Análisis del proceso de fabricación de volantes de automóviles fabricados con aleación de magnesio fundido a presión

I. Antecedentes históricos

Con el rápido desarrollo de la industria del automóvil, los automóviles son cada vez más rápidos, su apariencia es cada vez más hermosa, su decoración interior se vuelve cada vez más compleja y diversa y su contenido tecnológico inherente es cada vez mayor. El volante también ha sufrido cambios considerables. La aleación de magnesio es el material estructural metálico más ligero. Tiene las ventajas de una alta resistencia específica, un rendimiento superior de amortiguación, absorción de impactos y reducción de ruido, un buen rendimiento en moldeado de fundición, mecanizado y decoración de superficies, y un fácil reciclaje. La aleación de magnesio utilizada en el volante puede lograr un peso ligero y reducir la vibración de la superficie de la carretera y del sistema de control. Al mismo tiempo, cuando ocurre un accidente, el volante de aleación de magnesio puede absorber más energía para garantizar la seguridad del conductor. Por lo tanto, cuenta con volantes tradicionales como acero con bajo contenido de carbono y plásticos de ingeniería. Ventaja de rendimiento inigualable. Por lo tanto, será una tendencia inevitable utilizar aleaciones de magnesio para reemplazar otros materiales tradicionales como el acero y las aleaciones de aluminio para fabricar esqueletos de volantes de automóviles.

II. Solución técnica

1. Selección de materiales de aleación.

Con el aluminio como principal elemento de aleación, a medida que disminuye el contenido de aluminio, la tenacidad de la aleación aumenta gradualmente. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio de la serie AM con bajo contenido de aluminio son más adecuadas para componentes de seguridad como los volantes. Sin embargo, a medida que disminuye el contenido de aluminio, la moldeabilidad de la aleación se reduce hasta cierto punto. Por lo tanto, a la hora de seleccionar una aleación que pueda alcanzar las propiedades mecánicas requeridas, se debe asegurar un mayor contenido de aluminio para asegurar su colabilidad. Por lo tanto, elija AM60, que tiene alta resistencia, buena tenacidad y cierto rendimiento de fundición, como material del volante. Según los datos buscados en Internet, las propiedades mecánicas de esta serie de aleaciones de magnesio son buenas, el módulo elástico E puede alcanzar 45 GPa, la relación de Poisson ε es 0,35, la resistencia a la tracción σb≥200MPa, el límite elástico σs≥13OMPa y el alargamiento. δ≥6% (longitud de calibre de 50 mm). En términos de peso, es más de un 30% más ligero que las aleaciones tradicionales de hierro y aluminio; la tasa de aprobación del proceso de los volantes de aleación de magnesio es equivalente a la de los volantes de aleación de aluminio, alcanzando más del 85%; el rendimiento cumple plenamente con los requisitos de los volantes.

2. Dibujo de piezas

3. Proceso de diseño y fabricación del modelo.

El volante está sometido principalmente a tensiones alternas provocadas por la torsión. De acuerdo con los requisitos de la norma de prueba de rendimiento mecánico del volante, el par de falla por torsión estática debe ser superior a 300 N·m, y la estructura del cuerpo del volante debe basarse en el modelo de datos de estructura tridimensional del volante obtenido del análisis de elementos finitos. El proceso de moldeo por fundición a presión tiene las características de llenado a alta presión y alta velocidad. Puede fundir piezas fundidas con paredes delgadas, formas complejas y pequeños agujeros e roscas. También puede inyectar inserciones. La resistencia y dureza superficial de las piezas fundidas a presión son altas. Es la producción de magnesio un método eficaz para piezas de aleación. Teniendo como objetivo la estructura general del volante, combinada con las características del rendimiento de fatiga del material del cuerpo de aleación de magnesio, que es muy sensible a los defectos inherentes, se analizan los factores del proceso de formación de la nueva estructura del material y se puede obtener la mejor estructura de rendimiento al tiempo que se garantiza la fundición. La calidad de la mejor combinación de estructura de proceso y parámetros de proceso cumple con los requisitos de los componentes para la calidad inherente y las propiedades de fatiga relacionadas de las piezas fundidas y sienta las bases de producción para el Aplicación razonable de nuevos materiales en el volante. Dada la situación anterior, de acuerdo con los requisitos del proceso de fundición a presión, se realiza un diseño preliminar del sistema de fundición del molde de fundición a presión del volante. La tecnología de moldeo por fundición a presión de aleaciones de magnesio incluye principalmente la fusión y protección de aleaciones de magnesio, el diseño de fundición a presión, el control del proceso y el tratamiento térmico posterior de las piezas que soportan carga.

