Półstały odlew aluminiowy typu A357 (Al-Si-Mg) znany jest z doskonałej wytrzymałości i dobrej ciągliwości. Jest to materiał z wyboru i jest idealny do produkcji ruchomych części samochodowych. 

Odlew półstały jest uważany za skuteczną technologię produkcji mechanicznych ruchomych części samochodowych o najwyższej jakości, wydajności i wydajności. Dolny wahacz w układzie zawieszenia samochodu jest ważną mechaniczną częścią ruchomą odpowiedzialną za połączenie kół samochodu z podwoziem.

Ponieważ stop aluminium A357 ma niewielką wagę, wysoką wytrzymałość właściwą i lepszą odporność na korozję niż stal, nowym trendem stało się stosowanie stopu aluminium A357 do wykonania tej części. Niniejsze badania proponują różne konstrukcje opracowanych wahaczy zawieszenia, biorąc pod uwagę ich stosunek wytrzymałości do masy. Ponadto badanie to ma na celu zbadanie wpływu obróbki przyspieszonego starzenia termicznego na trwałość zmęczeniową próbek zmęczeniowych ze stopu A357 przy zginaniu, wytworzonych w technologii półstałego odlewu reologicznego.

Wyniki pokazują, że w porównaniu ze standardowym cyklem starzenia termicznego, wielokrotne cykle starzenia WC3 wskazują na lepszą trwałość zmęczeniową. Z drugiej strony, w porównaniu z tradycyjną konstrukcją, proponowana konstrukcja elementu sterującego zawieszeniem samochodu wykazuje wyższy stosunek wytrzymałości do masy, lepszy rozkład naprężeń i niższe naprężenia von Meese.

Stopy aluminium A357 (Al-Si-Mg) są znane przede wszystkim z doskonałych wartości wskaźników wytrzymałości i jakości i są szeroko stosowane w różnych dziedzinach inżynierii, zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym. Układ zawieszenia samochodu to zespół części mechanicznych umieszczonych między ramą samochodu (podwoziem) a kołami jezdnymi. Układ zawieszenia odpowiada za pochłanianie uderzeń z nawierzchni drogi, utrzymywanie kontaktu opon pojazdu z nawierzchnią, przenoszenie przyłożonej mocy z kół pojazdu na podwozie oraz utrzymanie normalnej kinematyki zawieszenia. Systemy zawieszenia zazwyczaj składają się z trzech głównych elementów: sprężyn, amortyzatorów i drążków zawieszenia. Sprężyny i amortyzatory odpowiadają za reakcję pojazdu na losowe wzbudzenia w różnych warunkach drogowych (są przedmiotem wielu motoryzacyjnych badań drgań), natomiast drążek zawieszenia to zbiór elementów mechanicznych, które łączą cały układ zawieszenia i przenoszą siły do ​​podwozia pojazdu. Zastosowanie metali lekkich do wytwarzania takich części mechanicznych pomaga poprawić osiągi pojazdu poprzez zmniejszenie masy nieresorowanej. Szereg badań wykazało, że zastosowanie technologii odlewania półstałego do produkcji części mechanicznych zawieszenia samochodowego ze stopu aluminium ma doskonałe właściwości mechaniczne.

Formowanie półstałe (SSF) to technologia formowania, która łączy procesy odlewania, formowania i wytłaczania. Zastosuj siłę mechaniczną lub elektromagnetyczną, aby rozbić strukturę półstałą w papkowatej strefie zakresu ciecz-ciało stałe. Temperatura utrzymuje się powyżej temperatury topnienia podczas całego procesu. Następnie jest ściskany do gniazda formy pod wysokim ciśnieniem, aby uzyskać ostateczną geometrię. Półstałe dzieli się na dwie technologie odlewnicze: odlewanie siarkowe i odlewanie reologiczne. Tixocasting odnosi się do tworzenia pożądanej surowej masy o pożądanej mikrostrukturze poprzez ciągłe odlewanie, zwykle uzyskiwane przez mieszanie elektromagnetyczne. W odlewaniu reologicznym ciekły metal jest wlewany do pojemnika o tej samej wielkości co forma, która ma być napełniona, a następnie wysyłany do gniazda formy, unikając w ten sposób procesu ponownego nagrzewania metalu wyjściowego. Mieszanki materiałów półstałych (SSM) są produkowane i wtryskiwane na żądanie, co skraca całkowity czas cyklu, a tym samym obniża koszty. Poprzez chłodzenie, rozdrabnianie ziarna i mieszanie uzyskuje się pożądaną strukturę. W porównaniu ze strukturą dendrytyczną w tradycyjnym odlewaniu, proces odlewania półstałego charakteryzuje się istnieniem równoosiowej struktury ziarna.

Głównym celem tych badań jest poprawa cyklu życia zmęczeniowego półstałych materiałów aluminiowych poprzez parametry metalurgiczne i konstrukcyjne oraz uzyskanie wysokiej jakości części mechanicznych zawieszenia samochodowego. Niniejsze badanie ma na celu zbadanie wpływu obróbki przyspieszonego starzenia termicznego w wielu cyklach i cyklach przerywanych na cykl zmęczeniowy półstałego stopu aluminium A357 (Al-Si-Mg). W pracy tej wykorzystano modelowanie i techniki elementów skończonych do przeprowadzenia modyfikacji projektu i analizy naprężeń.

Obróbka materiałów i programowanie

Standardowe próbki i odpowiednie części są wykonane z półfabrykatu ze stopu aluminium A357 (Al-7%Si-0.65%Mg-0.1%Fe), który jest przygotowywany w procesie półstałego odlewania reologicznego. Proces odlewania półstałego jest połączony z wysokim ciśnieniem odlewanie (HPDC) do produkcji materiałów do charakteryzacji mechanicznej i mikrostruktury. Rysunek 1 przedstawia przyspieszoną obróbkę starzenia termicznego z wielokrotnymi i przerywanymi cyklami T4/T6/T7. Te obróbki starzenia cieplnego są stosowane do gięcia standardowych próbek zmęczeniowych i odpowiednich zawieszonych części mechanicznych. W niniejszej pracy zastosowano specyficzne cykle starzenia, głównie T6, WA0, WA1, WB0, WC1 i WC3. Jest to oparte na wcześniejszych badaniach zastosowanych do półstałych stopów aluminium A357. Mają pozytywny wpływ na właściwości wytrzymałościowe i wskaźnik jakości. Wpływ. Próbki ze zmęczenia na zginanie poddano dwuetapowej obróbce cieplnej rozpuszczającej, a następnie utrzymywano w hartowaniu w wodzie w temperaturze 60°C, a następnie naturalnie starzono w temperaturze pokojowej przez 24 godziny, a następnie poddano cyklowi starzenia termicznego.

Aby przetestować cykl zmęczeniowy i wydajność standardowych próbek zmęczenia materiału półstałego A357 oraz odpowiednich kontroli zawieszenia, badacze zastosowali odpowiednio test zmęczenia wysokocyklowego zginania i test niskocyklowego zmęczenia rozciągania i ściskania. W tym badaniu zastosowano test zmęczenia na zginanie wspornika o stałej elastyczności. Próbka jest poddawana ciągłemu zginaniu w dużej liczbie cykli, aż do zerwania. Po zainstalowaniu próbki zmęczeniowej zginania należy ją całkowicie unieruchomić z jednego końca, podczas gdy drugi koniec jest połączony z wahaczem maszyny. Wahacz został wyregulowany tak, aby utrzymać stały skok podczas całego eksperymentu, niezależnie od obciążenia każdej próbki. Zastosowana maszyna to mechanizm korbowo-suwakowy, a próbka jest połączona z częścią ślizgową. 2a jest mechanizmem korbowo-suwakowym reprezentującym mechanizm napędowy maszyny wytrzymałościowej. Próbka jest zamontowana w pozycji suwaka „S”, a silnik obraca korbą „R” ze stałą prędkością kątową „ω”. Długość skoku jest bardzo ważna w tej maszynie, ponieważ reprezentuje ugięcie, jakie należy zastosować do próbki. Długość skoku można zmienić, zmieniając długość korby 'R'. Maszyna wytrzymałościowa wykorzystana w tym eksperymencie wykorzystuje korbę mimośrodową, w której mimośrodowość jest taka sama jak długość korby. Dlatego zmiana mimośrodu urządzenia spowoduje zmianę długości skoku i ugięcia nałożonego na próbkę. Rysunek 2b przedstawia mimośrodową korbę, w której skok można regulować w zakresie od 0 do 2.0 cali (50.8 mm). Zastosowana maszyna pracuje z silnikiem o mocy 0.5HP (373 W), a maksymalna siła przenoszona na próbkę to 40 Ib (178 N). Częstotliwość pracy wszystkich badanych próbek została ustawiona na 12 Hz, a ugięcie 6.35 mm. Jak pokazano na rysunku 2c, próbka jest obrabiana mechanicznie, a następnie szlifowana, aby usunąć wszelkie rysy spowodowane obróbką. Zarysowania i makropęknięcia działają jako elementy znoszące naprężenia, inicjując pęknięcia zmęczeniowe i powodując znaczne zmniejszenie trwałości zmęczeniowej. Kod MATLAB służy do obliczania naprężeń powstałych w próbce zmęczeniowej. Moduł Younga dla aluminium wynosi 70 GPa, a współczynnik Poissona dla materiału izotropowego 0.33. Równanie mechaniki ciała stałego używane w obliczeniach naprężeń jest następujące:

I = (bh^3)/12 i σ = moje/I.

Wśród nich „I” to drugi moment powierzchni, „b” to szerokość próbki, „h” to grubość próbki, „σ” to naprężenie, „m” to maksymalny moment zginający, oraz „y” to połowa grubości. 2d jest wykresem wyniku kodu, pokazującym, że maksymalne naprężenie w środku zredukowanego obszaru wynosi 50 MPa; następnie naprężenie stopniowo maleje, osiągając zero w pobliżu ograniczonego końca i wolnego końca. W przypadku elementów sterowania zawieszeniem, w warunkach sterowania siłą, użyj serwohydrauliki do wykonania niskocyklowego testu zmęczeniowego sinusoidalnego sterowania siłą w temperaturze pokojowej z częstotliwością 1 Hz. Sinusoidalna forma obciążenia ściskającego waha się od ±105 MPa do ±280 MPa i jest kontrolowana przez zastosowanie przemieszczenia w zakresie od ±1 do ±2 mm.

Jeśli chodzi o procedurę projektowania, parametry projektowe odpowiednich części muszą uwzględniać rozkład naprężeń, wartość naprężenia Von Mis i stosunek wytrzymałości do masy. Do modyfikacji konstrukcji wahacza zawieszenia oraz metody elementów skończonych wykorzystano oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) SolidWorks 2018. Do analizy elementów skończonych (FEA) wykorzystano pakiet oprogramowania Abaqus Complete Abaqus Environment (CAE) 2018. Konfiguracja elementów skończonych odpowiedniego wahacza zawieszenia użytego w tym badaniu. Belka z wiązaniami wielopunktowymi (MPC) reprezentuje najbardziej odpowiedni stan obciążenia, który powinien być najbardziej zbliżony do rzeczywistego stanu obciążenia. W tym celu należy w pełni zrozumieć obciążenie wahacza zawieszenia. Siłę działającą na oponę pojazdu można obliczyć w trzech wymiarach: x, y i z; składnik x to siła podłużna (FLong), składnik y to siła poprzeczna (FLat), a składnik z to siła pionowa (FV). Chociaż siła pionowa jest spowodowana masą pojazdu, a siła poprzeczna jest spowodowana kątem nachylenia i kątem zbieżności, ważną siłą w tym badaniu jest siła podłużna. Jest to spowodowane siłą oporu toczenia i cyklem ściskania trakcji wywołanym hamowaniem.

Analiza projektu i element skończony

Na elementy wahaczy zawieszenia samochodowego działają siły obciążenia działające w trzech kierunkach. Siłę wzdłużną można obliczyć na podstawie kombinacji oporów toczenia i trakcji. Siłę oporu toczenia można obliczyć, mnożąc współczynnik tarcia tocznego „f” przez obciążenie pionowe pojazdu. Siłę trakcyjną można obliczyć, mnożąc wartość chwilową, współczynnik tarcia „μ” i obciążenie pionowe. Wzór można zapisać w następujący sposób:

F_(dług.) = (μ−f)*F_v

Zgodnie z rozumieniem budowy mechanicznej zawieszenia, zastosowanie elementów skończonych projektu zaproponowanego w niniejszym opracowaniu przeprowadzono za pomocą oprogramowania Abaqus, a projekt wykonano za pomocą oprogramowania SolidWorks. Zgodnie z przyłożoną siłą i określonymi parametrami projektowymi wybrano 4 konstrukcje o doskonałych parametrach.

