Les composants de carrosserie moulés sous pression intégrés- représentent une avancée technologique majeure dans la fabrication automobile moderne. Cette technologie permet l'intégration élevée de pièces en alliage d'aluminium dans un seul ou quelques grands composants grâce au moulage sous pression en une seule étape, ce qui réduit considérablement les coûts de production, améliore l'autonomie du véhicule et améliore les performances globales de sécurité. Cet article présente une étude de cas d'un projet de moulage sous pression à compartiment avant intégré-. Pour les composants structurés-de grande taille et complexes-avec des performances mécaniques élevées et de multiples exigences de connexion, nous identifions les défis et les risques du moulage sous pression. Grâce à l'analyse de simulation, à l'optimisation des paramètres de processus et à la conception du moule, le produit final est conforme aux exigences de précision dimensionnelle, de qualité interne et de performances mécaniques.
1. Structure et points de développement clés du compartiment avant intégré
Le moulage sous pression intégré combine les processus traditionnels d'emboutissage et de soudage en une seule étape, en utilisant des machines de moulage sous pression à force de serrage élevée-pour former plusieurs composants en alliage d'aluminium en une seule ou quelques grandes pièces. Les avantages de cette technologie incluent :
Réduction des coûts : moins d’étapes de production et des points de soudure réduits réduisent le coût global du véhicule.
Conception légère : l'alliage d'aluminium mono--matériau améliore l'autonomie du véhicule.
Sécurité améliorée : la réduction des soudures augmente la rigidité en torsion et les performances en cas de collision.
Le compartiment avant intégré étudié ici mesure 1 600 mm × 940 mm × 700 mm, pèse 53 kg et présente une épaisseur de paroi moyenne de 4,6 mm. Le composant utilise un alliage d'aluminium sans traitement thermique-sans traitement thermique-série AlSi7. Les principales exigences de performance comprennent la résistance à la traction supérieure ou égale à 215 MPa, la limite d'élasticité supérieure ou égale à 115 MPa, l'allongement supérieur ou égal à 9 % et l'angle de flexion supérieur ou égal à 20 degrés. La qualité interne est strictement contrôlée pour la porosité, les défauts des trous filetés et les dimensions du contour, avec un taux de réussite en taille réelle supérieur ou égal à 97 % et des surfaces non usinées- contrôlées dans une tolérance de 1,6 à 3,0 mm.
2. Processus de moulage sous pression et conception de moules
2.1 Défis et risques
En tant que composant structurel avant, le compartiment avant intégré-moulé sous pression doit répondre aux exigences de résistance aux chocs, à la fatigue et aux connexions, en prenant en compte le soudage, le SPR et les joints adhésifs. Une grande taille, de longs chemins de remplissage et une solidification inégale augmentent la complexité du processus, nécessitant un équipement de haute précision et un contrôle qualité rigoureux. L'utilisation d'un alliage sans traitement thermique--évite la distorsion thermique mais nécessite une surveillance minutieuse de la composition des matériaux et de la qualité du processus, y compris l'inspection des matériaux entrants, la surveillance du four et les-vérifications en cours de processus.
2.2 Conception des paramètres de processus
Le matériau sélectionné est un alliage d'aluminium AlSi7 sans -traitement thermique-. La masse totale, y compris le système de portail et de ventilation, est d'environ 65,5 kg, avec une surface projetée de 15 978 cm² et une épaisseur de paroi moyenne de 4,6 mm. Les paramètres de processus et les courbes de vitesse d'injection sont calculés en fonction du taux de remplissage du moule, de la surface du piston, de la densité de l'aluminium et de l'épaisseur de la paroi pour garantir un remplissage et une solidification uniformes.
2.3 Analyse et optimisation de la simulation
Les indicateurs clés du processus ont été optimisés grâce à la simulation de flux :
Vitesse de remplissage : vitesse de la porte intérieure maintenue entre 45 et 85 m/s, en moyenne 67,4 m/s, garantissant un remplissage stable du moule.
Température de remplissage : température globale supérieure à 620 degrés ; zones de basse-température atténuées par l'ajout de portes auxiliaires pour réduire le risque de fermeture à froid.
Suivi du flux de matériaux : flux uniforme vérifié sans convergence dans la tour d'amortissement ou dans les régions de rivetage.
Solidification et retrait : les régions de paroi épaisse-sont les dernières à se solidifier ; Les broches préfabriquées-et le refroidissement à haute-pression réduisent le risque de retrait.
Ventilation des gaz : ventilation optimisée dans les zones sujettes au piégeage des gaz.
Points chauds et collage de moisissures : points chauds identifiés dans les régions de parois épaisses ; zones de collage à haut-risque traitées par nitruration et revêtement de surface.
2.4 Correspondance des moules et des équipements
La conception du moule et le système d'injection ont été alignés sur les spécifications d'une machine de moulage sous pression-d'une force de serrage de 70 000 kN, d'une force d'injection de 1 078 kN et d'une pression système de 17,5 MPa, garantissant une production stable et précise.
3. Essais et vérification du moulage sous pression
3.1 Qualité interne
L'inspection aux rayons X-a confirmé que la qualité interne répondait à toutes les spécifications, sans défauts significatifs.
3.2 Propriétés mécaniques
Les échantillons prélevés sur le composant ont montré une résistance à la traction supérieure ou égale à 233,4 MPa, une limite d'élasticité supérieure ou égale à 104,6 MPa et un allongement supérieur ou égal à 8,92 %, répondant aux exigences de conception.
3.3 Précision dimensionnelle
Les résultats de la numérisation 3D ont indiqué une déformation globale inférieure à 1,5 mm, respectant les tolérances dimensionnelles.
4. Analyse des défauts et mesures correctives
Fissures d'arrêt à froid et de coin R- dans les nervures de renfort : la géométrie optimisée des nervures, l'augmentation du rayon des coins R- et la réduction de l'épaisseur du noyau du moule ont amélioré le flux de métal et résolu les problèmes de fermeture à froid et de fissuration.
Rayures de surface de l'emplacement de la porte : angle de dépouille augmenté, température du moule ajustée de 80 degrés à 50 degrés et vitesse d'injection réduite, qualité de surface améliorée.
Déformation de la connexion de la timonerie : angle de ventilation du curseur ajusté et fonction de correction de presse ajoutée pour contrôler la déformation et maintenir les distances d'ouverture appropriées.
5. Conclusion
L'optimisation des processus basée sur la simulation-a réussi à atténuer les zones à haut-risque, notamment l'arrêt à froid, le retrait, le piégeage de gaz, les points chauds et le collage des moules, prolongeant ainsi la durée de vie des moules, raccourcissant les cycles de développement et réduisant les coûts.
Les performances mécaniques et dimensionnelles ont dépassé les spécifications de conception (résistance à la traction supérieure ou égale à 233,4 MPa, allongement supérieur ou égal à 8,92 %), garantissant la sécurité et la fiabilité du véhicule.
Le moulage sous pression intégré révolutionne la production automobile, en particulier dans le secteur des véhicules électriques, en permettant une fabrication à-haute intégration-en une seule étape. Selon Citic Securities, la pénétration mondiale du moulage sous pression intégré devrait atteindre 30 % d'ici 2030, avec un potentiel de marché dépassant 240 milliards de RMB. À l'instar de Tesla, de grands équipementiers tels que NIO, Xpeng, Zeekr, Li Auto, Changan, Chery, Volvo, Volkswagen, Mercedes et Toyota adoptent activement cette technologie.
