebih rendah mengurangkan pengecutan tetapi risiko sejuk.

Memegang titik set relau sering 690-720 ° C. untuk menstabilkan kimia dan mengurangkan buaian terma.

Hidrogen terlarut mesti dikawal-sasaran paras berputar ≤0.12 ml H₂ /100 G al (lebih rendah untuk bahagian tekanan atau keletihan tekanan).

Skimming dan fluks yang baik terus berkurang (Sasaran industri biasanya <0.3% mengikut berat badan).

Kawalan terma mati

Suhu mati pra-tembakan pada umumnya berada di 150-250 ° C. tingkap untuk casting automotif.

Keseragaman suhu mati adalah penting -mencari untuk menjaga kecerunan terma kecil (contohnya, ≤30 ° C. merentasi rongga kritikal) Untuk mengelakkan tempat panas setempat, pengecutan atau peperangan.

Semburan dan masa kitaran penyejukan (semburan on/mati dan kadar aliran penyejuk) disesuaikan untuk mengekalkan keseimbangan tersebut; Masa semburan sering di 1-3.5 s julat setiap kitaran bergantung pada bahagian jisim.

Suntikan dan profil tembakan

HPDC moden menggunakan profil pukulan dua peringkat: Isi awal yang perlahan untuk mengelakkan pergolakan diikuti dengan tahap kedua halaju tinggi untuk menyelesaikan pengisian sebelum pembekuan bermula.

Kelajuan tahap perlahan biasa adalah 0.1-0.3 m/s, Beralih ke halaju peringkat kedua dari 1.5 hingga 4.5 m/s Untuk kebanyakan bahagian dinding nipis automotif-bahagian yang sangat nipis dapat melihat kelajuan puncak sehingga kira-kira 6 m/s.

Titik suis biasanya ditetapkan pada 40-70% dari rongga mengisi; mengoptimumkan titik yang meminimumkan flash dan tembakan pendek.

Intensifikasi (atau memegang) Tekanan untuk menyatukan logam ke dalam zon lembap biasanya berkisar 70-160 MPa, dengan nilai yang lebih tinggi (menghampiri 200 MPA) digunakan untuk struktur, Tekanan yang ketat atau tipis berdinding.

Vakum dan pengurusan udara

Bantuan vakum digunakan secara meluas untuk casting struktur automotif.

Tekanan rongga yang boleh dicapai biasa adalah ≤50 mbar, dan komponen hidraulik atau kebocoran kritikal sering digunakan <10 mbar semasa mengisi.

Masa vakum yang berkesan memerlukan pemindahan segera sebelum mengisi dan mengekalkan vakum melalui pemejalan awal; Isi masa untuk hpdc vakum pantas (pecahan sesaat) jadi sistem vakum mesti mampu berbasikal cepat.

Pemejalan, masa pengapit dan kitaran

Masa pemejalan/penyejukan berbeza dengan jisim pemutus; Bahagian nipis kecil mungkin sejuk 3-6 s, sementara perumahan yang lebih berat memerlukan 8-12 s atau lebih.

Pengapit atau mengunci kekuatan dengan kawasan yang diunjurkan -penekan automotif berkisar antara beberapa ratus hingga beberapa ribu tan bergantung pada saiz bahagian.

Masa kitaran biasa untuk hpdc automotif ~ 15-60 s keseluruhan (mengisi, menguatkan, Buka, mengeluarkan), dengan dinding nipis, bahagian kecil di hujung cepat.

6. Reka bentuk untuk pemutus mati (Peraturan DFM untuk bahagian automotif)

Reka Bentuk Memacu Pengeluaran dan Kos. Peraturan utama:

Ketebalan dinding

• Sasaran Ketebalan dinding seragam. Minimum praktikal minimum 1-1.5 mm; 1.5-3 mm adalah perkara biasa. Elakkan perubahan secara tiba -tiba; Gunakan peralihan secara beransur -ansur.

Tulang rusuk

• Tulang rusuk meningkatkan kekakuan -ketebalan tulang rusuk ≈ 0.4-0.6 × Ketebalan dinding nominal dan elakkan membuat tulang rusuk lebih tebal daripada dinding. Gunakan fillet untuk mengurangkan kepekatan tekanan.

Bos

• Pastikan bos disokong oleh tulang rusuk, Elakkan bos berat menyebabkan tempat panas; Dinding bos biasa ≈ 1.5-2 × ketebalan dinding nominal tetapi dengan bos dalaman kecil memerlukan sokongan teras.

