Анализ процесса изготовления автомобильного рулевого колеса из литого под давлением магниевого сплава

I. Историческая справка

С бурным развитием автомобильной промышленности автомобили становятся все быстрее и быстрее, их внешний вид становится все красивее, их внутреннее убранство становится все более сложным и разнообразным, а присущее им технологическое содержание становится все выше и выше. Рулевое колесо также претерпело значительные изменения. Магниевый сплав – самый легкий металлический конструкционный материал. Он обладает такими преимуществами, как высокая удельная прочность, превосходные характеристики демпфирования, амортизации и снижения шума, хорошие характеристики литья, механической обработки и отделки поверхности, а также простота переработки. Магниевый сплав, используемый в рулевом колесе, позволяет добиться легкости и снизить вибрацию дорожного покрытия и системы управления. В то же время в случае аварии рулевое колесо из магниевого сплава может поглощать больше энергии, обеспечивая безопасность водителя. Поэтому он имеет традиционные рули, такие как низкоуглеродистая сталь и инженерный пластик. Непревзойденное преимущество в производительности. Таким образом, неизбежной тенденцией станет использование магниевых сплавов для замены других традиционных материалов, таких как сталь и алюминиевые сплавы, для изготовления каркасов автомобильных рулевых колес.

II. Техническое решение

1. Выбор материалов сплава

Поскольку алюминий является основным легирующим элементом, по мере уменьшения содержания алюминия вязкость сплава постепенно увеличивается. Поэтому магниевые сплавы серии AM с низким содержанием алюминия больше подходят для компонентов безопасности, таких как рулевые колеса. Однако по мере уменьшения содержания алюминия литейные качества сплава в определенной степени снижаются. Поэтому при выборе сплава, способного достичь требуемых механических свойств, следует обеспечить более высокое содержание алюминия для обеспечения его литейных качеств. Поэтому в качестве материала рулевого колеса выберите AM60, который обладает высокой прочностью, хорошей ударной вязкостью и определенными литыми характеристиками. По данным поиска в Интернете, механические свойства этой серии магниевых сплавов хорошие, модуль упругости Е может достигать 45 ГПа, коэффициент Пуассона ε равен 0,35, предел прочности σb≥200МПа, предел текучести σs≥13ОМПа. , и удлинение. δ≥6% (длина датчика 50 мм). По весу он более чем на 30% легче традиционных сплавов железа и алюминия; степень прохождения процесса рулевых колес из магниевого сплава эквивалентна рулевым колесам из алюминиевого сплава и достигает более 85%; характеристики полностью соответствуют требованиям рулевых колес.

2. Чертеж деталей

3. Разработка модели и процесс изготовления.

Рулевое колесо в основном подвергается переменным нагрузкам, вызванным кручением. В соответствии с требованиями стандарта испытаний механических характеристик рулевого колеса статический крутящий момент разрушения должен быть больше 300 Н·м, а конструкция корпуса рулевого колеса должна быть основана на трехмерной модели данных конструкции рулевого колеса, полученной из конечно-элементный анализ. Процесс литья под давлением имеет характеристики высокого давления и высокоскоростного наполнения. Он позволяет отливать под давлением отливки с тонкими стенками, сложной формой, небольшими отверстиями и резьбой. Также можно использовать литые вставки. Прочность и поверхностная твердость отливок высоки. Это производство магния. Эффективный метод для деталей из сплавов. Ориентируясь на общую структуру рулевого колеса в сочетании с усталостными характеристиками материала корпуса из магниевого сплава, которые очень чувствительны к собственным дефектам, анализируются факторы процесса формирования новой структуры материала, и можно получить структуру с лучшими эксплуатационными характеристиками, обеспечивая при этом литье Качество наилучшего сочетания структуры процесса и параметров процесса отвечает требованиям компонентов к внутреннему качеству и соответствующим усталостным свойствам отливок и закладывает производственную основу для разумного применения новых материалов в рулевом колесе. Учитывая вышеуказанную ситуацию, в соответствии с требованиями процесса литья под давлением, был разработан предварительный проект системы литья под давлением рулевого колеса. Технология литья под давлением магниевых сплавов в основном включает в себя плавку и защиту магниевых сплавов, проектирование литья под давлением, контроль процесса и последующую термообработку несущих деталей.