Pierwsza konstrukcja, nachylona środnik z żebrami usztywniającymi, podąża za nachyloną środnikiem w kształcie litery Z zamiast tradycyjnego projektu liniowego. Kąt pochylenia środnika jest ustawiony na 7°, względem płaszczyzny normalnej równoległej do górnego pasa, jak pokazano na rysunku 6a, aby skompensować kąt pochylenia 5° kulistego gniazda. Wybór kąta pochylenia, po wielu próbach i błędach, każdorazowo wykorzystuje inny kąt do analizy i symulacji elementów skończonych. W dolnej części wahacza zastosowano małe żebra wzmacniające konstrukcję w celu ograniczenia nadmiernych odkształceń pod obciążeniem. Stwierdzono, że całkowita masa części wynosi 1198g, co jest prawie zbliżone do konwencjonalnej konstrukcji (1200g). Wyniki analizy elementów skończonych projektu nachylonej środnika przedstawiono na rysunku 6. Stwierdzono, że maksymalne naprężenie von Misesa wynosiło 213 MPa, co zaobserwowano w pobliżu dolnej tulei ramienia sterującego. Maksymalny współczynnik koncentracji naprężeń (SCF) wynoszący 8 zaobserwowano w pobliżu niższego tuleja powierzchnia. Pod działaniem siły 5500 N maksymalna deformacja położenia przegubu kulowego wynosi 1.45 mm.

na zakończenie

W odniesieniu do cyklu zmęczeniowego i analizy konstrukcyjnej przyspieszonego starzenia termicznego elementów sterowania zawieszeniem samochodowym A357 z materiału półstałego z aluminium AXNUMX można wyciągnąć następujące wnioski:

1. Wielokrotne przyspieszone cykle starzenia termicznego WC3 wykazują lepszą rzeczywistą poprawę trwałości zmęczeniowej części niż standardowy T6. Liczba cykli C3 wynosi 72,000 6, a liczba cykli T36,000 wynosi 0 40,000. Cykl starzenia termicznego WA6 wykazuje również wydłużenie niskocyklowej trwałości zmęczeniowej, sięgającej XNUMX XNUMX cykli, co jest uważane za bardziej ekonomiczne niż TXNUMX;

2. Test zmęczeniowy na zginanie wspornika pokazuje, że WC3 z przyspieszoną obróbką starzenia termicznego ma doskonały cykl życia, ze średnią 82,000 6 cykli, podczas gdy średnia T53,000 wynosi 3 1 cykli. Świadczy to o pozytywnym wpływie wielokrotnych zabiegów starzenia cieplnego WC6 na żywotność zmęczeniową. Cykl starzenia WA59,250 jest również silniejszy niż T6, średnio XNUMX XNUMX razy; jest również uważany za bardziej ekonomiczny niż TXNUMX;

3. Konstrukcja kratownicowa odpowiednich komponentów (Konstrukcja 4) wykazuje lepszą wydajność niż wszystkie inne projekty proponowane w tym artykule - o 160 gm lżejsze niż oryginalny projekt, maksymalne naprężenie maszyny wirtualnej wynosi 198 MPa, w porównaniu do oryginalnego projektu 232 MPa. Konstrukcja 4 jest również bardziej elastyczna niż konstrukcja oryginalna, co może poprawić tłumienie i znacznie wydłużyć żywotność przegubu kulowego połączonego z wahaczem. Uważa się, że ta elastyczność lepiej amortyzuje wstrząsy drogowe, poprawiając w ten sposób zachowanie zawieszenia i komfort;

4. Zastosuj wybraną obróbkę wielokrotnego starzenia termicznego WC3 do zalecanego projektu 4 (konstrukcja kratownicy), która ma wytrzymać ponad 84,300 134 cykli, co oznacza, że ​​żywotność odpowiednich części zostanie zwiększona o 6%. Jest to obliczane poprzez obliczenie wartości naprężenia pierwotnego i nowego projektu oraz wartości T3 w porównaniu z WCXNUMX.

Link do tego artykułu: 

Nowy półstały materiał odlewniczy może być szeroko stosowany w produkcji mechanicznych części samochodowych!

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com

PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji obróbka cnc Chiny usługi. Certyfikat ISO 9001:2015 i AS-9100.

Warsztat obróbki skrawaniem specjalizująca się w usługach prefabrykacji dla branży budowlanej i transportowej. Możliwości obejmują cięcie plazmowe i tlenowo-paliwowe, Obróbka na miarę, MIG i Niestandardowe aluminiowe urządzenie do precyzyjnego frezowania CNC do spawaniaformowanie rolkowe, montaż, Tokarka do obróbki stali nierdzewnej maszyna cnc wał, strzyżenie i Szwajcarskie usługi obróbki CNC. Obsługiwane materiały obejmują węgiel i Pasywacja Części pokrywy do obróbki stali nierdzewnej.

Opowiedz nam trochę o budżecie Twojego projektu i przewidywanym czasie realizacji. Opracujemy z Tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel. Zapraszamy do bezpośredniego kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ).