توسعه و تولید بازوهای کنترلی آلیاژ آلومینیوم ریخته گری اکستروژن

با افزایش تقاضا برای تطبیق پذیری وسایل نقلیه، تجهیزاتی مانند تجهیزات الکترونیکی و سیستم های ایمنی با کیفیت بالا همچنان در حال افزایش هستند و در نتیجه وزن وسایل نقلیه سواری افزایش می یابد. در عین حال، الزامات برای بهبود بهره وری سوخت و مقررات مربوط به انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر جهان سختگیرانه تر می شوند. هم کوچک کردن بدنه و هم کاهش توده بدن می تواند به هدف بهبود بهره وری سوخت و کاهش آلاینده ها دست یابد. کاهش جرم وسیله نقلیه برای دستیابی به اهداف بازده سوخت و آلایندگی در حال حاضر ساده ترین ابزار فنی برای دستیابی است. بنابراین، چگونگی کاهش کیفیت خودرو به یکی از نقاط داغ در توسعه مهندسی فعلی تبدیل شده است. آلیاژ آلومینیوم دارای یک سری ویژگی مانند وزن سبک، استحکام ویژه بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب است و به طور گسترده در ساخت اجزای محور جلو و تیر استفاده شده است. به دلیل ملاحظات طراحی سبک، شکل و اندازه قطعات اغلب به منظور کاهش جرم تغییر می‌کنند و این تغییرات منجر به تغییر در استحکام و چقرمگی قطعه شده و ممکن است منجر به خرابی قطعه شود. بنابراین، به عنوان یک جزء تعلیق آلیاژی سبک جدید طراحی شده، بسیار مهم است که مواد مناسب را با عملکرد مناسب و تحت چندین دور تجزیه و تحلیل بهینه‌سازی توپولوژی ساختاری و شبیه‌سازی فرآیند شکل‌دهی قرار دهیم.

با در نظر گرفتن بازوی کنترل پایینی مهر زنی و جوشکاری ورق فولادی یک مدل تولید انبوه به عنوان هدف سبک وزن، بر اساس آلیاژ آلومینیوم و فناوری ریخته گری، بازوی کنترل سبک وزن از طریق طراحی یکپارچه برای رفع نیازهای سبک وزن کل وسیله نقلیه ایجاد شد.
بازوی کنترل پایینی مهر و جوش شده نوع خاصی از ورق فولادی در شکل 1 نشان داده شده است. الزامات اصلی برای جایگزینی اجزای اصلی با ریخته گری آلیاژ آلومینیوم به شرح زیر است: ① عملکرد ضربه بازوی کنترل آلیاژ آلومینیوم با قطعه مرجع برابر است. الزامات عملکرد تاثیر؛ ②در مقایسه با قطعات جایگزین، پس از تغییر مواد، وزن خود بیش از 20٪ کاهش می یابد. ③ الزامات مقاومت در برابر خوردگی OEM را برآورده کنید، که معادل مقاومت در برابر خوردگی قطعات فولادی اصلی است. ④ شرایط نصب اصلی را برآورده کنید، می توانید جایگزینی مستقیم را اجرا کنید. در فرآیند تغییر ساختار محلی، بخشی که هیچ رابطه مونتاژی با سایر اجزا ندارد، درگیر می شود. پس از تنظیم ساختاری، رابطه مونتاژ اصلی اجزا بدون تغییر باقی می ماند و مونتاژ جایگزینی مستقیم می تواند تحقق یابد. ⑤افزایش هزینه نباید از 20% تجاوز کند.

شکل 2 طرح طراحی بازوی کنترلی آلیاژ آلومینیوم AlSi7Mg است. با توجه به ویژگی های فرآیند ریخته گری فشاری، استفاده از هسته های شنی برای تشکیل ساختار حفره غیرممکن است. تصمیم بر این شد که بازوی کنترل جوشکاری و مهر زنی ورق فولادی با ساختار حفره ای به قالب ریخته گری آلیاژ آلومینیومی با ساختار نوع "H" تغییر یابد و با افزودن دنده ها و دنده های تقویت کننده، استحکام کلی ریخته گری افزایش یابد تا ریخته گری یکباره محقق شود و تغییرات نامناسب برای تغییر ساختار ریخته گری حذف شود. شکل 3 طرح طراحی بازوی کنترل آلیاژ آلومینیوم را نشان می دهد. بر اساس طراحی اصلی قطعات مهر زنی و جوشکاری، محیط اصلی مونتاژ اطراف را نمی توان تغییر داد و ساختار و مونتاژ قطعات اصلی باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. طرح کلی طراحی این است که صفحه بالایی اصلی، صفحه پایینی، صفحه بالایی اتصال، صفحه پایینی اتصال، آستین بوش و براکت کمک فنر را با بازوی کنترل اکسترود شده از آلیاژ آلومینیوم نوع "H" یکپارچه جایگزین کنید تا یک بازوی کنترل یکپارچه تشکیل شود.

برای اکستروژن از اکسترودر عمودی استفاده می شود. سیستم ریختن از یک کیک مواد و یک اسپرو شکل "Y" تشکیل شده است و یک مخزن سرریز در بالای ریخته گری قرار دارد. سوراخ نصب روی ریخته گری و محور ساختاری اصلی از طریق کشش هسته در سمت چپ شکل می گیرد. با تنظیم سوراخ اتصالی که در قسمت بالایی قالب ریخته گری با تنظیم هسته ایجاد می شود، می توان آن را قبل از باز شدن قالب یا در حین پر کردن با تنظیم عملکرد سیلندر روغن وارد کرد و می توان از آن به عنوان سوزن اکستروژن برای رفع عیوب ریخته گری استفاده کرد. جرم ریخته گری بازوی کنترلی 2.282 کیلوگرم، جرم کیک بازوی کنترلی و سیستم دروازه 4.250 کیلوگرم، جرم مخزن سرریز و کانال اگزوز 0.660 کیلوگرم و جرم کل 7.192 کیلوگرم است. نرخ بازده فرآیند 31.7٪ است و نرخ بازده فرآیند پایین است. با توجه به اینکه اجزا برای تولید آزمایشی توسعه داده شده اند و نرخ بازده فرآیند بهینه نشده است، در تولید واقعی می توان یک قالب و دو قسمت را برای بهبود نرخ بازده فرآیند در نظر گرفت.
(1) از طریق طراحی بهینه سازی توپولوژی ساختاری، یک بازوی کنترل آلیاژ آلومینیوم ریخته گری سبک وزن بر اساس بازوی کنترل فولاد اصلی ایجاد شد، با دستیابی به هدف تعیین شده کاهش وزن 25٪، و با گذراندن آزمون OEM، عملکرد دیگر کاهش پیدا نکرد.

(2) توسعه ریخته‌گری‌ها با استفاده از فرآیند ریخته‌گری فشاری تکمیل شد و فناوری اکستروژن محلی معرفی شد که به طور موثر عیوبی را که نمی‌توانستند با افزایش زمان نگه‌داری و افزایش فشار از بین ببرند، از بین برد. استحکام کششی 293.2 مگاپاسکال و استحکام تسلیم 226.48 مگاپاسکال، کشیدگی 9.01 درصد بود.

(3) طراحی و آزمایش نشان می دهد که بازوی کنترل ساختار هیبریدی فولاد-آلومینیوم با ریخته گری آلیاژ آلومینیوم به عنوان هسته می تواند الزامات استفاده از بازوی کنترل پایین را برآورده کند، وزن خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و نیازهای سبک وزن کل وسیله نقلیه را برآورده کند.