Análise do processo de fabricação de volante de automóvel feito de liga de magnésio fundida

I. Antecedentes históricos

Com o rápido desenvolvimento da indústria automóvel, os automóveis estão cada vez mais rápidos, as suas aparências estão cada vez mais bonitas, as suas decorações interiores estão a tornar-se cada vez mais complexas e diversificadas e o seu conteúdo tecnológico inerente está cada vez mais elevado. O volante também sofreu alterações consideráveis. A liga de magnésio é o material estrutural metálico mais leve. Tem as vantagens de alta resistência específica, amortecimento superior, absorção de choque e desempenho de redução de ruído, boa moldagem de fundição, desempenho de usinagem e decoração de superfície e fácil reciclagem. A liga de magnésio usada no volante pode proporcionar leveza e reduzir a vibração da superfície da estrada e do sistema de controle. Ao mesmo tempo, em caso de acidente, o volante em liga de magnésio pode absorver mais energia para garantir a segurança do motorista. Por isso, possui volantes tradicionais como aço baixo carbono e plásticos de engenharia. Vantagem de desempenho incomparável. Portanto, será uma tendência inevitável o uso de ligas de magnésio para substituir outros materiais tradicionais, como aço e ligas de alumínio, na fabricação de esqueletos de volantes de automóveis.

II. Solução técnica

1. Seleção de materiais de liga

Tendo o alumínio como principal elemento de liga, à medida que o teor de alumínio diminui, a tenacidade da liga aumenta gradualmente. Portanto, as ligas de magnésio da série AM com baixo teor de alumínio são mais adequadas para componentes de segurança, como volantes. No entanto, à medida que o teor de alumínio diminui, a fundibilidade da liga é reduzida até certo ponto. Portanto, ao selecionar uma liga que possa atingir as propriedades mecânicas exigidas, deve-se garantir um maior teor de alumínio para garantir sua fundibilidade. Portanto, escolha AM60, que possui alta resistência, boa tenacidade e certo desempenho de fundição, é usado como material do volante. De acordo com os dados pesquisados ​​​​na Internet, as propriedades mecânicas desta série de ligas de magnésio são boas, o módulo de elasticidade E pode atingir 45 GPa, o índice de Poisson ε é 0,35, a resistência à tração σb≥200MPa, a resistência ao escoamento σs≥13OMPa e o alongamento. δ≥6% (comprimento do medidor de 50 mm). Em termos de peso, é mais de 30% mais leve que as tradicionais ligas de ferro e alumínio; a taxa de aprovação do processo dos volantes de liga de magnésio é equivalente à dos volantes de liga de alumínio, chegando a mais de 85%; o desempenho atende plenamente aos requisitos dos volantes.

2. Desenho de peças

3. Projeto de modelo e processo de fabricação

O volante está sujeito principalmente a tensões alternadas causadas por torção. De acordo com os requisitos do padrão de teste de desempenho mecânico do volante, o torque de falha de torção estática deve ser superior a 300N·m, e a estrutura do corpo do volante deve ser baseada no modelo de dados da estrutura tridimensional do volante obtido a partir da análise de elementos finitos. O processo de moldagem por fundição tem características de enchimento de alta pressão e alta velocidade. Pode fundir peças fundidas sob pressão com paredes finas, formas complexas e pequenos orifícios e roscas. Também pode fundir inserções. A resistência e a dureza superficial das peças fundidas são altas. É a produção de magnésio. Método eficaz para peças de liga. Visando a estrutura geral do volante, combinada com as características do desempenho de fadiga do material do corpo em liga de magnésio sendo muito sensível a defeitos inerentes, os fatores do processo de formação da nova estrutura do material são analisados, e a melhor estrutura de desempenho pode ser obtida garantindo a fundição A qualidade da melhor estrutura de processo e combinação de parâmetros de processo atende aos requisitos dos componentes para a qualidade inerente e propriedades de fadiga relacionadas das peças fundidas e estabelece as bases de produção para a aplicação razoável de novos materiais no volante. Dada a situação acima, de acordo com os requisitos do processo de fundição sob pressão, um projeto preliminar do sistema de fundição do molde de fundição sob pressão do volante. A tecnologia de moldagem por fundição sob pressão de liga de magnésio inclui principalmente fusão e proteção de liga de magnésio, projeto de fundição sob pressão, controle de processo e subsequente tratamento térmico de peças de suporte de carga.

O software de simulação numérica é usado para simular o processo de fundição sob pressão do plano de processo de fundição sob pressão projetado e otimizar ainda mais o vazamento do volante, o sistema de transbordamento e a combinação de parâmetros do processo, analisando o processo de enchimento, o processo de solidificação e os defeitos de fundição no processo de fundição sob pressão. O plano final fornece uma referência importante para a produção de peças fundidas sob pressão para volantes de alta qualidade. A máquina de fundição sob pressão com câmara de prensagem a frio comum existente pode ser usada para produzir peças de fundição sob pressão de liga de magnésio. Quando a temperatura de enchimento é de 700 ℃, a temperatura de fundição é de 220 ℃ e a velocidade de punção é de 2,34 m/S, um esqueleto de volante ideal pode ser obtido. De acordo com os resultados da otimização do processo de cálculo, um esqueleto de volante em liga de magnésio AM60 qualificado foi produzido experimentalmente. Uma máquina de testes universal foi usada para testar o desempenho à fadiga e as propriedades mecânicas do esqueleto do volante. Os resultados mostraram que sua vida média em fadiga atingiu 10.000 vezes, a resistência à tração foi de 220 MPa e a taxa de alongamento foi de 5%.

A produção experimental e o teste de desempenho do esqueleto do volante em liga de magnésio foram baseados nos resultados de simulação do FIow23D, usando parâmetros de processo otimizados, e o volante foi produzido experimentalmente em uma máquina de fundição sob pressão de 8.000 kN, e produtos qualificados foram obtidos. O desempenho de fadiga do esqueleto do volante em liga de magnésio AM60 produzido foi testado no testador universal de volante. Durante o teste, o centro do volante é fixo e 250 kN de força do solo são repetidamente aplicados na direção vertical do aro até que o volante quebre. O número medido de ciclos é a vida à fadiga do esqueleto do volante. A vida à fadiga do esqueleto do volante produzido é em média 110.000 vezes, e a posição da fratura é mostrada na Figura 4, e o padrão empresarial é 100.000 vezes, indicando que o desempenho à fadiga do esqueleto do volante atingiu os requisitos da empresa.

Pode-se observar na Figura 5 que as trincas de fadiga são geradas na parte externa do aro. Isso ocorre porque o esqueleto do volante é solidificado durante o processo de solidificação. Como há mais sacos de escória colocados na parte externa do aro, ele solidifica por último em relação ao interior do aro. Portanto, existem relativamente muitos defeitos, o que é uma possível razão para as trincas por fadiga originadas na parte externa do aro. A posição de fratura do aro é a posição onde as tensões alternadas de tração e compressão são maiores durante o processo de carregamento. A Figura 5b mostra a zona de crescimento de trincas por fadiga, que possui características típicas de trincas por fadiga. Veja a zona transitória de fadiga. A Figura 5c mostra as características da fratura transgranular. A Figura 5d é uma foto da estrutura solta na área de fratura. Pode-se observar na Figura 5d que existe uma estrutura solta na fratura por fadiga, que é causada por flutuações de pressão durante o processo de fundição sob pressão. As propriedades mecânicas do esqueleto do volante foram testadas. A resistência à tração foi de 220 MPa e o alongamento foi de 5%. Embora as posições de amostragem sejam diferentes, os resultados do teste mostram que as propriedades mecânicas não são muito diferentes, o que mostra que a estrutura de fundição do esqueleto do volante é mais uniforme após a otimização do processo de cálculo.

III. Previsão de mercado e análise de preços

De acordo com previsões estrangeiras, no futuro serão instalados airbags nos automóveis. Porque os volantes em liga de magnésio são leves, absorvem choques e são seguros. Depois que o carro estiver equipado com airbags, quase todos os carros devem ser 100% substituídos por volantes em liga de magnésio. Devido ao aumento da procura de automóveis particulares e ao desenvolvimento da região Oeste, a taxa média de crescimento da procura total de automóveis nos próximos anos será de cerca de 10%. O uso de ligas de magnésio para substituir outros materiais tradicionais, como aço e ligas de alumínio, para fabricar estruturas de volantes de automóveis e construir linhas de produção de volantes automotivos fundidos sob pressão de ligas de magnésio. O uso da tecnologia de fundição sob pressão de peça única pode reduzir os custos de produção.