Draf & Letakkan

• Menyediakan draf: 0.5° -2 ° bergantung pada kedalaman dan tekstur ciri. Lebih banyak draf untuk permukaan bertekstur.

Fillet & radii

• Elakkan sudut tajam; menyediakan fillet (min 1.0-3.0 mm Bergantung pada skala) untuk mengurangkan kepekatan tekanan dan merobek panas.

Gating & limpahan

• Reka bentuk pintu dan limpahan untuk menggalakkan pemejalan arah. Letakkan pintu untuk memberi makan kawasan tebal dan cari lubang untuk mengelakkan udara terperangkap.

Mengecut & elaun pemesinan

• Elaun pengecutan linear biasanya 1.2-1.8%; Tentukan elaun pemesinan 0.5-2.0 mm Bergantung pada keperluan ciri dan penamat.

Toleransi & ciri kritikal

• Toleransi as-cast biasanya ± 0.2-1.0 mm; bores kritikal atau wajah pengedap biasanya dimesin selepas pemutus.

7. Bahagian automotif biasa & Contoh fungsional

• Penularan / Perumahan dan Penutup Kotak Gear - bos dalaman yang kompleks, lokasi pemasangan; selalunya hpdc vakum untuk ketegangan kebocoran.
• Komponen enjin (penutup, pam minyak) - Dinding nipis, bos bersepadu; Memerlukan kemasan permukaan yang baik.
• E-motor Housings / perumahan stator - Bertindak sebagai elemen struktur dan tenggelam haba; Selalunya varian A360/A356 dan T6 selepas rawatan penyelesaian untuk memenuhi keperluan mekanikal/terma.
• Kurungan penggantungan, Knuckles stereng (Dalam beberapa program) - Memerlukan integriti yang tinggi; kadang -kadang dilemparkan kemudian panas dirawat / dimesin atau diganti oleh komponen palsu bergantung kepada keperluan keletihan.
• Perumahan caliper brek (Reka bentuk tertentu) - Memerlukan ketegangan tekanan tinggi dan prestasi keletihan; Proses boleh menggabungkan HPDC dengan pinggul atau memerah.
• Perumahan Elektronik Kuasa / casing penyongsang - Memerlukan ciri -ciri yang baik, Pengaliran haba yang baik dan pelindung EMI.

Nota Kes: EV Motor Housings sering menggabungkan sirip nipis untuk penyejukan, bos tebal untuk galas, dan memerlukan bulat yang tepat pada lubang - reka bentuk mesti menyumbang kepada pembezaan dan urutan pemesinan perbezaan.

8. Mikrostruktur, Sifat mekanikal & Pasca pemprosesan

Aluminium Bahagian mati-cast memperoleh prestasi mereka dari interaksi yang ketat antara (a) mikrostruktur as-cast yang dihasilkan oleh pengisian pesat dan penyejukan mati, (b) Kimia aloi, (c) kecacatan yang berkaitan dengan proses (terutamanya keliangan), dan (d) laluan pemprosesan pasca yang dipilih (rawatan haba, Hip, pemesinan, rawatan permukaan).

Mikrostruktur ast biasa-apa yang diharapkan

• Kulit sejuk / Struktur mikro halus di muka mati. Pemejalan pesat di antara muka mati menghasilkan halus, Lapisan nipis "sejuk" (Dendrit yang sangat halus, eutektik halus) yang biasanya mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dan cenderung memberikan kekuatan permukaan yang baik dan rintangan memakai.
• Kolumnar pertengahan ke zon equiaxed. Di bawah lapisan sejuk, peralihan struktur ke bijirin equiaxed kasar dan dendrit aluminium primer dengan eutektik interdendritik (AL - Ya) dan intermetallics.
• Fasa intermetallic. Fe-kaya (Al -fe -si) platelet/jarum dan Cu- atau membentuk bentuk precipitates MG bergantung kepada kimia; Fasa ini biasanya rapuh dan mengawal kemuluran, permulaan dan kebolehkerjaan patah.
• Morfologi silikon. Dalam aloi al -Si, silikon muncul sebagai fasa eutektik; itu morfologi (acicular/platelet vs. diubahsuai berserabut) sangat mempengaruhi kemuluran.
  Pengubahsuaian SR dan penyejukan terkawal menghasilkan lebih baik, silikon yang lebih bulat yang meningkatkan ketangguhan dan pemanjangan.
• Jarak lengan dendrite (SDAS). Penyejukan lebih cepat → SDA yang lebih baik → kekuatan/kemuluran yang lebih tinggi.
  Bahagian nipis menguatkan lebih cepat dan oleh itu biasanya menunjukkan prestasi mekanikal yang lebih baik daripada bos tebal atau web.

Sifat mekanikal biasa

Nilai di bawah adalah sasaran kejuruteraan lantai kedai wakil; Nombor sebenar bergantung pada keliangan, SDAS, Rawatan haba dan lokasi kupon ujian berbanding dengan pemutus.

• A380 (Aloi HPDC biasa)

• • AS-CAST UTS: ~ 200-320 MPa
  • Pemanjangan: ~ 1-6%
  • Kekerasan Brinell (Hb): ~ 70-95

• A356 / A360 (Keluarga Al -Si -Mg, sering digunakan apabila kemuluran/penuaan yang lebih tinggi diperlukan)

• • AS-CAST UTS: ~ 180-300 MPa
  • T6 (penyelesaian + Umur buatan) UTS: ~ 250-360 MPa (julat kejuruteraan biasa ~ 260-320 MPa)
  • Kekuatan hasil (T6): ~ 200-260 MPa
  • Pemanjangan (T6): ~ 4-10% Bergantung pada keliangan
  • Kekerasan (Hb, T6): ~ 85-120

• A413 / varian tinggi-Si -Band UTS serupa dengan A356 as-cast; Direka untuk bahagian yang lebih tebal dan kestabilan terma.

Kaveat penting: keliangan (gas + pengecutan) adalah pengubah dominan.

Contohnya, Walaupun peningkatan sederhana dalam keliangan purata (0.5 → 1.0 vol%) dapat mengurangkan tegangan yang jelas dan, terutamanya, prestasi keletihan dengan ketara - Pengurangan kekuatan keletihan biasa 20-50% biasa bergantung pada saiz/kedudukan liang dan keadaan ujian.

Laluan pasca pemprosesan dan kesannya

Rawatan haba penyelesaian & Penuaan Buatan (T6)

• Yang menggunakannya: terutamanya aloi al -Si -mg (A356/A360) untuk meningkatkan kekuatan dan kemuluran.
• Kitaran biasa (Garis Panduan Kejuruteraan): penyelesaian ~ 520-540 ° C. (≈ 6-8 h) Bergantung pada saiz seksyen pemutus, Quench dengan cepat (air), Kemudian umur di 155-175 ° C selama 4-8 jam (masa/temp dioptimumkan setiap aloi).
• Kesan: Meningkatkan UT dan hasil, Meningkatkan kemuluran, tetapi menonjolkan akibat mekanikal dari sebarang keliangan yang tinggal (I.e., liang menjadi lebih merosakkan selepas T6 kerana kekuatan matriks lebih tinggi).
• Implikasi reka bentuk: Keliangan rendah mesti dicapai sebelum T6 jika keletihan adalah kritikal.

Menekan isostatik panas (Hip / penyebaran)

• Tujuan: Tutup keliangan pengecutan dalaman dan mikrokor untuk memulihkan ketumpatan hampir penuh dan meningkatkan kehidupan keletihan dan ketangguhan.
• Tetingkap pinggul kejuruteraan biasa untuk aloi al:~ 450-540 ° C. pada ~ 100-200 MPa selama 1-4 jam (proses dan kitaran yang dipilih untuk mengelakkan penuaan mikrostruktur yang terlalu banyak atau merugikan).
• Kesan: dapat meningkatkan kemuluran dan keletihan hidup secara dramatik; digunakan secara selektif di mana kos dibenarkan (Mis., Komponen automotif kritikal atau aeroangkasa keselamatan atau aeroangkasa).

Memerah / tekanan dalam-mati

• Kesan: menggunakan tekanan statik semasa pemejalan untuk mengurangkan keliangan pengecutan, Meningkatkan ketumpatan tempatan di kawasan tebal tanpa pinggul pasca cast.

Menembak peening / Rawatan mekanikal permukaan

• Kesan: mendorong tekanan sisa mampatan berhampiran permukaan dan meningkatkan rintangan keletihan kitaran tinggi; biasa digunakan pada fillet kritikal, lubang bolt atau muka machined.

Salutan & penamat permukaan

• Anodizing, E-Coats, cat Melindungi daripada kakisan dan boleh menutupi liang permukaan kecil tetapi jangan membaiki keliangan struktur. Pengedap filem anodik meningkatkan ketahanan kakisan dalam persekitaran yang agresif.

Tekanan pelepasan tekanan

• Pelepasan tekanan ringan (Mis., penuaan rendah atau pelepasan tekanan pada ~ 200-300 ° C) dapat mengurangkan tekanan pemutus sisa dari kecerunan terma, Meningkatkan kestabilan dimensi dan mengurangkan risiko SCC dalam aloi yang terdedah.

9. Kecacatan biasa, Punca akar & Remedi

10. Ekonomi & Pertimbangan program

• Kos perkakas: julat kos mati dari puluhan hingga ratusan ribu USD bergantung pada kerumitan dan sisipan. Memimpin Waktu Minggu hingga Bulan.
• Pemandu kos setiap bahagian: Kos aloi, masa kitaran, kadar sekerap, pemesinan, penamat dan ujian.
• Break-Even Volume: Kos perkakas yang tinggi bermaksud pemutus mati adalah ekonomi dari beribu -ribu hingga puluhan/ratusan ribu bahagian -bergantung pada bahagian jisim dan keperluan pemesinan.
• Pertimbangan Rantaian Bekalan: bekalan aloi mentah selamat; rawatan haba dan kapasiti pemesinan; Keupayaan NDT; risiko untuk semakan mati. Reka bentuk untuk kebolehpasaran dan pembuatan awal.

11. Kemampanan & kitar semula

• Kitar semula aluminium: Skrap aluminium sangat boleh dikitar semula; aluminium kitar semula (sekunder) menggunakan kira -kira ~ 5% tenaga diperlukan untuk peleburan utama (Anggaran kejuruteraan lama).
  Menggunakan kandungan kitar semula mengurangkan tenaga terkandung dengan ketara.
• Kecekapan bahan: Pemutus bentuk berhampiran net mengurangkan sisa pemesinan vs pemesinan bilet.
• Proses tenaga: Pencairan adalah intensif tenaga; amalan cair yang cekap, Pemulihan haba sisa dan kandungan kitar semula yang lebih tinggi membantu jejak yang lebih rendah.
• Akhir-hayat: Bahagian mati boleh dikitar semula; Pemisahan sekerap (Bersih Al Vs Bersalut) AIDS kitar semula.
• Manfaat kitaran hayat ringan: Penjimatan Berat dalam Kenderaan Mengurangkan Penggunaan Bahan Api/Tenaga Sepanjang Hayat; Kuantiti dengan LCA untuk keputusan program.

12. Aluminium mati pemutus vs. Bahan automotif alternatif

13. Kesimpulan

Automotif Aluminium Die Casting adalah teknologi transformatif yang membolehkan ringan, Elektrik, dan matlamat kelestarian industri automotif global.

Gabungan unik kecekapan volum tinggi, bahagian integrasi, dan daya saing kos menjadikannya tidak boleh digantikan untuk powertrain, struktur, dan komponen khusus EV.

Oleh kerana pengangkatan EV mempercepatkan dan skala gigacasting, pemutus mati aluminium akan menjadi asas kepada inovasi automotif -memandu lebih ringan, lebih cekap, dan kenderaan lestari selama beberapa dekad yang akan datang.

 

Soalan Lazim

Apa aloi yang terbaik untuk perumahan motor EV?

Pilihan biasa adalah A356/A360 (Al -si -mg) Apabila kekuatan T6 dan prestasi terma diperlukan; A380 digunakan untuk perumahan tekanan rendah.

Pilihan akhir bergantung pada toleransi keliangan, keupayaan rawatan haba dan keperluan pemesinan.

Betapa nipis dinding boleh mati?

Minimum praktikal biasa adalah ~ 1.0-1.5 mm; boleh dicapai hingga ~ 1 mm dalam alat dan proses yang dioptimumkan, tetapi mengharapkan kawalan yang lebih ketat.

Adakah hpdc vakum menghilangkan keliangan?

Ia berkurangan dengan ketara keliangan gas dan meningkatkan ketegangan tekanan tetapi tidak sepenuhnya menghilangkan keliangan pengecutan; memerah, Hip atau Gating yang lebih baik mungkin diperlukan untuk ketumpatan hampir penuh.

Berapa lama masa mati?

Kehidupan mati berbeza -beza—beribu -ribu hingga beberapa ratus ribu tembakan-Depending pada aloi, mati keluli, salutan, penyejukan dan penyelenggaraan.

Adalah pemutus mati yang mampan?

Ya-terutamanya apabila kandungan aluminium kitar semula tinggi digunakan dan bentuk dekat-bersih mengurangkan sisa pemesinan.

Walau bagaimanapun, pengeluaran lebur dan mati menggunakan tenaga; Pengoptimuman proses adalah penting untuk prestasi kitaran hayat terbaik.