Fel cydran màs di-sgôr, gall ysgafnhau'r is-ffrâm esgor ar fanteision sylweddol gydag ymdrech gymharol isel. Ymhlith yr opsiynau amrywiol o ran deunyddiau, adeileddol a phroses, mae is-fframiau gwasgedd isel gwag aloi alwminiwm (LPDC) yn dangos cystadleurwydd cryf. Mae'r papur hwn yn cyflwyno manteision a heriau is-fframiau gwag annatod o safbwyntiau nodweddion strwythurol, proses weithgynhyrchu, a thechnolegau arloesol. Mae'n canolbwyntio ar ddwy dagfa gynhyrchu-postio-prosesu a pheiriannu-yn ogystal â dwy dagfa cynnyrch cynnyrch-castio gwasgedd isel-a thrin gwres. Cynigir atebion ar gyfer pob un. Yn olaf, rhagwelir tueddiadau datblygu'r dyfodol a thirwedd gystadleuol is-fframiau.
Geiriau allweddol: Subframe; Aloi alwminiwm; Pant annatod; dagfa; Tirwedd gystadleuol
1. Cefndir
Dros y degawd diwethaf, wedi'i ysgogi gan yr argyfwng ynni a rheoliadau cynyddol llym, mae cerbydau ynni newydd (NEVs) wedi tyfu'n gyflym. Dengys ystadegau, rhwng 2014 a 2023, bod treiddiad NEV wedi cynyddu o 0.3% i 31.6%. Fodd bynnag, mae NEVs, yn enwedig cerbydau trydan batri, yn wynebu heriau sylweddol o ran codi tâl ac ystod. Mae hyn wedi gosod dyluniad ysgafn ar lefel ddigynsail o bwysigrwydd.
Rhennir màs y cerbyd yn fàs sbring a màs unsprung. Mae màs sbring yn cyfeirio at y pwysau a gefnogir gan y system atal ac elfennau elastig, gan gynnwys y corff, injan, trawsyrru a theithwyr. Mae màs unsprung yn cyfeirio at gydrannau nad ydynt yn cael eu cynnal gan y system atal, fel olwynion, breichiau crog, ffynhonnau a damperi. Fel cydran grog graidd, mae'r is-ffrâm yn chwarae rhan hanfodol, a gall ei ysgafnhau arwain at effeithiau lluosog ym mherfformiad cyffredinol y cerbyd.
Mae'r is-ffrâm, a elwir hefyd yn "is-siasi," yn gweithredu fel asgwrn cefn yr echelau blaen a chefn. Mae'n cynnal yr echel a'r cynulliadau crog, gan eu cysylltu â phrif ffrâm y cerbyd. Mewn cerbydau teithwyr â strwythurau monocoque, mae'r is-ffrâm yn cysylltu'r systemau atal chwith a dde i uned integredig, a thrwy hynny gynyddu anystwythder cysylltiad, ynysu sŵn a dirgryniad, a gwella perfformiad NVH. Yn ogystal, mae'n darparu llwybrau llwyth atodol ar gyfer rheoli ynni damweiniau, gan wella diogelwch cerbydau.
Yn draddodiadol, mae is-fframiau wedi'u gwneud o ddur. Gyda'r ymdrech i ysgafnhau a mabwysiadu NEV, mae is-fframiau aloi alwminiwm yn profi twf cyflym. Gellir cynhyrchu is-fframiau aloi alwminiwm trwy stampio, hydroformio, weldio proffil, castio marw, castio pwysedd isel, neu uno dur-alwminiwm hybrid, gyda mathau strwythurol yn cynnwys sawl darn wedi'i weldio, cast solet annatod, a chynlluniau cast gwag annatod.