El software de simulación numérica se utiliza para simular el proceso de fundición a presión del plan de proceso de fundición a presión diseñado y optimizar aún más la combinación de vertido del volante, sistema de desbordamiento y parámetros del proceso mediante el análisis del proceso de llenado, el proceso de solidificación y los defectos de fundición en el proceso de fundición a presión. El plano final proporciona una referencia importante para la producción de piezas de fundición a presión para volantes de alta calidad. La máquina de fundición a presión con cámara de prensado en frío ordinaria existente se puede utilizar para producir piezas de fundición a presión de aleación de magnesio. Cuando la temperatura de llenado es de 700 ℃, la temperatura de fundición a presión es de 220 ℃ y la velocidad del punzonador es de 2,34 m/S, se puede obtener un esqueleto de volante ideal. De acuerdo con los resultados de optimización del proceso de cálculo, se produjo una prueba de un esqueleto de volante calificado de aleación de magnesio AM60. Se utilizó una máquina de pruebas universal para probar el comportamiento ante la fatiga y las propiedades mecánicas del esqueleto del volante. Los resultados mostraron que su vida media de fatiga alcanzó 10.000 veces, la resistencia a la tracción fue de 220 MPa y la tasa de alargamiento fue del 5%.

La prueba de producción y rendimiento del esqueleto del volante de aleación de magnesio se basó en los resultados de la simulación de FIow23D, utilizando parámetros de proceso optimizados, y el volante se produjo en una prueba en una máquina de fundición a presión de 8 000 kN, y se obtuvieron productos calificados. El rendimiento de fatiga del esqueleto del volante de aleación de magnesio AM60 producido se probó en el probador universal de volantes. Durante la prueba, se fija el centro del volante y se aplican repetidamente 250 kN de fuerza del suelo en la dirección vertical de la llanta hasta que el volante se rompe. El número medido de ciclos es la vida a fatiga del esqueleto del volante. La vida a fatiga del esqueleto del volante producido es un promedio de 110.000 veces, y la posición de fractura se muestra en la Figura 4, y el estándar de la empresa es 100.000 veces, lo que indica que el rendimiento de fatiga del esqueleto del volante ha alcanzado los requisitos de la empresa.

Puede verse en la Figura 5 que las grietas por fatiga se generan en el exterior de la llanta. Esto se debe a que el esqueleto del volante se solidifica durante el proceso de solidificación. Debido a que hay más bolsas de escoria colocadas en el exterior de la llanta, se solidifica al final en relación con el interior de la llanta. Por lo tanto, hay relativamente muchos defectos, lo que es una posible razón de las grietas por fatiga que se originan en el exterior de la llanta. La posición de fractura de la llanta es la posición donde las tensiones alternas de tracción y compresión son mayores durante el proceso de carga. La Figura 5b muestra la zona de crecimiento de las grietas por fatiga, que tiene características típicas de las grietas por fatiga. Vea la zona transitoria de fatiga. La Figura 5c muestra las características de la fractura transgranular. La Figura 5d es una fotografía de la estructura suelta en el área de la fractura. Se puede ver en la Figura 5d que hay una estructura suelta en la fractura por fatiga, causada por fluctuaciones de presión durante el proceso de fundición a presión. Se probaron las propiedades mecánicas del esqueleto del volante. La resistencia a la tracción fue de 220 MPa y el alargamiento fue del 5%. Aunque las posiciones de muestreo son diferentes, los resultados de las pruebas muestran que las propiedades mecánicas no son muy diferentes, lo que muestra que la estructura de fundición a presión del esqueleto del volante es más uniforme después de optimizar el proceso de cálculo.

III. Previsión de mercado y análisis de precios.

Según previsiones extranjeras, en el futuro se instalarán airbags en los automóviles. Porque los volantes de aleación de magnesio son ligeros, amortiguadores y seguros. Una vez que el automóvil está equipado con bolsas de aire, casi todos los automóviles deben reemplazarse al 100% por volantes de aleación de magnesio. Debido al aumento de la demanda de automóviles privados y al desarrollo de la región occidental, la tasa de crecimiento promedio de la demanda total de automóviles en los próximos años será de alrededor del 10%. El uso de aleaciones de magnesio para reemplazar otros materiales tradicionales, como el acero y las aleaciones de aluminio, para fabricar marcos de volantes de automóviles y construir una línea de producción de volantes de automóviles de fundición a presión con aleaciones de magnesio. El uso de tecnología de fundición a presión de una sola pieza puede reducir los costos de producción.