تعارف
مربوط ڈائی-کاسٹنگ ٹیکنالوجی اعلی پیداواری کارکردگی اور کم پیداواری لاگت جیسے فوائد پیش کرتی ہے۔ فی الحال تیز رفتار ترقی کے مرحلے میں، اس میں متعدد بڑے اجزاء پیدا کرنے، جسم کے ڈھانچے کو آسان بنانے، اور باڈی مینوفیکچرنگ کے عمل میں انقلاب لانے کی صلاحیت ہے [1]۔ انٹیگریٹڈ ڈائی-کاسٹ ریئر فلور 70 سے زیادہ اصل پرزوں کو ایک جزو میں اکٹھا کرتا ہے، جس سے گاڑی کا وزن نمایاں طور پر کم ہوتا ہے اور پیداواری کارکردگی میں بہتری آتی ہے۔ مولڈز، پروسیس، ڈائی-کاسٹنگ مشینیں، اور ہیٹ-علاج-مفت مواد مربوط ڈائی-کاسٹنگ [2-3] کی چار بنیادی ٹیکنالوجیز تشکیل دیتے ہیں۔ ڈائی-کاسٹنگ مشینیں خاص طور پر بڑے-پیمانے کی مشینوں کا حوالہ دیتی ہیں جن کی کلیمپنگ فورس 60,000 kN سے زیادہ ہوتی ہے [4]۔ حرارت-علاج-آج بنیادی طور پر استعمال ہونے والے مفت مواد اعلی-طاقت، اعلی-سختی کاسٹ ایلومینیم مرکب [5] ہیں، جو اپنی اعلیٰ مخصوص طاقت، بہترین کاسٹ ایبلٹی، اعتدال پسند قیمت، اور موجودہ مربوط ڈائی کاسٹ آٹوموٹیو [67] کے بنیادی مواد کے طور پر جانا جاتا ہے۔
گھریلو بڑے ایلومینیم ڈائی-کاسٹنگ کو انضمام کی بڑھتی ہوئی پیچیدگی کے ساتھ پیداوار کی شرح میں کمی کے چیلنج کا سامنا ہے۔ قابلیت کی شرح کو متاثر کرنے والے اہم عوامل میں شامل ہیں:
1. اہم بوجھ-بیئرنگ پوائنٹس پر غیر مستحکم معیار: جھٹکا جذب کرنے والے ٹاورز، ذیلی فریموں، اور C-ستونوں کے لیے تنصیب کی سطحیں اعلیٰ مکینیکل خصوصیات کا مطالبہ کرتی ہیں۔ ان علاقوں میں نمونے کی جانچ کرنا اکثر مشکل ہوتا ہے، ان میں معیار سے زیادہ اندرونی چھیدوں پر مشتمل نہیں ہونا چاہیے، اور بیرونی طور پر کولڈ شٹس سے پاک ہونا چاہیے۔ خاص طور پر، وہیل ہاؤس کے کنارے کے قریب سی-ستون کی تنصیب کی سطح ٹھنڈے بند ہونے کا شکار ہے۔
2. اہم ملاوٹ کی سطحوں پر غیر مستحکم طول و عرض: معدنیات سے متعلق کنارے پر پتلی-دیواروں والی سائیڈ پینل کی تنصیب کی سطحیں اندرونی یا باہر کی خرابی، یا یہاں تک کہ مڑنے (سامنے باہر، پیچھے باہر کی طرف) کے لیے حساس ہوتی ہیں۔ یہ ہم منصب حصوں کے ساتھ ملاپ کے بعد استحکام پر سمجھوتہ کرتا ہے اور پہلے سے بنے ہوئے سوراخ کی غلط ترتیب کا سبب بن سکتا ہے، جو مشینی ناکامی کا باعث بنتا ہے [8-15]۔
یہ مطالعہ انٹیگریٹڈ ڈائی-کاسٹ ریئر فلور کمپوننٹ میں نقائص کا اندازہ لگانے کے لیے تخروپن کو استعمال کرتا ہے اور اندرونی معیار کو بہتر بنانے کے لیے گیٹنگ اور اوور فلو سسٹم کو بہتر بناتا ہے، جس کا مقصد اسی طرح کی بڑی کاسٹنگز کو ڈیزائن کرنے کے لیے ایک حوالہ فراہم کرنا ہے۔
