Analyse des Herstellungsprozesses eines Automobillenkrads aus einer Magnesiumdruckgusslegierung

I. Historischer Hintergrund

Mit der rasanten Entwicklung der Automobilindustrie werden Autos immer schneller, ihr Erscheinungsbild wird immer schöner, ihre Innenausstattung wird immer komplexer und vielfältiger und ihr inhärenter technologischer Inhalt wird immer höher. Auch das Lenkrad erfuhr erhebliche Veränderungen. Magnesiumlegierung ist das leichteste Metallkonstruktionsmaterial. Es bietet die Vorteile einer hohen spezifischen Festigkeit, einer hervorragenden Dämpfungs-, Stoßdämpfungs- und Geräuschreduzierungsleistung, einer guten Gussform-, Bearbeitungs- und Oberflächendekorationsleistung sowie eines einfachen Recyclings. Die im Lenkrad verwendete Magnesiumlegierung kann ein geringes Gewicht erreichen und die Vibrationen der Straßenoberfläche und des Steuersystems reduzieren. Gleichzeitig kann das Lenkrad aus Magnesiumlegierung bei einem Unfall mehr Energie absorbieren, um die Sicherheit des Fahrers zu gewährleisten. Daher verfügt es über traditionelle Lenkräder wie kohlenstoffarmen Stahl und technische Kunststoffe. Unübertroffener Leistungsvorteil. Daher wird es einen unvermeidlichen Trend geben, Magnesiumlegierungen zu verwenden, um andere traditionelle Materialien wie Stahl- und Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Lenkradskeletten für Automobile zu ersetzen.

II. Technische Lösung

1. Auswahl der Legierungsmaterialien

Bei Aluminium als Hauptlegierungselement nimmt die Zähigkeit der Legierung mit abnehmendem Aluminiumgehalt allmählich zu. Daher eignen sich Magnesiumlegierungen der AM-Serie mit niedrigem Aluminiumgehalt besser für Sicherheitskomponenten wie Lenkräder. Mit abnehmendem Aluminiumgehalt nimmt jedoch die Gießbarkeit der Legierung in gewissem Maße ab. Daher sollte bei der Auswahl einer Legierung, die die erforderlichen mechanischen Eigenschaften erreichen kann, auf einen höheren Aluminiumgehalt geachtet werden, um die Gießbarkeit sicherzustellen. Wählen Sie daher AM60 als Material für das Lenkrad, das eine hohe Festigkeit, gute Zähigkeit und eine bestimmte Gussleistung aufweist. Den im Internet recherchierten Daten zufolge sind die mechanischen Eigenschaften dieser Reihe von Magnesiumlegierungen gut, der Elastizitätsmodul E kann 45 GPa erreichen, das Poisson-Verhältnis ε beträgt 0,35, die Zugfestigkeit σb≥200MPa, die Streckgrenze σs≥13OMPa und die Dehnung. δ≥6 % (50 mm Messlänge). Vom Gewicht her ist es mehr als 30 % leichter als herkömmliche Eisen- und Aluminiumlegierungen; Die Prozessdurchlaufquote von Lenkrädern aus Magnesiumlegierung entspricht der von Lenkrädern aus Aluminiumlegierung und erreicht mehr als 85 %. Die Leistung entspricht voll und ganz den Anforderungen von Lenkrädern.

2. Teilezeichnung

3. Modelldesign und Herstellungsprozess

Das Lenkrad ist hauptsächlich Wechselbeanspruchungen durch Torsion ausgesetzt. Gemäß den Anforderungen der Prüfnorm für die mechanische Leistung des Lenkrads sollte das statische Torsionsfehlerdrehmoment größer als 300 N·m sein und die Struktur des Lenkradkörpers sollte auf dem dreidimensionalen Strukturdatenmodell des Lenkrads basieren, das aus der Finite-Elemente-Analyse gewonnen wurde. Das Druckgussverfahren zeichnet sich durch Hochdruck und Hochgeschwindigkeitsfüllung aus. Es können Gussteile mit dünnen Wänden, komplexen Formen sowie kleinen Löchern und Gewinden gegossen werden. Es können auch Einsätze aus Druckguss hergestellt werden. Die Festigkeit und Oberflächenhärte der Druckgussteile ist hoch. Es handelt sich um eine wirksame Methode zur Herstellung von Magnesiumlegierungsteilen. Mit dem Ziel, die Gesamtstruktur des Lenkrads in Kombination mit den Eigenschaften des Ermüdungsverhaltens des Magnesiumlegierungskörpermaterials zu berücksichtigen, das sehr empfindlich gegenüber inhärenten Defekten ist, werden die Umformprozessfaktoren der neuen Materialstruktur analysiert und die beste Leistungsstruktur kann bei gleichzeitiger Sicherstellung des Gussstücks erzielt werden. Die Qualität der besten Prozessstruktur und Prozessparameterkombination erfüllt die Anforderungen der Komponenten an die inhärente Qualität und die damit verbundenen Ermüdungseigenschaften der Gussteile und legt die Produktionsgrundlage dafür sinnvoller Einsatz neuer Materialien am Lenkrad. In Anbetracht der oben genannten Situation wird entsprechend den Anforderungen des Druckgussverfahrens ein vorläufiger Entwurf des Lenkrad-Druckguss-Formgusssystems erstellt. Die Druckgusstechnologie für Magnesiumlegierungen umfasst hauptsächlich das Schmelzen und Schützen von Magnesiumlegierungen, das Druckgussdesign, die Prozesssteuerung und die anschließende Wärmebehandlung tragender Teile.

Numerische Simulationssoftware wird verwendet, um den Druckgussprozess des entworfenen Druckgussprozessplans zu simulieren und die Kombination aus Lenkradguss, Überlaufsystem und Prozessparametern durch die Analyse des Füllprozesses, des Erstarrungsprozesses und der Gussfehler im Druckgussprozess weiter zu optimieren. Der endgültige Plan stellt eine wichtige Referenz für die Herstellung hochwertiger Lenkrad-Druckgussteile dar. Die vorhandene gewöhnliche Kaltpresskammer-Druckgussmaschine kann zur Herstellung von Druckgussteilen aus Magnesiumlegierungen verwendet werden. Wenn die Fülltemperatur 700 °C beträgt, die Druckgusstemperatur 220 °C beträgt und die Stempelgeschwindigkeit 2,34 m/S beträgt, kann ein ideales Lenkradskelett erhalten werden. Basierend auf den Ergebnissen der Berechnungsprozessoptimierung wurde ein qualifiziertes AM60-Lenkradskelett aus Magnesiumlegierung versuchsweise hergestellt. Zur Prüfung des Ermüdungsverhaltens und der mechanischen Eigenschaften des Lenkradskeletts wurde eine Universalprüfmaschine eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass die durchschnittliche Ermüdungslebensdauer das 10.000-fache erreichte, die Zugfestigkeit 220 MPa betrug und die Dehnungsrate 5 % betrug.

Die Probeproduktion und der Leistungstest des Lenkradskeletts aus Magnesiumlegierung basierten auf den Simulationsergebnissen von FIow23D unter Verwendung optimierter Prozessparameter. Das Lenkrad wurde auf einer 8.000-kN-Druckgussmaschine versuchsweise hergestellt und qualifizierte Produkte wurden erhalten. Das Ermüdungsverhalten des hergestellten AM60-Lenkradskeletts aus Magnesiumlegierung wurde auf dem Universal-Lenkradtester getestet. Während des Tests wird die Mitte des Lenkrads fixiert und es werden wiederholt 250 kN Bodenkraft in vertikaler Richtung auf den Kranz ausgeübt, bis das Lenkrad bricht. Die gemessene Zyklenzahl ist die Ermüdungslebensdauer des Lenkradskeletts. Die Ermüdungslebensdauer des hergestellten Lenkradskeletts beträgt durchschnittlich 110.000 Mal. Die Bruchposition ist in Abbildung 4 dargestellt. Der Unternehmensstandard beträgt 100.000 Mal, was darauf hinweist, dass die Ermüdungsleistung des Lenkradskeletts die Anforderungen des Unternehmens erreicht hat.

Aus Abbildung 5 ist ersichtlich, dass die Ermüdungsrisse an der Außenseite der Felge entstehen. Dies liegt daran, dass sich das Lenkradskelett während des Erstarrungsprozesses verfestigt. Da an der Außenseite der Felge mehr Schlackensäcke angebracht sind, verfestigt sich diese im Verhältnis zur Innenseite der Felge zuletzt. Daher kommt es zu relativ vielen Mängeln, was eine mögliche Ursache für die Ermüdungsrisse sein kann, die an der Außenseite der Felge entstehen. Die Bruchstelle der Felge ist die Stelle, an der beim Belastungsvorgang die wechselnden Zug- und Druckspannungen am größten sind. Abbildung 5b zeigt die Ermüdungsrisswachstumszone, die typische Merkmale von Ermüdungsrissen aufweist. Sehen Sie sich die Übergangszone der Ermüdung an. Abbildung 5c ​​zeigt die Eigenschaften des transgranularen Bruchs. Abbildung 5d ist ein Foto der lockeren Struktur im Bruchbereich. Aus Abbildung 5d ist ersichtlich, dass am Ermüdungsbruch ein lockeres Gefüge vorliegt, das durch Druckschwankungen während des Druckgussprozesses verursacht wird. Die mechanischen Eigenschaften des Lenkradskeletts wurden getestet. Die Zugfestigkeit betrug 220 MPa und die Dehnung betrug 5 %. Obwohl die Probenpositionen unterschiedlich sind, zeigen die Testergebnisse, dass die mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich unterschiedlich sind, was zeigt, dass die Druckgussstruktur des Lenkradskeletts nach der Optimierung des Berechnungsprozesses gleichmäßiger ist.

III. Marktprognose und Preisanalyse

Ausländischen Prognosen zufolge werden in Zukunft Airbags in Autos eingebaut. Denn Lenkräder aus Magnesiumlegierung sind leicht, stoßdämpfend und sicher. Nachdem das Auto mit Airbags ausgestattet wurde, müssen fast alle Autos zu 100 % durch Lenkräder aus Magnesiumlegierung ersetzt werden. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Privatwagen und der Entwicklung der westlichen Region wird die durchschnittliche Wachstumsrate der gesamten Automobilnachfrage in den nächsten Jahren etwa 10 % betragen. Die Verwendung von Magnesiumlegierungen als Ersatz für andere traditionelle Materialien wie Stahl und Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Autolenkradrahmen und zum Aufbau einer Druckguss-Produktionslinie für Autolenkräder aus Magnesiumlegierungen. Durch den Einsatz der einteiligen Druckgusstechnologie können die Produktionskosten gesenkt werden.