تجزیه و تحلیل فرآیند ساخت فرمان خودرو از آلیاژ منیزیم ریخته گری شده

I. پیشینه تاریخی

با پیشرفت سریع صنعت خودرو، خودروها سریع‌تر و سریع‌تر می‌شوند، ظاهر آن‌ها بیشتر و زیباتر می‌شوند، دکوراسیون داخلی‌شان پیچیده‌تر و متنوع‌تر می‌شود و محتوای فنی ذاتی آنها بالاتر و بالاتر می‌رود. فرمان نیز دستخوش تغییرات قابل توجهی شده است. آلیاژ منیزیم سبک ترین ماده ساختاری فلزی است. دارای مزایای استحکام ویژه بالا، میرایی برتر، عملکرد جذب ضربه و کاهش نویز، قالب گیری خوب ریخته گری، عملکرد ماشینکاری و تزئین سطح و بازیافت آسان است. آلیاژ منیزیم به کار رفته در فرمان می تواند وزن سبکی داشته باشد و لرزش سطح جاده و سیستم کنترل را کاهش دهد. در عین حال، هنگام وقوع تصادف، فرمان آلیاژی منیزیمی می تواند انرژی بیشتری جذب کند تا ایمنی راننده تضمین شود. بنابراین دارای فرمان های سنتی مانند فولاد کم کربن و پلاستیک های مهندسی است. مزیت عملکرد بی نظیر بنابراین، استفاده از آلیاژهای منیزیم برای جایگزینی سایر مواد سنتی مانند فولاد و آلیاژهای آلومینیوم برای ساخت اسکلت فرمان خودرو، یک روند اجتناب ناپذیر خواهد بود.

II. راه حل فنی

1. انتخاب مواد آلیاژی

با آلومینیوم به عنوان عنصر اصلی آلیاژی، با کاهش محتوای آلومینیوم، چقرمگی آلیاژ به تدریج افزایش می یابد. بنابراین آلیاژهای منیزیم سری AM با آلومینیوم کم برای قطعات ایمنی مانند فرمان مناسب ترند. با این حال، با کاهش محتوای آلومینیوم، قابلیت ریخته گری آلیاژ تا حدی کاهش می یابد. بنابراین، هنگام انتخاب آلیاژی که بتواند خواص مکانیکی مورد نیاز را به دست آورد، باید از محتوای آلومینیوم بالاتر برای اطمینان از قابلیت ریخته گری آن اطمینان حاصل شود. بنابراین، AM60 را انتخاب کنید که دارای استحکام بالا، چقرمگی خوب و عملکرد ریخته گری مشخص است، به عنوان ماده فرمان استفاده می شود. با توجه به داده های جستجو شده از اینترنت، خواص مکانیکی این سری از آلیاژهای منیزیم خوب است، مدول الاستیک E می تواند به 45 گیگا پاسکال برسد، نسبت پواسون ε 0.35، استحکام کششی σb≥200MPa، استحکام تسلیم σs≥13OMPa و افزایش طولی است. δ≥6٪ (طول سنج 50 میلی متر). از نظر وزن، بیش از 30٪ سبک تر از آلیاژهای آهن و آلومینیوم سنتی است. نرخ عبور فرآیند فرمان‌های آلیاژی منیزیمی معادل فرمان‌های آلیاژ آلومینیوم است و به بیش از 85% می‌رسد. عملکرد به طور کامل الزامات چرخ های فرمان را برآورده می کند.

2. طراحی قطعات

3. فرآیند طراحی و ساخت مدل

فرمان عمدتاً تحت فشار متناوب ناشی از پیچش قرار می گیرد. با توجه به الزامات استاندارد تست عملکرد مکانیکی فرمان، گشتاور شکست پیچشی استاتیک باید بیشتر از 300 نیوتن متر باشد و ساختار بدنه فرمان باید بر اساس مدل داده‌های ساختار سه بعدی فرمان به‌دست‌آمده از تحلیل اجزای محدود باشد. فرآیند قالب گیری دایکاست دارای ویژگی های فشار بالا و پر کردن با سرعت بالا است. این می تواند قالب های ریخته گری با دیواره های نازک، اشکال پیچیده و سوراخ ها و نخ های کوچک را انجام دهد. همچنین می تواند درج های ریخته گری دایکاست. استحکام و سختی سطح دایکستینگ ها بالاست. این روش تولید منیزیم موثر برای قطعات آلیاژی است. با هدف ساختار کلی فرمان، همراه با ویژگی‌های عملکرد خستگی مواد بدنه آلیاژ منیزیم که به عیوب ذاتی بسیار حساس است، عوامل فرآیند شکل‌دهی ساختار جدید مواد مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند و بهترین ساختار عملکرد را می‌توان به دست آورد و در عین حال اطمینان حاصل کرد که ریخته‌گری کیفیت بهترین ساختار فرآیند و ترکیب پارامتر فرآیند مطابق با الزامات مربوط به ویژگی‌های چربی و کیفیت اجزای ریختگی است. پایه و اساس تولید برای معقول استفاده از مواد جدید بر روی فرمان با توجه به وضعیت فوق، با توجه به الزامات فرآیند دایکاست، طراحی اولیه سیستم ریخته گری قالب ریخته گری فرمان. فناوری قالب گیری ریخته گری آلیاژ منیزیم عمدتاً شامل ذوب و حفاظت آلیاژ منیزیم، طراحی ریخته گری قالب، کنترل فرآیند و عملیات حرارتی بعدی قطعات باربر است.