2. Nodweddion Is-fframiau Hollow Integral
2.1 Cyflwyniad
O ystyried amodau llwyth, ysgafnhau, allyriadau carbon, a chost, mae castio gwag annatod yn darparu manteision amlwg. Yn gyntaf, mae optimeiddio topoleg mewn datblygiad cynnar-yn seiliedig ar ofynion llwytho, gofod pecynnu, a dichonoldeb gweithgynhyrchu-yn lleihau pwysau i'r eithaf. Yn ail, o dan arwynebedd trawstoriadol cyfartal, mae aelodau pant tenau â waliau yn darparu anystwythder a chryfder penodol uwch. Yn drydydd, o'i gymharu ag is-fframiau weldio aml-ddarn, mae castiau annatod yn osgoi gwythiennau weldio a'r dirywiad parth yr effeithir arno gan wres cysylltiedig. Yn olaf, mae castio annatod yn disodli dwsinau o weithrediadau stampio a weldio gydag un cam ffurfio, gan fyrhau cylchoedd datblygu yn ddramatig a symleiddio rheolaeth y gadwyn gyflenwi.
Yn nodweddiadol, cynhyrchir is-fframiau gwag annatod trwy LPDC. Maent yn cynnwys chwe nodwedd ddiffiniol:
Dimensiynau mawr (tua. 1000–1200 mm × 800–1000 mm × 300–500 mm).
Rhannau waliau tenau, gyda thrwch wal sylfaen o 4–5 mm (yn lleol mor denau â 3.5 mm).
Ceudodau gwag sydd angen creiddiau tywod mawr, gan gynyddu'r craidd-gan wneud anhawster.
Trawstoriadau-cymhleth gydag amrywiad sylweddol mewn trwch wal a sawl man poeth.
Mae nifer o nodweddion peiriannu-chwe wyneb ar draws cyfarwyddiadau X, Y, a Z, sydd angen 20+ offer.
Wedi'i ddosbarthu fel rhannau hanfodol diogelwch siasi, gyda dim goddefgarwch am fethiant.
1.
Mae'r nodweddion hyn yn peri heriau sylweddol drwy gydol y broses weithgynhyrchu.
2.2 Proses Gynhyrchu
Mae gweithgynhyrchu is-fframiau gwag annatod yn cynnwys pum prif fodiwl: paratoi, castio pwysedd isel, glanhau, trin â gwres, a phrosesu post.
Paratoi: Gwneud craidd (mae creiddiau anorganig yn dod yn brif ffrwd am resymau amgylcheddol), toddi aloi (gan ddefnyddio A356, A356.2, AlSi7Mg, ZL101A gyda Llai na neu'n hafal i 40% o gynnwys wedi'i ailgylchu), a pharatoi llwydni (cotio, cynnal a chadw, atgyweirio).
Castio gwasgedd isel: Mae paramedrau castio a rheolaeth thermol llwydni yn effeithio'n uniongyrchol ar ansawdd cynnyrch (ee mandylledd, cynhwysiant, anffurfiad).
Glanhau: Mae'n cynnwys tynnu tywod, torri clwyd a riser, archwilio pelydr X, a malu. Mae effeithlonrwydd a rheolaeth ddimensiwn yn hollbwysig.
Triniaeth wres: Yn cynnwys hydoddi, diffodd, a heneiddio. Mae afluniad diffodd yn broblem fawr sy'n gofyn am liniaru trwy ddylunio llwydni, optimeiddio gosodiadau, ac addasiadau proses.
Prosesu-postio: Yn bennaf peiriannu, glanhau a chydosod. Peiriannu yw'r dagfa, gydag arfer prif ffrwd yn defnyddio peiriannau pum echel llorweddol, gan gyflawni ~30 munud y rhan.
3. Heriau Is-fframiau Hollow Integral
3.1 Materion Cynhenid
Y rhwystr mawr i fabwysiadu ehangach yw cost, sy'n parhau i fod yn llawer uwch nag is-fframiau dur oherwydd cyfraddau cynnyrch isel, amseroedd beicio hir, a defnydd deunydd crai.
Cynnyrch cynnyrch: Mae diffygion yn deillio o gastio (ee, mandylledd, crebachu, cynhwysiant, craciau) a thriniaeth wres (ee, afluniad diffodd). Ni oddefir y rhain mewn -gydrannau siasi critigol. Mae'r atebion yn cynnwys puro toddi, rheoli tymheredd llwydni, gatio wedi'i optimeiddio, a mireinio'r strategaeth diffodd.
Cylch cynhyrchu: Mae LPDC fel arfer yn gofyn am 360-420 eiliad fesul cast. Mae prosesau glanhau yn cymryd 240-300 eiliad y darn, tra gall peiriannu fod angen 20-60 munud (achosion gorau ~ 10 munud). Mae'r cylchoedd hir hyn yn cyfyngu ar y trwybwn.
Ffactorau eraill: Mae defnyddio deunyddiau a hyblygrwydd llinell gynhyrchu hefyd yn chwarae rolau. Mae NEVs yn aml yn gofyn am gynhyrchion cyfaint aml-amrywiaeth, isel, sy'n lleihau effeithlonrwydd mewn llinellau hynod awtomataidd.
3.2 Technolegau Cystadleuol
Mae nifer o dechnolegau newydd yn cyflwyno heriau a chyfleoedd:
Castio marw integredig: Cyfuno proffiliau gwag a thopoleg-cregyn wedi'u optimeiddio i mewn i un strwythur cast marw gwactod uchel, gan alluogi arbedion pwysau pellach ac enillion cynhyrchiant.
Castio electromagnetig: Yn defnyddio grymoedd electromagnetig yn lle pwysedd nwy i yrru llenwad toddi, gan gynnig rheolaeth lefel fanwl gywir, defnydd uwch o ddeunyddiau, ac addasrwydd ar gyfer castiau mawr.
Castio Llenwi Hybrid (HFC): Yn cyfuno pwysau nwy a hydrolig i fireinio microstrwythur a dileu mandylledd, gan gynhyrchu ansawdd metelegol uwch a phriodweddau mecanyddol.
creiddiau tywod printiedig 3D: Galluogi offer hyblyg a chost isel ar gyfer cynhyrchu prototeip neu swp bach, gan leihau costau datblygu ymlaen llaw.
3.3 Strategaethau Cystadleuol
Yn ôl data'r diwydiant, disgwylir i dreiddiad is-ffrâm aloi alwminiwm godi o 8% yn 2020 i dros 30% erbyn 2025, gyda chynlluniau gwag annatod yn tyfu o 5% i 28%. Mae p’un a ellir gwireddu’r potensial hwn yn dibynnu ar strategaethau ar draws tri dimensiwn:
Material: Aluminum alloys offer excellent formability and recyclability (>cyfradd adennill o 95%,<1% melt loss), lowering lifecycle costs and carbon footprint.
Proses: Mae LPDC yn sicrhau llenwi sefydlog ac ansawdd metelegol uchel, gan ddarparu cryfderau tynnol o 280-320 MPa, cryfderau cynnyrch o 220-250 MPa, ac ehangiad o 6-8%, sy'n addas ar gyfer cydrannau diogelwch siasi.
Strwythur: Mae'r dyluniad gwag yn lleihau camau proses a chost wrth wneud y mwyaf o anystwythder a chryfder. Mae adrannau tiwb sgwâr tenau â waliau o'u cwmpas yn dangos yr anystwythder a'r cryfder cymharol uchaf ymhlith geometregau trawstoriadol nodweddiadol.
4. Diweddglo
Wrth i NEVs gael eu mabwysiadu'n gyflymach, mae is-fframiau aloi alwminiwm-yn enwedig amrywiadau LPDC gwag annatod-yn barod ar gyfer twf sylweddol yn y farchnad. Mae eu manteision strwythurol a phroses yn eu gwneud yn hynod gystadleuol. Fodd bynnag, mae goresgyn heriau o ran amser cylch cynnyrch a chynhyrchu yn parhau i fod yn hollbwysig er mwyn lleihau costau a sicrhau mabwysiadu eang. Arloesedd parhaus mewn strwythur a gweithgynhyrchu fydd yr allwedd i gystadleurwydd yn y dyfodol.