1 ساختی خصوصیات اور تکنیکی تقاضے
ریئر فلور کاسٹنگ مسافروں کے ڈبے کے عقبی حصے میں فرش سیکشن کی تشکیل کرتی ہے، جس میں اجزاء کو یکجا کیا جاتا ہے جیسے بائیں/دائیں پیچھے والے وہیل ہاؤسز، عقبی طول بلد بیم، کراس بیم، فرش کنکشن پلیٹس، اور اندرونی بیم کی مضبوطی۔ کاسٹنگ کا مجموعی طول و عرض 1,630 mm × 1,624 mm × 666 mm، 63 کلو گرام کا وزن، 3 ملی میٹر کی دیوار کی اوسط موٹائی، اور 23,000 cm² کا متوقع رقبہ ہے۔ اس کے بڑے سائز، پتلی دیواروں، اور جگہ کی اہم ضروریات، طویل سائیکل کے اوقات، اور ہیٹ ٹریٹمنٹ سے وابستہ مسخ ہونے کے خطرات کی وجہ سے، ایک ہیٹ-علاج-مفت ایلومینیم مرکب لازمی ہے۔
ایس پی آر (سیلف-پیئرسنگ ریوٹنگ) کا عمل مختلف اسٹیل-ایلومینیم مواد [8] کے ٹھنڈے جوڑنے کے لیے موزوں ہے۔ نتیجتاً، کاسٹنگ کے اگلے اور پچھلے سرے SPR کے ذریعے بالترتیب فرنٹ فلور اور ریئر فلور اسمبلی سے جڑ جاتے ہیں۔ بائیں اور دائیں وہیل ہاؤسز SPR کے ذریعے سائیڈ پینلز سے بھی جڑ سکتے ہیں۔ اگرچہ یہ چار کنارے پچھلی منزل کے بنیادی بوجھ -بیئرنگ زون نہیں ہیں، لیکن وہ مواد کی چپٹی اور اعلی طاقت کے تقاضوں کے مطابق، اعلی سیلنگ اور کنکشن کی سالمیت کا مطالبہ کرتے ہیں-۔
ظاہری شکل کے تقاضے: سرد شٹس، کریکس اور چپس جیسے نقائص سے پاک۔
مواد کی کارکردگی کے تقاضے (پری-بیک):
ایس پی آر لوکیشنز (باڈی سیمپلنگ): تناؤ کی طاقت 215 ایم پی اے سے زیادہ یا اس کے برابر، پیداوار کی طاقت 115 ایم پی اے سے زیادہ یا اس کے برابر، لمبا 12 فیصد سے زیادہ یا اس کے برابر، موڑ کا زاویہ 20 ڈگری سے بڑا یا اس کے برابر۔
وہیل ہاؤس کا پچھلا نصف حصہ (تھوڑا سا نیچے): تناؤ کی طاقت 215 MPa سے زیادہ یا اس کے برابر، پیداوار کی طاقت 110 MPa سے زیادہ یا اس کے برابر، لمبا 6% سے بڑا یا اس کے برابر، جھکنے کا زاویہ 20 ڈگری سے بڑا یا اس کے برابر۔
دیگر علاقے: 6% اور 12% کے درمیان لمبائی کی ضرورت۔
ڈائی کاسٹ باڈی کے نمونوں میں مکینیکل خصوصیات کی موروثی غیر ہم آہنگی کو مدنظر رکھتے ہوئے، مخصوص علاقوں میں ہر جگہ مخصوص مکینیکل خصوصیات کو حاصل کرنا مشکل ہے۔ لہذا، جھٹکا جذب کرنے والے ٹاورز اور طول بلد بیموں کی کلیدی بوجھ-برینگ کارکردگی کی تصدیق کرنے کے لیے بینچ ٹیسٹ کی ضرورت ہوتی ہے [9]۔ بینچ ٹیسٹوں میں عام طور پر پائیداری اور کچلنے کے ٹیسٹ شامل ہوتے ہیں:
پائیداری اور Z-ڈائریکشن کرش ٹیسٹ: پیچھے جھٹکا جذب کرنے والے لوڈنگ کی نقل کریں۔ پائیداری ٹیسٹ کا مطلب ہے بوجھ 11.5 kN۔ Z-ڈائریکشن کرش کے تحت، 38 kN کے پہلے-مرحلے کی لوڈنگ کے لیے 3 ملی میٹر سے کم یا اس کے برابر لوڈنگ پوائنٹ ڈیفارمیشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ 74 kN کے دوسرے-مرحلے کی لوڈنگ کے لیے لوڈنگ پوائنٹ پر کریکنگ کی ضرورت نہیں ہے۔
X-ڈائرکشن کرش ٹیسٹ: طول بلد بیم لوڈنگ کی نقل کرتا ہے۔ یکطرفہ لوڈنگ فورس کے تحت 206 kN سے زیادہ یا اس کے برابر، لوڈنگ پوائنٹ پر 3 ملی میٹر سے کم یا اس کے برابر کوئی کریکنگ اور ڈیفارمیشن نہیں ہونا چاہیے۔
2 ڈائی-کاسٹنگ پروسیس ڈیزائن
2.1 گیٹنگ سسٹم ڈیزائن
تیار شدہ پچھلی منزل کے سامنے کے سرے پر ایک فرنٹ کور پلیٹ کنکشن ونڈو ہے۔ تاہم، اس کا اعلیٰ تناسب (3.14) اور کنارے کا مقام سینٹر گیٹنگ کو غیر موزوں بنا دیتا ہے۔ ایک سنگل-سائیڈ گیٹنگ اپروچ، جو روایتی ڈائی کاسٹنگ کے لیے عام ہے، اپنایا گیا تھا۔ میگما بہاؤ کے تجزیہ کے نتائج کی بنیاد پر، تین رنر ڈیزائن (S1, S2, S3) کو ترتیب وار بہتر بنایا گیا تھا:
S1 اور S2 ڈیزائنوں میں 70,000 kN ڈائی-کاسٹنگ مشین استعمال کی گئی۔
S3 ڈیزائن نے 120,000 kN ڈائی-کاسٹنگ مشین کا استعمال کیا، کاسٹنگ باڈی میں معمولی ساختی اصلاح کو شامل کیا، اور پلنجر قطر، انگیٹس کی تعداد، اور انگیٹ ایریا میں اضافہ کیا۔
2.2 فلنگ اور سولیڈیفکیشن سمولیشن تجزیہ
میگما سافٹ ویئر نے ریئر فلور ڈائی-کاسٹنگ کے عمل کو نقل کیا۔ مولڈ مواد H13 ٹول اسٹیل تھا۔ کاسٹنگ میٹریل C611 ہائی-طاقت، ہائی-سختی ایلومینیم الائے [1] تھا۔ پیرامیٹرز سیٹ: پگھل درجہ حرارت 680 ڈگری، پلنگر درجہ حرارت 200 ڈگری، شاٹ آستین کا درجہ حرارت 250 ڈگری، سڑنا درجہ حرارت 180 ڈگری۔ انجکشن کے پیرامیٹرز فی اسکیم مختلف ہوتے ہیں۔
اسکیم S1 تجزیہ کے نتائج:
بھرنے کے--کے آخر میں، وہیل ہاؤس کنارے کی پوزیشن سب سے کم درجہ حرارت (~618.6 ڈگری) تھی اور پہلے ٹھوس (ٹھوس حصہ ~1%) تھی۔ اصل کاسٹنگ کے لیے زیادہ پگھلنے والے درجہ حرارت اور اس خطے میں سڑنا کی سطح کے درجہ حرارت پر توجہ مرکوز کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ مولڈ درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے، کولڈ شٹ کا خطرہ وسط-سیکشن وہیل ہاؤس کنارے پر موجود ہے۔
پگھلنے کے بعد جب پچھلے گہا کے نصف حصے تک پہنچ گیا، تو محدود بہاؤ کے علاقے کی وجہ سے 60 میٹر فی سیکنڈ تک بھرنے کی رفتار ہوتی ہے۔ آخری کراس بیم کے مرکز میں دو پگھلنے والی ندیاں آپس میں مل گئیں۔ تیز رفتاری کی وجہ سے پگھلا ہوا گھومتا ہے، جس سے ٹھنڈے بندوں اور دراڑیں پڑنے کا زیادہ خطرہ پیدا ہوتا ہے، جس سے مکینیکل خصوصیات کم ہوتی ہیں۔
ایک اہم قدمی فرق اور پیچھے کی طولانی شہتیر کے انگیٹ کے قریب موٹی دیوار دونوں اطراف میں الگ تھلگ ہوا کی جیبوں کا سبب بنی۔ اس زون میں مشینی سوراخ پوروسیٹی نقائص کو پیداوار کے لیے نقصان دہ بناتے ہیں۔
پگھلنے کے بعد سیل بیم میں داخل ہونے کے بعد، کاسٹنگ پریشر مسلسل بڑھ کر 30 MPa ہو گیا۔ کاسٹنگ باڈی پروجیکٹڈ ایریا (18,136 cm²) کی بنیاد پر، اس کے لیے 69,000 kN کی کلیمپنگ فورس کی ضرورت ہے۔ 1.2 کے حفاظتی عنصر کو مدنظر رکھتے ہوئے اور گیٹنگ سسٹم (تخمینہ تخمینہ شدہ رقبہ ~25,000 cm²) سمیت، مطلوبہ کلیمپنگ فورس 90,000 kN تک پہنچ گئی، جو 70,000 kN مشین کی صلاحیت سے زیادہ ہے۔
اسکیم S2 تجزیہ کے نتائج:
وہیل ہاؤس کے بالکل سامنے رنر کو شامل کرنے سے وہیل ہاؤس بھرنے کا وقت 51 ms (بمقابلہ . 59 ms برائے S1) تک کم ہو جاتا ہے۔ کل بھرنے کا وقت 86 ms تھا۔
دونوں وہیل ہاؤسز میں ہنگامہ آرائی زیادہ واضح تھی۔ بھرنے کے-کے-آخر میں کراس بیم میں پگھلنے والے سنگم پوائنٹ پر گیس کا مواد سب سے زیادہ تھا، جس سے سوراخوں، شگافوں، اور سکڑنے کے نقائص کے لیے اعلیٰ خطرات پیدا ہوتے ہیں [7]۔
وہیل ہاؤس کے علاقے میں سرد بہاؤ کا مسئلہ مؤثر طریقے سے حل نہیں کیا گیا۔
اسکیم S3 تجزیہ کے نتائج:
پچھلی اسکیموں کی بنیاد پر رنر کو بہتر بناتے ہوئے، وہیل ہاؤس ایج سینٹر اور اینڈ کراس بیم سینٹر میں اوور فلو ویلز شامل کیے گئے تھے۔ انگیٹ ایریا میں اضافہ کیا گیا تھا (رفتار برقرار رکھنے کے لیے زیادہ انجیکشن فورس کی ضرورت ہوتی ہے)۔ مشین کلیمپنگ فورس کو 120,000 kN تک اپ گریڈ کیا گیا۔
وہیل ہاؤس کنارے کا درجہ حرارت S1/S2 سے کم تھا لیکن مائع درجہ حرارت کے قریب تھا۔ 60 m/s کی زیادہ سے زیادہ رفتار کے ساتھ، پگھلنے کی رفتار 305 ms پر پہنچ گئی (وقت بسکٹ بھرنے سے شروع ہوا)۔ گہا مکمل طور پر 390 ایم ایس پر بھر گیا، 85 ایم ایس لے کر۔ کاسٹنگ پریشر 40 ایم پی اے تھا۔
S3 گیٹنگ سسٹم کے پیش کردہ ایریا (25,813 cm²) کی بنیاد پر، 120,000 kN مشین زیادہ سے زیادہ کاسٹنگ پریشر 46.5 MPa فراہم کر سکتی ہے، جو ضرورت کو پورا کرتی ہے۔
وہیل ہاؤس کے ساتھ جوڑے گئے اوور فلو کنویں نے S2 کے مقابلے میں ہوا کو بہتر بنایا۔ انگیٹ کی قربت نے پوروسیٹی کے خطرے کو بھی کم کردیا۔
S3 اسکیم کو مولڈ مینوفیکچرنگ کے لیے منتخب کیا گیا تھا۔
3 ٹیسٹ کے طریقے اور نتائج
3.1 ڈائی-کاسٹنگ پیرامیٹرز اور ٹیسٹ کے طریقے
پیداوار میں ایک Lijin 120,000 kN ڈائی-کاسٹنگ مشین استعمال کی گئی۔ مصر دات C611 حرارت-علاج-مفت مواد تھا (کیمیائی ساخت کے مطابق وضاحتیں)۔ روایتی AlSi10MnMg ساختی مواد کے مقابلے، حرارت-علاج-مفت مرکب دھاتیں بہتر طور پر پیش کرتے ہیں جیسا کہ-کاسٹ سختی، riveting کے لیے فائدہ مند ہے۔ پگھلنے کا درجہ حرارت 680 ڈگری تھا۔ متحرک اور فکسڈ مولڈ ویکیوم 10 kPa تھا۔
عمل کا بہاؤ: چھڑکنا → بلو-آف → مولڈ کلوزنگ → پوورنگ → ویکیوم ویکیویشن → انجکشن → لوکل سکوز → ڈائریکٹ کولنگ/اسپاٹ کولنگ → مولڈ اوپننگ → روبوٹ ایکسٹریکشن → انٹیگریٹی چیک → واٹر کوینچنگ → ٹرمنگ اور ایس ٹریمنگ → ہین بوٹ مارکنگ آف لائن → دستی ڈیبرنگ → ظاہری شکل اور جہتی چیک → اگلے عمل میں منتقلی
اندرونی معیار کے معائنے میں Maice FSC ہیوی-ڈیوٹی 9-محور ایکس رے معائنہ مشین کا استعمال کیا گیا۔ تناؤ کے نمونوں کو پہلے کاسٹنگ باڈی سے چھوٹے خالی جگہوں (80-100 ملی میٹر لمبائی، 15-30 ملی میٹر چوڑائی) کے طور پر کاٹا گیا، پھر 25 ملی میٹر گیج کی لمبائی کے ساتھ معیاری تناؤ کے نمونوں میں مشین بنایا گیا۔
3.2 اندرونی معیار کا معائنہ
ایکس- رے معائنہ کے نتائج نے پچھلی منزل کاسٹنگ کے انگیٹ ایریاز، ریئر کراس بیم، یا سائیڈ وہیل ہاؤسز میں کوئی خاص پوروسیٹی نقص نہیں دکھایا۔ اندرونی معیار ASTM E505 لیول 2 کے معیار پر پورا اترتا ہے۔ موٹی دیواروں کی وجہ سے، مشینی سوراخ کرنے والے مالکان چھیدوں کا شکار تھے، جس کے لیے کھلے چھیدوں کے لیے مزید جانچ پڑتال اور ظاہری معیارات کی تعمیل کی ضرورت تھی۔ CMT5305 ٹینسائل ٹیسٹنگ مشین کا استعمال کرتے ہوئے تھریڈڈ انسرٹس یا سیلف-ٹیپنگ اسکرو کے لیے لوڈ برقرار رکھنے کے ٹیسٹ کیے گئے۔
3.3 باڈی سیمپلنگ سے ٹینسائل مکینیکل پراپرٹیز
کاسٹنگ باڈی پر 39 مقامات پر مکینیکل خصوصیات کا تجربہ کیا گیا۔ سیمپلنگ پوائنٹس کو متوازی طور پر تقسیم کیا گیا تھا (L: بائیں باڈی سائیڈ، R: دائیں باڈی سائیڈ)، کلیدی علاقوں کا احاطہ کرتے ہوئے:
پوزیشنز 1-10: وہیل ہاؤس ایج (سائیڈ ریوٹنگ ایج)۔
پوزیشنز 11-20: وہیل ہاؤس کا درمیانی حصہ۔
پوزیشنز 21-23: انگیٹ ایریا (پچھلی منزل کی اسمبلی ریوٹنگ ایج)۔
پوزیشنیں 31-34: فرنٹ کور پلیٹ کنکشن ایج۔
پوزیشنیں 35-37: پُر کرنے کے اختتام پر سامنے کی منزل کا کنارہ-۔
نتائج:
تناؤ کی طاقت (TS) اور پیداوار کی طاقت (YS) تمام مقامات پر نسبتاً مستحکم تھیں۔ اوسط TS 237 MPa تھا؛ اوسط YS 118.9 MPa تھا۔
لمبا مقام کے لحاظ سے نمایاں طور پر مختلف تھا، اوسطاً صرف 6.5%، کچھ پوائنٹس 6% سے بھی کم۔ اوسط لمبائی کی قیمت نمونے لینے کے مقام اور مقدار سے متاثر ہوتی ہے اور صرف ایک حوالہ کے طور پر کام کرتی ہے [9]۔ مقابلے کے لیے، اسی مواد کا استعمال کرتے ہوئے ایک اور پچھلی منزل نے اوسطاً 9% کی لمبائی حاصل کی۔
گاہک کی ابتدائی ترقی کے تقاضوں کی بنیاد پر، جسمانی خصوصیات (خاص طور پر کچھ جگہوں پر لمبا ہونا) پوری طرح پوری نہیں ہو سکتیں۔ لہذا، صرف جسم کے نمونے لینے کے نتائج مصنوعات کی اہلیت کا واحد معیار نہیں ہو سکتے۔ مجموعی کارکردگی کو بینچ ٹیسٹ اور گاڑی کی توثیق کے مکمل نتائج کی بنیاد پر پرکھا جانا چاہیے۔
4 نتیجہ
(1) میگما سافٹ ویئر C611 ایلومینیم الائے ریئر فلور کاسٹنگ کے لیے گیٹنگ سسٹم کو ڈیزائن اور بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ تخروپن سے پتہ چلتا ہے کہ قدم والے علاقوں میں دیوار کی موٹائی کی اہم تبدیلیاں، ان علاقوں میں بہنے والے کم پگھلنے والے درجہ حرارت کے ساتھ مل کر، ہوا میں پھنسنے، ٹھنڈے بند ہونے اور دراڑیں ڈالنے کے خطرات پیدا کرتی ہیں۔ آخری کراس بیم کے علاقے میں فلنگ پریشر کے تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ پچھلی منزل کی مکمل تشکیل کے لیے 90,000 kN سے زیادہ کلیمپنگ فورس کے ساتھ ڈائی کاسٹنگ مشین ضروری ہے۔
(2) پروڈکشن کے لیے 120,000 kN ڈائی-کاسٹنگ مشین کا انتخاب، سمولیشن-بیسڈ آپٹیمائزیشن کے ساتھ، مؤثر طریقے سے porosity اور shrinkage porosity کے نقائص کو ختم کیا۔ تاہم، ساختی منتقلی والے علاقوں اور دیواروں کی موٹائی کے اہم تغیرات والے علاقوں میں دراڑیں میکانی خصوصیات کو متاثر کرتی ہیں۔ C611 ریئر فلور کاسٹنگ باڈی سے کاٹے گئے نمونوں سے اوسط پیداوار کی طاقت، تناؤ کی طاقت، اور لمبا بالترتیب 118.9 MPa، 237 MPa، اور 6.5% تھا، بنیادی طور پر ڈیزائن کے اہم اہداف کو پورا کرتا ہے (TS 215 MPa سے بڑا یا اس کے برابر، YS سے بڑا یا MPa کے برابر، %1 سے بڑا یا برابر)۔
(3) تشکیل دینے کے روایتی عمل جیسے riveting اور stamping کے مقابلے میں، مربوط ڈائی-کاسٹ ریئر فلور نے 10% سے زیادہ وزن میں کمی حاصل کی۔ 200,000 kN ڈائی-کاسٹنگ مشینوں کو مستقبل میں اپنانا مختصر-سائیکل، کم-لاگت، اور اعلی-طاقت/اعلی-انٹیگریٹڈ آٹوموٹیو باڈی کاسٹنگ کی سختی کی تیاری کا وعدہ رکھتا ہے۔