نرم‌افزار شبیه‌سازی عددی برای شبیه‌سازی فرآیند دایکاست در طرح فرآیند دایکاست طراحی‌شده، و بهینه‌سازی بیشتر ریزش فرمان، سیستم سرریز و ترکیب پارامترهای فرآیند با تجزیه و تحلیل فرآیند پر کردن، فرآیند انجماد و عیوب ریخته‌گری در فرآیند ریخته‌گری استفاده می‌شود. طرح نهایی مرجع مهمی برای تولید قطعات دایکاستینگ فرمان با کیفیت بالا است. دستگاه ریخته گری محفظه سرد معمولی موجود را می توان برای تولید قطعات ریخته گری آلیاژ منیزیم استفاده کرد. هنگامی که دمای پر کردن 700 درجه سانتیگراد است، دمای ریخته گری 220 درجه سانتیگراد و سرعت پانچ 2.34 متر بر ثانیه است، می توان یک اسکلت فرمان ایده آل به دست آورد. با توجه به نتایج بهینه‌سازی فرآیند محاسبه، یک اسکلت فرمان واجد شرایط آلیاژ منیزیم AM60 به صورت آزمایشی تولید شد. یک دستگاه تست جهانی برای آزمایش عملکرد خستگی و خواص مکانیکی اسکلت فرمان استفاده شد. نتایج نشان داد که میانگین عمر خستگی آن به 10000 برابر، استحکام کششی 220 مگاپاسکال و میزان کشیدگی آن 5 درصد بود.

تولید آزمایشی و آزمایش عملکرد اسکلت فرمان آلیاژی منیزیمی بر اساس نتایج شبیه‌سازی FIow23D با استفاده از پارامترهای فرآیند بهینه‌سازی شده بود و فرمان به صورت آزمایشی بر روی یک دستگاه ریخته‌گری 8000 کیلونیوتن تولید شد و محصولات واجد شرایط به دست آمد. عملکرد خستگی اسکلت فرمان AM60 آلیاژی منیزیم تولید شده بر روی دستگاه تست فرمان جهانی آزمایش شد. در طول آزمایش، مرکز فرمان ثابت می شود و 250 کیلو نیوتن نیروی خاک به طور مکرر در جهت عمودی رینگ اعمال می شود تا زمانی که فرمان بشکند. تعداد چرخه های اندازه گیری شده عمر خستگی اسکلت فرمان است. طول عمر خستگی اسکلت فرمان تولید شده به طور متوسط ​​110000 بار است و موقعیت شکست در شکل 4 نشان داده شده است و استاندارد سازمانی 100000 بار است که نشان می دهد عملکرد خستگی اسکلت فرمان به نیاز شرکت رسیده است.

از شکل 5 می توان دید که ترک های خستگی در قسمت بیرونی رینگ ایجاد می شوند. این به این دلیل است که اسکلت فرمان در طول فرآیند انجماد جامد می شود. از آنجایی که کیسه های سرباره بیشتری در قسمت بیرونی رینگ قرار می گیرد، نسبت به داخل رینگ آخرین بار جامد می شود. بنابراین، عیوب نسبتا زیادی وجود دارد که دلیل احتمالی ترک های خستگی ناشی از خارج از رینگ است. موقعیت شکست رینگ موقعیتی است که تنش های کششی و فشاری متناوب در طول فرآیند بارگذاری بیشترین میزان را دارند. شکل 5b ناحیه رشد ترک خستگی را نشان می دهد که دارای ویژگی های معمولی ترک های خستگی است. منطقه گذرای خستگی را ببینید. شکل 5c ویژگی های شکستگی ترانس گرانولار را نشان می دهد. شکل 5d عکسی از ساختار شل در ناحیه شکستگی است. از شکل 5d می توان دید که یک ساختار سست روی شکستگی خستگی وجود دارد که ناشی از نوسانات فشار در طول فرآیند ریخته گری دایکاست. خواص مکانیکی اسکلت فرمان مورد آزمایش قرار گرفت. استحکام کششی 220 مگاپاسکال و ازدیاد طول 5 درصد بود. اگرچه موقعیت‌های نمونه‌گیری متفاوت است، نتایج آزمایش نشان می‌دهد که خواص مکانیکی تفاوت چندانی با هم ندارند، که نشان می‌دهد ساختار دایکاست اسکلت فرمان پس از بهینه‌سازی فرآیند محاسبه، یکنواخت‌تر است.

III. پیش بینی بازار و تحلیل قیمت

بر اساس پیش بینی های خارجی، در آینده ایربگ در خودروها نصب خواهد شد. زیرا فرمان های آلیاژی منیزیمی سبک، ضربه گیر و ایمن هستند. پس از تجهیز خودرو به کیسه هوا، تقریباً همه خودروها باید 100 درصد با فرمان های آلیاژی منیزیم جایگزین شوند. با توجه به افزایش تقاضا برای خودروهای شخصی و توسعه منطقه غرب، میانگین نرخ رشد کل تقاضای خودرو در چند سال آینده حدود 10 درصد خواهد بود. استفاده از آلیاژهای منیزیم برای جایگزینی مواد سنتی دیگر مانند آلیاژهای فولاد و آلومینیوم برای تولید فریم فرمان خودرو و ساخت آلیاژهای منیزیم خط تولید فرمان خودرو ریخته گری دایکاست. استفاده از فناوری ریخته گری یک تکه می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد.