Изготовленные на заказ формы для литья под давлением алюминия поставлены для проекта корпусов электродвигателей для новых энергетических установок.

فوشان، الصين - 9 نوفمبر 2026 - نجح فريق متخصص من مهندسي الأدوات في تسليم مجموعة كاملة منقوالب صب الألمنيوم المخصصةصُممت هذه المجموعة خصيصاً لمشروع هيكل محرك مركبة الطاقة الجديدة (NEV)، مما يمثل علامة فارقة في توسع الشركة المستمر في سلسلة توريد التنقل الكهربائي. تتضمن المجموعة الرئيسيةقالب تجويفتم شحن قوالب العمل الجانبي الأساسية وألواح الإدخال المساعدة إلى منشأة الإنتاج الخاصة بالعميل بعد إجراء تجارب صارمة على القوالب والتحقق من الأبعاد.

يمثل غلاف المحرك أحد أكثر المكونات تطلبًا من الناحية الهيكلية في نظام نقل الحركة الكهربائي. إذ يجب أن يوفر في آن واحد محاذاة دقيقة للمحامل، وتبديدًا قويًا للحرارة لملفات الجزء الثابت والدوار، وحماية من التداخل الكهرومغناطيسي، وصلابة هيكلية تحت الاهتزاز المستمر، كل ذلك مع الحفاظ على وزنه الخفيف قدر الإمكان. ولتلبية هذه المتطلبات المتضاربة، يستفيد المشروع منصب القوالب بالضغط العالي(HPDC) مع سبيكة ألومنيوم معززة بالسيليكون تم اختيارها لتحقيق التوازن الأمثل بين السيولة والتوصيل الحراري والقوة الميكانيكية.

خلفية المشروع: فرصة بناء مساكن محركات سيارات الطاقة الجديدة

أدى التحول العالمي من محركات الاحتراق الداخلي إلى أنظمة الدفع الكهربائية التي تعمل بالبطاريات إلى خلق طلب غير مسبوق على المواد خفيفة الوزن.مكونات مصبوبة من الألومنيوم عالية الجودةعلى عكس كتل المحركات التقليدية، يدمج غلاف محرك السيارة الكهربائية وظائف متعددة في قطعة واحدة متكاملة الشكل: فهو بمثابة حامل الجزء الثابت، وحدود غلاف التبريد، وواجهة ناقل الحركة، ونقطة تثبيت إلكترونيات الطاقة. يقلل هذا الدمج من خطوات التجميع، ولكنه يرفع من مستوى الجودة المعدنية والأبعاد لكل عملية صب.

يتراوح وزن هياكل المحركات عادةً بين 8 و25 كيلوغرامًا بعد الصب، وتتراوح سماكة جدرانها بين 3.5 و8 ملم حسب مسارات التحميل. تتطلب قنوات التبريد المصبوبة مباشرةً في جدران الهيكل مسامية منخفضة للغاية لمنع تسرب سائل التبريد تحت ضغط يصل إلى 2.5 بار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحافظ تجاويف محامل الدوران على مركزيتها في حدود 0.03 ملم بعد التصنيع، مما يعني أن القالب يجب أن يكون...إنتاج المسبوكاتمع الحد الأدنى من تشوه الانكماش وسمك جدار ثابت عبر عملية إنتاج لعشرات الآلاف من اللقطات.

العميل الذي يقف وراء هذا المشروع هو مورد رئيسي لمركبات الطاقة الكهربائية، يخدم العديد من شركات صناعة السيارات الكبرى. يتطلب جدول إنتاجه كميات سنوية تقارب 120,000 هيكل، مما يؤثر بشكل مباشر على العمر الافتراضي المستهدف للقالب. تم تحديد عمر افتراضي قياسي للقالب يبلغ 150,000 دورة، وقد صُمم القالب ليتحمل دورات حرارية متكررة بين الألومنيوم المنصهر عند درجة حرارة تقارب 680 درجة مئوية، ودرجات حرارة سطح القالب التي يتم الحفاظ عليها بين 180 و220 درجة مئوية من خلال دوائر تبريد مُنظمة.

تصميم القوالب الدقيقة: هندسة الأدوات المخصصة

مرحلة التصميم لهذاقالب صب المعادنبدأ الأمر بمراجعة تفصيلية لهندسة القطعة ثلاثية الأبعاد للعميل، ورسمها الفني، ومواصفات الإنتاج. استخدمت فرق الهندسة برنامج محاكاة الصب MAGMASOFT لتقييم سلوك التعبئة، وأنماط التصلب، ومواقع العيوب المحتملة قبل قطع أي قطعة من الفولاذ. حددت المحاكاة مشكلتين مبكرتين: نتوء سميك بالقرب من تجويف المحمل يُحتمل أن يُسبب مسامية دقيقة، وقسم ضلع رقيق قد يُسبب تصلبًا مبكرًا وانغلاقًا باردًا.

ولمعالجة هذه المشكلات، قام فريق التصميم بتحسيننظام البواباتتم اختيار تصميم أحادي الجانب متعدد الفتحات لتوجيه المعدن المنصهر لأعلى على طول الجدار الأسطواني للغلاف، مما يقلل من دخول الهواء. وُضعت فتحات تصريف كبيرة الحجم عند أبعد جبهات التدفق لحجز المعدن البارد وأغشية الأكسيد. بالنسبة للجزء السميك، تم تطبيق التبريد المتسلسل بوضع حاجز تبريد موضعي خلف دبوس القلب مباشرةً، لسحب الحرارة بعيدًا عن البقعة الساخنة وتعزيز التصلب الموجه نحو الفتحات.

تتضمن القالبة ثمانية منزلقات هيدروليكية جانبية لتشكيل حواف تثبيت الغلاف، وفتحات التوصيل، ونتوءات منافذ التبريد. صُممت كل منزلقة بألواح مقاومة للتآكل وأسطح مُعالجة بالنتردة لمقاومة التآكل الناتج عن تناثر الألومنيوم. يتم إخراج القطعة المصبوبة من خلال مزيج من دبابيس الإخراج على طول حواف الحافة وألواح الطرد أسفل الجدار الأسطواني، مما يضمن خروجها بشكل متساوٍ دون انحناء أو خدش للسطح.

تم التعامل مع تصميم دائرة التبريد كمهمة هندسية بالغة الأهمية، وليس كأمر ثانوي. تم حفر 21 قناة مائية منفصلة عبر كل من تجويف القالب وحشوات القلب، وتم توجيه كل قناة عبر مشعب مزود بنظام تحكم مستقل في التدفق. يتيح هذا المستوى من الإدارة الحرارية لصانع القوالب الحفاظ على استقرار درجة حرارة سطح القالب، وهو أمر ضروري لضمان جودة صب متسقة وإطالة عمر القالب عن طريق الحد من تشقق الإجهاد الحراري.

تصميم القالب: فولاذ الأدوات H13 ومعالجة حرارية

المادة الأساسية المختارة لقالب التشكيل لهذا المشروع هيفولاذ الأدوات H13وهو فولاذ تشكيل ساخن من الكروم والموليبدينوم والفاناديوم، معروف في جميع أنحاءصناعة صب القوالببفضل مزيجه الممتاز من القوة في درجات الحرارة العالية، والمتانة، ومقاومة الإجهاد الحراري. يُعدّ H13 الخيار القياسي لـقوالب الإنتاج التي تعمل بسبائك الألومنيوم لأنه يقاوم التشقق (التشقق الحراري السطحي) الذي يصيب أنواع الفولاذ الأقل جودة بعد دورات الصدمات الحرارية المتكررة.

أُجريت عمليات التشغيل الخشن على مراكز طحن CNC، مع ترك سماكة تتراوح بين 3 و5 مم من المعدن على جميع أسطح التشكيل. ثم خضعت الكتل لدورة معالجة حرارية شاملة: الأوستنة عند درجة حرارة تقارب 1020 درجة مئوية، والتبريد بالزيت، والتطبيع الثلاثي للوصول إلى صلابة نهائية تتراوح بين 44 و46 HRC. يوازن نطاق الصلابة هذا بين مقاومة التآكل والمتانة اللازمة لتحمل الصدمات الناتجة عن حقن المعادن عالي السرعة. بعد المعالجة الحرارية، أُكملت عمليات التشغيل النهائية على ماكينات طحن CNC عالية الدقة وماكينات تشكيل المعادن بالتفريغ الكهربائي، مع الحفاظ على دقة تجويف القطع ضمن نطاق ±0.02 مم.

تُعدّ معالجة الأسطح عاملاً حاسماً في إطالة عمر الرقاقة. خضعت جميع أسطح التشكيل ومنزلقات القلب الجانبية لعملية نتردة بالبلازما بعمق يتراوح بين 0.15 و0.20 مم، مما أدى إلى تكوين طبقة صلبة مقاومة للحرارة تقلل من التصاق الألومنيوم باللحام وتسهل عملية الفصل. كما خضعت دبابيس القلب المختارة وتفاصيل الأضلاع الدقيقة لطبقة إضافية من TiAlN بتقنية الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD)، مما قلل الاحتكاك بشكل أكبر وأطال فترات الصيانة. تم صقل أسطح الفصل يدوياً لتحقيق إحكام شبه مثالي، مما يمنع حدوث الزوائد حتى في ظل ضغوط الحقن العالية التي تتراوح بين 40 و60 ميجا باسكال.

يبلغ وزن مجموعة القالب الكاملة حوالي 4.8 طن متري، وهي مصممة لتناسب آلة صب القوالب ذات الغرفة الباردة التي تبلغ قوتها 900 طن. صُنعت قاعدة القالب من فولاذ P20 المُقسّى مسبقًا، بينما تستخدم جميع مكونات التآكل والحشوات فولاذ H13 أو نوعه المُطوّر H13 ESR (المُعاد صهره بالخبث الكهربائي)، وذلك لتحسين النظافة وتجانس التصليد في الأجزاء السميكة الحساسة.

ضمان الجودة وتجربة القوالب

قبل شحن القالب، خضع لتجربة كاملة على آلة غرفة التبريد الخاصة بالعميل والتي تبلغ قوتها 900 طن. استخدمت التجارب الأولى سبيكة الألومنيوم A380، وهي المعيار الصناعي لـالمسبوكات الهيكلية، مع الحفاظ على درجة حرارة الانصهار عند 660-690 درجة مئوية. تم تعديل معلمات الحقن بشكل متكرر: سرعة الحقن البطيئة 0.2 م/ث عبر منطقة البسكويت، وتسارع الحقن السريع إلى 4.5 م/ث عند دخول المعدن إلى القالب، وضغط التكثيف 55 ميجا باسكال المطبق عند التعبئة النهائية لتقليص التغذية.

يتمثل أحد التحسينات الرئيسية في هذا المشروع في دمجصب القوالب بالتفريغتقنية متطورة. تعمل صمامات التفريغ المثبتة على سطح فصل القالب على سحب الهواء من التجويف بمعدلات تتجاوز 60 لترًا/ثانية، مما يقلل من مسامية الغاز المحتبس. يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية لأغلفة المحركات، التي يجب أن تكون محكمة الإغلاق تمامًا تحت ضغط سائل التبريد، وغالبًا ما تُعالج حراريًا بتقنية T6 لتحسين متانتها. وقد أسفرت عملية التعبئة بمساعدة التفريغ باستمرار عن إنتاج مصبوبات ذات مؤشرات كثافة تتجاوز 98.5%، ما يفي بمواصفات العميل لأغلفة التبريد المحكمة الإغلاق.

أُجري فحصٌ للأبعاد باستخدام آلة قياس الإحداثيات (CMM)، حيث تمت مقارنة خمسين خاصيةً أساسيةً للصب مع نموذج التصميم ثلاثي الأبعاد (CAD). وشملت النتائج الرئيسية مركزية التجويف بمقدار 0.022 مم، واستواء الحافة في حدود 0.08 مم، وتفاوت سُمك الجدار ضمن ±0.15 مم عبر المقطع الأسطواني. وأكد التصوير الفلوري بالأشعة السينية سلامةً داخليةً مقبولةً في تجويف المحمل والنتوءات السميكة، دون رصد أي شوائب أو عيوب في اللحام البارد في الدفعة التجريبية.

Качество поверхности имело не меньшее значение. Заказчик потребовал, чтобы поверхность отливки соответствовала классу точности CT5, без видимых линий потока, холодных припоев или следов пайки на обработанных уплотнительных поверхностях. Десять окончательных пробных отливок были утверждены командой инженеров по качеству заказчика, после чего пресс-форма была очищена, обработана антикоррозийным покрытием и упакована в ящики для экспорта.

Влияние на отрасль и перспективы на будущее

Успешная поставка этой пресс-формы для корпуса двигателя подчеркивает более глубокую тенденцию, меняющую мировую индустрию литья под давлением. По мере масштабирования платформ электромобилей автопроизводители подталкивают поставщиков к созданию более крупных и интегрированных отливок — направление, примером которого является подход гигалитья, объединяющий десятки отдельных деталей в единые компоненты, близкие к окончательной обработке. Хотя этот корпус не является гигалитьем в структурном смысле, он разделяет ту же инженерную философию: максимизировать интеграцию отливки, минимизировать последующую механическую обработку и сборку, а также полагаться на передовые инструменты для достижения стабильного качества при больших объемах производства.

Для европейских и североамериканских производителей оригинального оборудования (OEM) еще один фактор, существенно влияющий на решения о выборе оснастки, — это механизм корректировки углеродного следа ЕС (CBAM). Сами литейные формы не облагаются прямым налогом, но производимые ими литые компоненты несут в себе углеродный след, связанный с источником выплавки алюминия и энергией, используемой при литье. Поставщики оснастки, способные продемонстрировать энергоэффективные процессы, совместимость с переработанным алюминием и низкий процент брака (снижение количества отходов), имеют хорошие возможности для оказания поддержки клиентам в выполнении требований CBAM по отчетности.

В перспективе инженерная команда уже ведет предварительные переговоры по последующим проектам, включая второй вариант корпуса двигателя для более высокопроизводительной трансмиссии и корпус инвертора, использующий те же технологические платформы. Более широкая стратегия компании направлена ​​на расширение ассортимента литьевой оснастки для электромобилей — корпусов двигателей, батарейных отсеков, корпусов инверторов и несущих кронштейнов — при сохранении точности и надежности, которые требуются ведущим мировым клиентам.

Эта поставка также укрепляет конкурентные позиции китайских производителей литейной оснастки на мировом рынке. Международные клиенты все чаще признают, что разработка индивидуальных штампов, металлургия стали H13, интеграция вакуумной литниковой системы и возможность быстрой проверки могут быть обеспечены в Китае на уровне качества, сопоставимом с европейскими и японскими инструментальными цехами, с более короткими сроками выполнения и более оперативной инженерной поддержкой. Для такого проекта, как этот корпус двигателя, общий срок выполнения от утверждения 3D-модели до отливки образца составил 9,5 недель, что является показателем, которого обычно с трудом достигают европейские производители оснастки.

Ключевые слова, относящиеся к литью под давлением

• Литье под высоким давлением (HPDC) — процесс, при котором расплавленный алюминий впрыскивается в стальную форму с высокой скоростью и давлением, что позволяет получать большие объемы отливок с точными размерами и превосходной чистотой поверхности.

• Литейная форма — прецизионно обработанный стальной инструмент, обычно изготовленный из высокопрочной стали H13, который определяет геометрию отлитой детали посредством многократных циклов заполнения, затвердевания и извлечения.

• Инструментальная сталь H13 — хромомолибденованадиевая высокопрочная сталь, широко используемая для изготовления литьевых форм для алюминия благодаря своей прочности при высоких температурах, устойчивости к термической усталости и ударной вязкости при многократных термических циклах.

• Литниковая система — сеть каналов, литников и переливных отверстий, которая контролирует подачу расплавленного металла в полость матрицы, определяет направление потока и задерживает оксидные и холоднометаллические дефекты.

• Вакуумное литье под давлением — усовершенствованный вариант литья под высоким давлением, при котором воздух удаляется из полости формы перед впрыском металла, что значительно снижает газовую пористость и повышает плотность отливки для деталей, герметичных под давлением и подлежащих термообработке.