Desenvolvimento e produção de braços de controle de liga de alumínio fundido por extrusão

À medida que aumenta a procura pela versatilidade dos veículos, equipamentos como equipamentos eletrónicos e sistemas de segurança de alta qualidade continuam a aumentar, resultando num aumento do peso dos veículos de passageiros. Ao mesmo tempo, os requisitos para uma melhor eficiência de combustível e as regulamentações sobre emissões estão a tornar-se mais rigorosos em todo o mundo. Tanto a redução do tamanho da carroceria quanto a redução da massa corporal podem atingir o objetivo de melhorar a eficiência do combustível e reduzir as emissões. Reduzir a massa do veículo para atingir os objectivos de eficiência de combustível e de emissões é actualmente o meio técnico mais fácil de alcançar. Portanto, como reduzir a qualidade do veículo tornou-se um dos pontos críticos no desenvolvimento atual da engenharia. A liga de alumínio possui uma série de características como leveza, alta resistência específica e boa resistência à corrosão, e tem sido amplamente utilizada na fabricação de eixos dianteiros e componentes de vigas. Devido a considerações de design leve, a forma e o tamanho das peças são frequentemente alterados para reduzir a massa, e essas alterações levarão a alterações na resistência e tenacidade da peça e podem levar à falha da peça. Portanto, como um componente de suspensão de liga leve recém-projetado, é muito importante dotar o material apropriado com a função apropriada e passar por múltiplas rodadas de análise de otimização de topologia estrutural e simulação de processo de formação.

Tomando o braço de controle inferior para estampagem e soldagem de chapa de aço de um modelo produzido em massa como alvo leve, com base na liga de alumínio e tecnologia de fundição, o braço de controle leve foi desenvolvido através de um design integrado para atender às necessidades de peso leve de todo o veículo.
O braço de controle inferior estampado e soldado de um determinado tipo de placa de aço é mostrado na Figura 1. Os principais requisitos para substituir os componentes originais por peças fundidas em liga de alumínio são os seguintes: ① O desempenho de impacto do braço de controle em liga de alumínio é equivalente ao do componente de referência. Requisitos de desempenho de impacto; ②Em comparação com as peças de reposição, após a troca do material, o peso próprio é reduzido em mais de 20%; ③Atender aos requisitos de resistência à corrosão do OEM, que é equivalente à resistência à corrosão das peças de aço originais; ④Atender às condições originais de instalação, pode ser implementado uma substituição direta. No processo de mudança de estrutura local, está envolvida a peça que não tem relação de montagem com outros componentes. Após o ajuste estrutural, a relação de montagem original dos componentes permanece inalterada e a montagem de substituição direta pode ser realizada; ⑤O aumento de custo não deve exceder 20%.

A Figura 2 é o esquema de projeto do braço de controle em liga de alumínio AlSi7Mg. Considerando as características do processo de squeeze casting, é impossível utilizar núcleos de areia para formar uma estrutura de cavidade. Foi decidido mudar o braço de controle de soldagem e estampagem de placa de aço original com estrutura de cavidade para uma peça fundida em liga de alumínio com estrutura tipo "H" e aumentar a rigidez geral da peça fundida adicionando nervuras e nervuras de reforço, de modo a realizar uma fundição única e remover as alterações inadequadas para a estrutura de fundição. A Figura 3 mostra o esquema de projeto do braço de controle em liga de alumínio. Com base no projeto original das peças de estampagem e soldagem, o ambiente de montagem circundante original não pode ser alterado e a estrutura e montagem das peças originais devem ser cuidadosamente consideradas. O esquema geral do projeto é substituir a placa superior original, a placa inferior, a placa superior de conexão, a placa inferior de conexão, a luva da bucha e o suporte do amortecedor por um braço de controle extrudado em liga de alumínio tipo "H" de design integrado para formar um braço de controle integral.

Uma extrusora vertical é usada para extrusão. O sistema de vazamento consiste em uma torta de material e um canal em forma de “Y”, e um tanque de transbordamento é colocado acima da peça fundida. O furo de montagem na peça fundida e o eixo estrutural original são formados através do puxamento do núcleo no lado esquerdo. Ao definir o orifício de conexão formado na parte superior da peça fundida ajustando o núcleo, ele pode ser inserido antes da abertura do molde ou inserido durante o processo de enchimento ajustando a ação do cilindro de óleo, e pode ser usado como uma agulha de extrusão para eliminar defeitos de fundição. A massa da peça fundida do braço de controle é de 2,282 kg, a massa do bolo do braço de controle e do sistema de comporta é de 4,250 kg, a massa do tanque de transbordamento e do canal de exaustão é de 0,660 kg e a massa total é de 7,192 kg. A taxa de rendimento do processo é de 31,7% e a taxa de rendimento do processo é baixa. Considerando que os componentes foram desenvolvidos para produção experimental e a taxa de rendimento do processo não foi otimizada, na produção real, um molde e duas peças podem ser considerados para melhorar a taxa de rendimento do processo.
(1) Através do projeto de otimização da topologia estrutural, um braço de controle leve em liga de alumínio fundido foi desenvolvido com base no braço de controle de aço original, atingindo a meta definida de redução de peso de 25% e passando no teste OEM, outro desempenho não foi reduzido.

(2) O desenvolvimento das peças fundidas foi concluído usando o processo de squeeze casting, e a tecnologia de extrusão local foi introduzida, o que eliminou efetivamente defeitos que não podiam ser eliminados aumentando o tempo de retenção e aumentando a pressão. A resistência à tração foi de 293,2 MPa e a resistência ao escoamento foi de 226,48 MPa, alongamento de 9,01%.

(3) O projeto e os testes mostram que o braço de controle da estrutura híbrida de aço-alumínio com fundição em liga de alumínio como núcleo pode atender aos requisitos de uso do braço de controle inferior, reduzir significativamente seu próprio peso e atender às necessidades de redução de peso de todo o veículo.