חומר יציקה חצי מוצק מאלומיניום מסוג A357 (Al-Si-Mg) ידוע בחוזקו המעולה ובגמישותו הטובה. זהו החומר הנבחר ואידיאלי בייצור חלקים נעים מכאניים לרכב. 

יציקה מוצקה למחצה נחשבת לטכנולוגיה יעילה לייצור חלקים נעים מכאניים לרכב עם איכות, ביצועים ויעילות מעולים. זרוע השליטה התחתונה במערכת המתלים של המכונית היא חלק נע מכני חשוב האחראי על חיבור גלגלי הרכב עם השלדה.

מכיוון שלסגסוגת האלומיניום A357 יש משקל קל, חוזק סגולי גבוה ועמידות בפני קורוזיה טובה יותר מאשר פלדה, זה הפך למגמה חדשה להשתמש בסגסוגת אלומיניום A357 לייצור חלק זה. מחקר זה מציע עיצובים שונים של זרועות בקרת מתלים שפותחו, בהתייחס ליחס החוזק-משקל שלהן. בנוסף, מחקר זה נועד לחקור את ההשפעה של טיפול הזדקנות תרמית מואצת על חיי העייפות של דגימות עייפות מכופפות מסגסוגת A357 המיוצרות בטכנולוגיית יציקה מוצקה למחצה ריאולוגית.

התוצאות מראות שבהשוואה למחזור ההזדקנות התרמי הסטנדרטי, מחזורי ההזדקנות המרובים של WC3 מצביעים על כך שחיי העייפות שלו טובים יותר. מצד שני, בהשוואה לעיצוב המסורתי, העיצוב המוצע של רכיבי בקרת המתלים של המכונית מציג יחס חוזק-משקל גבוה יותר, חלוקת מתחים טובה יותר ומתח נמוך יותר של von Meese.

סגסוגות אלומיניום A357 (Al-Si-Mg) ידועות בעיקר בערכי החוזק והאיכות המצוינים שלהן, ונמצאות בשימוש נרחב בתחומי הנדסה שונים, במיוחד בתעשיית הרכב. מערכת המתלים לרכב היא מכלול של חלקים מכניים הממוקמים בין מסגרת הרכב (שלדה) וגלגלי הכביש. מערכת המתלים אחראית על ספיגת הפגיעה ממשטח הכביש, שמירת צמיגי הרכב במגע עם פני הכביש, העברת הכוח המופעל מגלגלי הרכב לשלדה ושמירה על הקינמטיקה התקינה של המתלים. מערכות מתלים מורכבות לרוב משלושה מרכיבים עיקריים: קפיצים, בולמי זעזועים והצמדות מתלים. קפיצים ובולמי זעזועים אחראים לתגובת הרכב תחת עירורים אקראיים בתנאי כביש שונים (הם מושא למחקרי רטט רבים ברכב), בעוד שהצמדת המתלים היא אוסף של רכיבים מכניים המחברים את כל מערכת המתלים ומעבירים את כוח לרכב שלדת. השימוש במתכות קלות לייצור חלקים מכניים כאלה עוזר לשפר את ביצועי הרכב על ידי הפחתת המסה הלא קפיצית. מספר מחקרים הראו שלשימוש בטכנולוגיית יציקה מוצקה למחצה לייצור חלקים מכאניים מתלים לרכב מסגסוגת אלומיניום יש תכונות מכניות מעולות.

Forming Semi-solid Forming (SSF) היא טכנולוגיית יצירת צורה המשלבת תהליכי יציקה, גיבוש ואקסטרוזיה. הפעל כוח מכני או אלקטרומגנטי כדי לשבור את המבנה המוצק למחצה באזור העיסתי של טווח נוזל-מוצק. הטמפרטורה נשארת מעל נקודת ההיתוך במהלך כל התהליך. לאחר מכן הוא נדחס לתוך חלל התבנית בלחץ גבוה כדי לקבל את הגיאומטריה הסופית. מוצק למחצה מתחלק לשתי טכנולוגיות יציקה: יציקת גופרית ויציקה ריאולוגית. Thixocasting מתייחס להיווצרות של גוף ירוק רצוי עם מבנה מיקרו רצוי באמצעות יציקה מתמשכת, המתקבלת בדרך כלל על ידי ערבוב אלקטרומגנטי. ביציקה ריאולוגית יוצקים את המתכת הנוזלית לתוך מיכל בגודל זהה לתבנית המילוי, ולאחר מכן נשלחים לחלל התבנית, וכך נמנע תהליך החימום מחדש של מתכת המלאי. תערובות חומר מוצק למחצה (SSM) מיוצרות ומוזרקות לפי דרישה, מקטינות את זמן המחזור הכולל, ובכך מפחיתות עלויות. באמצעות קירור, עידון גרגירים וערבוב מתקבל המבנה הרצוי. בהשוואה למבנה הדנדריטי ביציקה מסורתית, תהליך היציקה המוצקה למחצה מתאפיין בקיומו של מבנה גרגר שווה ציר.

המטרה העיקרית של מחקר זה היא לשפר את מחזור חיי העייפות של חומרי אלומיניום מוצקים למחצה באמצעות פרמטרים של מתכות ועיצוב, ולהשיג חלקים מכאניים מתלים לרכב באיכות גבוהה. מחקר זה נועד לחקור את ההשפעה של טיפול הזדקנות תרמית מואצת עם מספר מחזורים ומחזורים לסירוגין על מחזור העייפות של סגסוגת אלומיניום מוצקה למחצה A357 (Al-Si-Mg). בעבודה זו, נעשה שימוש במודלים ובטכניקות אלמנטים סופיים לביצוע שינוי עיצוב וניתוח מתח.

עיבוד חומרים ותכנות

הדגימות הסטנדרטיות והחלקים הרלוונטיים עשויים מסגסוגת אלומיניום A357 ריקה (Al-7%Si-0.65%Mg-0.1%Fe), המוכן בתהליך יציקה רהולוגית מוצק למחצה. תהליך היציקה החצי מוצק מותאם ללחץ גבוה למות הליהוק מכונה (HPDC) לייצור חומרים לאפיון מכני ומיקרו-מבנה. איור 1 מציג את טיפול ההזדקנות התרמית המואצת עם מספר רב של מחזורים לסירוגין של T4/T6/T7. טיפולי הזדקנות חום אלו מיושמים על דגימות סטנדרטיות של עייפות כיפוף וחלקים מכניים מושעים. במחקר זה יושמו מחזורי הזדקנות ספציפיים, בעיקר T6, WA0, WA1, WB0, WC1 ו-WC3. זה מבוסס על מחקרים קודמים שהוחלו על סגסוגות אלומיניום מוצקות למחצה A357. הם חיוביים עבור מאפייני מתיחה ואיכות. לְהַשְׁפִּיעַ. דגימות העייפות המתכופפות עברו טיפול חום בתמיסה דו-שלבית, ולאחר מכן נשמרו במים ב-60 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן התיישנו באופן טבעי בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות, ולאחר מכן הועברו למחזור התיישנות תרמי.

החוקרים השתמשו במבחן עייפות במחזור גבוה בכיפוף ובבדיקת עייפות במחזור נמוך במתח-דחיסה בהתאמה כדי לבדוק את מחזור העייפות והביצועים של דגימות עייפות כיפוף סטנדרטיות של חומר מוצק למחצה A357 ובקרות מתלים ישימות. במחקר זה, נעשה שימוש במבחן עייפות של כיפוף שלוחה עם גמישות קבועה. הדגימה נתונה לכיפוף מתמיד תחת מספר גבוה של מחזורים עד שהיא נשברת. לאחר התקנת דגימת עייפות הכיפוף, יש לרסן אותה במלואה מקצה אחד, בעוד הקצה השני מחובר לזרוע הנדנדה של המכונה. זרוע הנדנדה הותאמה כדי לשמור על מהלך קבוע לאורך הניסוי, ללא קשר לעומס של כל דגימה. המכונה המשמשת היא מנגנון ארכובה-מחוון, והדוגמה מחוברת לחלק המחוון. 2a הוא מנגנון המחוון הארכובה המייצג את מנגנון ההפעלה של מכונת הבדיקה. הדגימה מותקנת במיקום המחוון'S', והמנוע מסובב את הארכובה'R' במהירות זוויתית קבועה'ω'. אורך השבץ חשוב מאוד במכונה זו מכיוון שהוא מייצג את הסטייה שיש להחיל על הדגימה. ניתן לשנות את אורך המהלך על ידי שינוי אורך הארכובה'R'. מכונת בדיקת העייפות המשמשת בניסוי זה משתמשת בארכובה אקסצנטרי, כאשר האקסצנטריות זהה לאורך הארכובה. לכן, שינוי האקסצנטריות של המכשיר ישנה את אורך המהלך ואת הסטייה המוטלת על הדגימה. איור 2b מציג את הארכובה האקסצנטרי, שבו ניתן לכוונן את המהלך מ-0 ל-2.0 אינץ' (50.8 מ"מ). המכונה שבה נעשה שימוש עובדת עם מנוע בהספק של 0.5HP (373 וואט), והכוח המרבי המועבר לדגימה הוא 40 Ib (178 N). תדירות הפעולה של כל דגימות הבדיקה נקבעה ל-12 הרץ, והסטייה הייתה 6.35 מ"מ. כפי שמוצג באיור 2c, המדגם עובר במכונה ולאחר מכן טחון כדי להסיר שריטות שנגרמו על ידי העיבוד. שריטות וסדקי מאקרו פועלים כמרימי מתח כדי ליזום סדקי עייפות וגורמים להפחתה משמעותית בחיי העייפות. קוד MATLAB משמש לחישוב הלחץ שפותח בדגימת העייפות. מודול האלומיניום של Young הוא 70 GPa ויחס ה-Poisson של חומר איזוטרופי הוא 0.33. משוואת המכניקה המוצקה המשמשת בחישוב המתח היא כדלקמן:

I = (bh^3)/12 & σ = my/I.

ביניהם, 'I' הוא הרגע השני של השטח, 'b' הוא רוחב המדגם, 'h' הוא עובי המדגם, 'σ' הוא הלחץ, 'm' הוא מומנט הכיפוף המרבי, ו 'y' הוא חצי מהעובי. 2d הוא גרף התוצאה של הקוד, המראה שהמתח המרבי במרכז השטח המופחת הוא 50 MPa; ואז הלחץ פוחת בהדרגה, ומגיע לאפס ליד הקצה המוגבל והקצה החופשי. עבור רכיבי בקרת מתלים, בתנאי בקרת כוח, השתמש במכונה הידראולית סרוו לביצוע בדיקת עייפות במחזור נמוך של בקרת כוח סינוסואידלית בטמפרטורת החדר בתדר של 1 הרץ. הצורה הסינוסואידאלית של עומס דחיסה משתנה בין ±105MPa ל-±280MPa, ונשלטת על ידי הפעלת תזוזה הנעה בין ±1 ל-±2 מ"מ.

לגבי הליך התכנון, פרמטרי התכנון של החלקים הרלוונטיים חייבים לקחת בחשבון את התפלגות המתח, ערך הלחץ Von Mis ויחס החוזק למשקל. תוכנת התכנון בעזרת מחשב (CAD) SolidWorks 2018 שימשה לשינוי העיצוב של זרוע בקרת המתלים ושיטת האלמנטים הסופיים. חבילת התוכנה Abaqus Complete Abaqus Environment (CAE) 2018 שימשה לניתוח אלמנטים סופיים (FEA). תצורת האלמנטים הסופיים של זרוע בקרת המתלים הרלוונטית המשמשת במחקר זה. אלומת ה- multi-point constrained (MPC) מייצגת את מצב הטעינה המתאים ביותר, שאמור להיות הדומה ביותר למצב הטעינה בפועל. לשם כך, יש צורך להבין היטב את העומס המוטל על זרוע בקרת ההשעיה. ניתן לחשב את הכוח הפועל על צמיג רכב בשלושה ממדים: x, y ו-z; רכיב x הוא הכוח האורך (FLong), רכיב y הוא הכוח הרוחבי (FLat), ורכיב z הוא הכוח האנכי (FV). למרות שהכוח האנכי נגרם ממשקל הרכב, והכוח הרוחבי נגרם מזווית הנטייה וזווית הבוהן, הכוח החשוב במחקר זה הוא הכוח האורך. זה נגרם על ידי כוח התנגדות הגלגול ומחזור דחיסה המתיחה הנגרם על ידי בלימה.

ניתוח עיצוב ואלמנט סופי

רכיבי זרוע בקרת מתלי הרכב נתונים לכוחות עומס המופעלים בשלושה כיוונים. ניתן לחשב את הכוח האורך על ידי השילוב של התנגדות גלגול ומתיחה. ניתן לחשב את כוח התנגדות הגלגול על ידי הכפלת מקדם החיכוך הגלגול'f' עם העומס האנכי של הרכב. ניתן לחשב את כוח המתיחה על ידי הכפלת הערך המיידי, מקדם החיכוך 'μ' והעומס האנכי. ניתן לכתוב את הנוסחה כך:

F_(long.) = (μ−f)*F_v

על פי הבנת המבנה המכני של המתלה, יישום האלמנטים הסופי של התכנון המוצע במחקר זה בוצע באמצעות תוכנת Abaqus, והתכנון בוצע באמצעות תוכנת SolidWorks. על פי הכוח המופעל ופרמטרי עיצוב ספציפיים, נבחרו 4 עיצובים עם ביצועים מעולים.

העיצוב הראשון, הרשת המשופעת עם הצלעות המתקקשות, עוקב אחר הרשת המשופעת בצורת Z במקום העיצוב הליניארי המסורתי. זווית נטיית הרשת מוגדרת ל-7°, ביחס למישור המקביל לאוגן העליון, כפי שמוצג באיור 6a, כדי לפצות על זווית הנטייה של 5° של שקע הכדור. בחירת זווית הנטייה, לאחר ניסוי וטעייה רבים, בכל פעם משתמשים בזווית אחרת לניתוח וסימולציה של אלמנטים סופיים. בחלק התחתון של זרוע הבקרה, צלעות קטנות משמשות לחיזוק המבנה כדי להגביל עיוות יתר בעומס. נמצא שהמסה הכוללת של החלק היא 1198 גרם, שזה כמעט דומה לעיצוב המקובל (1200 גרם). תוצאות ניתוח האלמנטים הסופיים של עיצוב האינטרנט המשופע מוצגות באיור 6. המתח המרבי של von Mises נמצא כ-213MPa, אשר נצפה ליד השרוול התחתון של זרוע הבקרה. גורם ריכוז מתח מקסימלי (SCF) של 8 נצפה ליד התחתון תותב אֵזוֹר. תחת פעולת כוח של 5500N, העיוות המקסימלי של מיקום מפרק הכדור הוא 1.45 מ"מ.

לסיכום

לגבי מחזור העייפות וניתוח העיצוב של טיפול ההזדקנות התרמית המואצת של רכיבי בקרת מתלי רכב A357 חומר מוצק למחצה אלומיניום, ניתן להסיק את המסקנות הבאות:

1. מחזורי ההזדקנות התרמית המואצים המרובים של WC3 מראים שיפור בחיי עייפות חלק ממשי טוב יותר מאשר T6 סטנדרטי. מספר המחזורים של C3 הוא 72,000, ומספר המחזורים של T6 הוא 36,000. מחזור ההזדקנות התרמי של WA0 מראה גם את שיפור חיי העייפות במחזור נמוך, ומגיע ל-40,000 מחזורים, מה שנחשב לחסכוני יותר מ-T6;

2. בדיקת עייפות כיפוף שלוחה מראה כי ל-WC3 עם טיפול הזדקנות תרמית מואצת יש מחזור חיים מעולה, עם ממוצע של 82,000 מחזורים, בעוד שהממוצע של T6 הוא 53,000 מחזורים. זה מוכיח את ההשפעה החיובית של טיפולי הזדקנות בחום מרובים של WC3 על חיי העייפות. גם מחזור ההזדקנות WA1 חזק יותר מ-T6, עם ממוצע של 59,250 פעמים; הוא גם נחשב לחסכוני יותר מ-T6;

3. עיצוב המסבך של רכיבים ישימים (עיצוב 4) מציג ביצועים מעולים מכל העיצובים האחרים המוצעים במאמר זה - 160 גרם קל יותר מהעיצוב המקורי, מתח ה-VM המרבי הוא 198MPa, בהשוואה לתכנון המקורי 232MPa. עיצוב 4 גם גמיש יותר מהעיצוב המקורי, מה שיכול לשפר את השיכוך ולהגדיל משמעותית את חיי המפרק הכדורי המחובר לזרוע הבקרה. מאמינים כי גמישות זו מרככת טוב יותר את פגיעות הכביש, ובכך משפרת את התנהגות המתלים והנוחות;

4. החל את טיפול ההזדקנות התרמי המרובה שנבחר WC3 על העיצוב המומלץ 4 (עיצוב מסבך), אשר צפוי לעמוד ביותר מ-84,300 מחזורים, כלומר, חיי החלקים הישימים גדלים ב-134%. זה מחושב על ידי חישוב ערך הלחץ של התכנון המקורי והעיצוב החדש והערך של T6, בהשוואה ל-WC3.

קישור למאמר זה: 

ניתן להשתמש בחומר היציקה המוצק למחצה החדש בייצור חלקים מכאניים לרכב!

הצהרת הדפסה חוזרת: אם אין הנחיות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. נא לציין את המקור להדפסה חוזרת: https://www.cncmachiningptj.com

PTJ® מספק מגוון רחב של דיוק מותאם אישית עיבוד cnc סין שירותי.מוסמך ISO 9001:2015 &AS-9100.

חנות לעיבוד שבבי מתמחה בשירותי ייצור לענפי בנייה ותחבורה. היכולות כוללות חיתוך פלזמה וחיתוך דלק חמצן, עיבוד בהתאמה אישית, MIG ו מתאם אלומיניום ריתוך כרסום דיוק אלומיניום בהתאמה אישית, יצירת גלילים, הרכבה, מכונת עיבוד של מחרטה נירוסטה cnc פיר, גזירה ו שירותי עיבוד שבבי CNC Swiss. החומרים המטופלים כוללים פחמן ו חלקי לוחות כיסוי לעיבוד נירוסטה פסיבציה.

ספר לנו קצת על תקציב הפרויקט שלך וזמן האספקה ​​הצפוי. אנו נתכנן איתך אסטרטגיה כדי לספק את השירותים המשתלמים ביותר כדי לעזור לך להגיע ליעד שלך, אתה מוזמן לפנות אלינו ישירות ( sales@pintejin.com ).