Componentes de carroceria fundidos-integrados representam um grande avanço tecnológico na fabricação automotiva moderna. Essa tecnologia permite a alta integração de peças de liga de alumínio em um único ou em poucos componentes grandes por meio de fundição sob pressão em uma{2}}etapa, reduzindo significativamente os custos de produção, melhorando a autonomia do veículo e melhorando o desempenho geral de segurança. Este artigo apresenta um estudo de caso de um projeto de fundição sob pressão com compartimento frontal integrado. Para componentes estruturados de grande-tamanho complexo-com alto desempenho mecânico e vários requisitos de conexão, identificamos desafios e riscos de fundição sob pressão. Através da análise de simulação, otimização dos parâmetros do processo e projeto do molde, o produto final atinge a conformidade com os requisitos de precisão dimensional, qualidade interna e desempenho mecânico.
1. Estrutura e Pontos Chave de Desenvolvimento do Compartimento Frontal Integrado
A fundição sob pressão integrada combina processos tradicionais de estampagem e soldagem em uma única etapa, usando máquinas de fundição sob pressão com alta força de fixação-para formar vários componentes de liga de alumínio em uma única ou poucas peças grandes. As vantagens desta tecnologia incluem:
Redução de custos: Menos etapas de produção e pontos de soldagem reduzidos reduzem o custo geral do veículo.
Design leve: liga de alumínio-de material único melhora o alcance do veículo.
Segurança aprimorada: Soldas reduzidas aumentam a rigidez torcional e o desempenho em colisões.
O compartimento frontal integrado estudado aqui mede 1600 mm × 940 mm × 700 mm, pesa 53 kg e tem espessura média de parede de 4,6 mm. O componente usa uma liga de alumínio isenta de-tratamento-térmico da série AlSi7. Os principais requisitos de desempenho incluem resistência à tração maior ou igual a 215 MPa, resistência ao escoamento maior ou igual a 115 MPa, alongamento maior ou igual a 9% e ângulo de flexão maior ou igual a 20 graus. A qualidade interna é rigorosamente controlada quanto à porosidade, defeitos de furos roscados e dimensões de contorno, com-taxa de aprovação em tamanho real maior ou igual a 97% e superfícies não{17}}usinadas controladas dentro de uma tolerância de 1,6 a 3,0 mm.
2. Processo de fundição sob pressão e projeto de molde
2.1 Desafios e Riscos
Como componente estrutural frontal, o compartimento frontal fundido-integrado deve atender aos requisitos de colisão, fadiga e desempenho de conexão, acomodando soldagem, SPR e juntas adesivas. O tamanho grande, os longos caminhos de enchimento e a solidificação irregular aumentam a complexidade do processo, exigindo equipamentos de alta precisão e rigoroso controle de qualidade. O uso de liga isenta de-tratamento-térmico evita a distorção térmica, mas requer monitoramento cuidadoso da composição do material e da qualidade do processo, incluindo inspeção de materiais recebidos, monitoramento do forno e verificações-no processo.
2.2 Projeto de Parâmetros de Processo
O material selecionado é uma liga de alumínio isenta de-tratamento-térmico AlSi7. A massa total incluindo sistema de comporta e ventilação é de aproximadamente 65,5 kg, com área projetada de 15.978 cm² e espessura média de parede de 4,6 mm. Os parâmetros do processo e as curvas de velocidade de injeção são calculados com base na taxa de preenchimento do molde, área do êmbolo, densidade do alumínio e espessura da parede para garantir enchimento e solidificação uniformes.
2.3 Análise e Otimização de Simulação
Os principais indicadores do processo foram otimizados usando simulação de fluxo:
Velocidade de enchimento: Velocidade da comporta interna mantida em 45–85 m/s, média de 67,4 m/s, garantindo enchimento estável do molde.
Temperatura de enchimento: Temperatura geral acima de 620 graus; áreas de baixa-temperatura são mitigadas pela adição de portas auxiliares para reduzir o risco de fechamento a frio.
Rastreamento de Fluxo de Material: Fluxo uniforme verificado sem convergência em torre de amortecimento ou regiões de rebitagem.
Solidificação e encolhimento: regiões de paredes-espessas são as últimas a solidificar; pinos pré-moldados e resfriamento de alta-pressão reduzem o risco de encolhimento.
Ventilação de Gás: Ventilação otimizada em áreas propensas a aprisionamento de gás.
Hot Spot e Mold Sticking: Pontos quentes identificados em regiões de paredes-espessas; zonas de aderência-de alto risco tratadas com nitretação e revestimento de superfície.
2.4 Correspondência de Moldes e Equipamentos
O projeto do molde e o sistema de injeção foram alinhados com uma especificação-de máquina de fundição sob pressão de força de fixação de 70.000 kN, força de injeção de 1.078 kN e pressão do sistema de 17,5 MPa, garantindo uma produção estável e precisa.
3. Testes e verificação de fundição sob pressão
3.1 Qualidade Interna
A inspeção-por raio X confirmou que a qualidade interna atendeu a todas as especificações, sem defeitos significativos.
3.2 Propriedades Mecânicas
Amostras retiradas do componente apresentaram resistência à tração maior ou igual a 233,4 MPa, limite de escoamento maior ou igual a 104,6 MPa e alongamento maior ou igual a 8,92%, atendendo aos requisitos de projeto.
3.3 Precisão Dimensional
Os resultados da digitalização 3D indicaram deformação geral dentro de 1,5 mm, obedecendo às tolerâncias dimensionais.
4. Análise de defeitos e medidas corretivas
Fechamento a frio e rachaduras nos cantos R-em nervuras de reforço: a geometria otimizada das nervuras, o raio do canto R-aumentado e a espessura reduzida do núcleo do molde melhoraram o fluxo do metal e resolveram problemas de fechamento a frio e rachaduras.
Arranhões na superfície da localização da porta: ângulo de inclinação aumentado, temperatura do molde ajustada de 80 graus a 50 graus e velocidade de injeção reduzida melhoram a qualidade da superfície.
Deformação da conexão da casa do leme: ângulo de ventilação do controle deslizante ajustado e função de correção de pressão adicionada para controlar a deformação e manter distâncias de abertura adequadas.
5. Conclusão
A otimização-de processos baseada em simulação mitigou com êxito áreas de alto-risco, incluindo fechamento a frio, encolhimento, aprisionamento de gás, pontos quentes e aderência do molde, prolongando a vida útil do molde, encurtando os ciclos de desenvolvimento e reduzindo custos.
O desempenho mecânico e dimensional superou as especificações de projeto (resistência à tração maior ou igual a 233,4 MPa, alongamento maior ou igual a 8,92%), garantindo segurança e confiabilidade ao veículo.
A fundição sob pressão integrada está revolucionando a produção automotiva, especialmente no setor de veículos elétricos, ao permitir a fabricação de integração-em etapas-. De acordo com a Citic Securities, a penetração global da fundição sob pressão integrada deverá atingir 30% até 2030, com potencial de mercado superior a 240 mil milhões de RMB. Seguindo o exemplo da Tesla, os principais OEMs, incluindo NIO, Xpeng, Zeekr, Li Auto, Changan, Chery, Volvo, Volkswagen, Mercedes e Toyota, estão adotando ativamente esta tecnologia.