Программное обеспечение для численного моделирования используется для моделирования процесса литья под давлением в соответствии с разработанным планом процесса литья под давлением, а также для дальнейшей оптимизации разливки рулевого колеса, системы перелива и комбинации параметров процесса путем анализа процесса заполнения, процесса затвердевания и дефектов литья в кокиль. процесс литья. Окончательный план представляет собой важную основу для производства высококачественных литых деталей рулевого колеса. Существующая обычная машина для литья под давлением с камерой холодного пресса может использоваться для производства деталей из магниевого сплава. Когда температура наполнения составляет 700 ℃, температура литья под давлением 220 ℃ и скорость пуансона 2,34 м/с, можно получить идеальный каркас рулевого колеса. По результатам оптимизации процесса расчета был изготовлен квалифицированный каркас рулевого колеса АМ60 из магниевого сплава. Для проверки усталостных характеристик и механических свойств каркаса рулевого колеса использовалась универсальная испытательная машина. Результаты показали, что его средний усталостный ресурс достиг 10 000 раз, предел прочности составил 220 МПа, а степень удлинения составила 5%.

Пробное производство и эксплуатационные испытания каркаса рулевого колеса из магниевого сплава были основаны на результатах моделирования FIow23D с использованием оптимизированных параметров процесса, а рулевое колесо было испытано на машине для литья под давлением 8 000 кН, и были получены квалифицированные продукты. . Усталостные характеристики изготовленного каркаса рулевого колеса АМ60 из магниевого сплава были проверены на универсальном стенде для испытания рулевых колес. Во время испытания центр рулевого колеса фиксируется, и сила грунта 250 кН многократно прикладывается в вертикальном направлении обода, пока рулевое колесо не сломается. Измеренное количество циклов и есть усталостная долговечность каркаса рулевого колеса. Усталостная долговечность изготовленного каркаса рулевого колеса составляет в среднем 110 000 раз, положение излома показано на рисунке 4, а стандарт предприятия составляет 100 000 раз, что указывает на то, что усталостные характеристики каркаса рулевого колеса достигли требований предприятия.

На рисунке 5 видно, что усталостные трещины образуются на внешней стороне обода. Это связано с тем, что каркас рулевого колеса затвердевает в процессе затвердевания. Поскольку на внешней стороне обода находится больше мешков со шлаком, он затвердевает последним относительно внутренней части обода. Поэтому дефектов относительно много, что является возможной причиной усталостных трещин, возникающих на внешней стороне обода. Положение излома обода — это положение, в котором знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения являются наибольшими во время процесса нагружения. На рис. 5б представлена ​​зона роста усталостной трещины, имеющая типичные характеристики усталостных трещин. См. переходную зону усталости. На рисунке 5в показаны характеристики транскристаллитного разрушения. На рис. 5г представлена ​​фотография рыхлой структуры в зоне перелома. На рисунке 5d видно, что на усталостном изломе имеется рыхлая структура, вызванная колебаниями давления в процессе литья под давлением. Были проверены механические свойства каркаса рулевого колеса. Предел прочности составил 220 МПа, удлинение - 5%. Хотя положения отбора проб различаются, результаты испытаний показывают, что механические свойства не сильно различаются, что показывает, что литая конструкция каркаса рулевого колеса становится более однородной после оптимизации процесса расчета.

III. Прогноз рынка и анализ цен

По зарубежным прогнозам, в будущем в автомобилях будут устанавливать подушки безопасности. Потому что рули из магниевого сплава легкие, амортизирующие и безопасные. После того, как автомобиль будет оснащен подушками безопасности, почти все автомобили должны быть на 100% заменены на рулевые колеса из магниевого сплава. За счет увеличения спроса на частные автомобили и развития западного региона средние темпы роста общего спроса на автомобили в ближайшие несколько лет составят около 10%. Использование магниевых сплавов для замены других традиционных материалов, таких как сталь и алюминиевые сплавы, для производства рам автомобильных рулевых колес и изготовления магниевых сплавов. Линия по производству автомобильных рулевых колес для литья под давлением. Использование технологии цельного литья под давлением позволяет снизить затраты на производство.