Vật liệu đúc bán rắn nhôm loại A357 (Al-Si-Mg) được biết đến với độ bền tuyệt vời và độ dẻo tốt. Nó là vật liệu được lựa chọn và lý tưởng trong sản xuất các bộ phận chuyển động cơ khí ô tô. 

Đúc bán rắn được coi là công nghệ sản xuất các bộ phận chuyển động cơ khí ô tô hiệu quả với chất lượng, hiệu suất và hiệu quả vượt trội. Tay điều khiển phía dưới trong hệ thống treo trên ô tô là bộ phận chuyển động cơ khí quan trọng có nhiệm vụ kết nối bánh xe của ô tô với khung xe.

Do hợp kim nhôm A357 có trọng lượng nhẹ, độ bền riêng cao, chống ăn mòn tốt hơn thép nên xu hướng mới sử dụng hợp kim nhôm A357 để chế tạo chi tiết này. Nghiên cứu này đề xuất các thiết kế khác nhau của các tay điều khiển hệ thống treo được phát triển, liên quan đến tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng của chúng. Ngoài ra, nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá ảnh hưởng của xử lý lão hóa nhiệt gia tốc đến tuổi thọ mỏi của mẫu thử mỏi do uốn hợp kim A357 được sản xuất bằng công nghệ đúc bán rắn lưu biến.

Kết quả cho thấy so với chu kỳ lão hóa nhiệt tiêu chuẩn, nhiều chu kỳ lão hóa của WC3 cho thấy tuổi thọ mỏi của nó tốt hơn. Mặt khác, so với thiết kế truyền thống, thiết kế thành phần điều khiển hệ thống treo trên ô tô được đề xuất cho thấy tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao hơn, phân bổ ứng suất tốt hơn và ứng suất von Meese thấp hơn.

Hợp kim nhôm A357 (Al-Si-Mg) chủ yếu được biết đến với các giá trị chỉ số chất lượng và độ bền tuyệt vời, và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô. Hệ thống treo trên ô tô là một tập hợp các chi tiết cơ khí nằm giữa khung (gầm) ô tô và các bánh xe. Hệ thống treo có nhiệm vụ hấp thụ lực tác động từ mặt đường, giữ cho lốp xe tiếp xúc với mặt đường, truyền lực tác dụng từ bánh xe lên khung xe, duy trì động học bình thường của hệ thống treo. Hệ thống treo thường bao gồm ba thành phần chính: lò xo, giảm xóc và các liên kết của hệ thống treo. Lò xo và bộ giảm xóc chịu trách nhiệm phản ứng của xe dưới các kích thích ngẫu nhiên trong các điều kiện đường xá khác nhau (chúng là đối tượng của nhiều nghiên cứu về rung động ô tô), trong khi liên kết hệ thống treo là tập hợp các thành phần cơ học kết nối toàn bộ hệ thống treo và chuyển lực đến Khung xe. Việc sử dụng kim loại nhẹ để chế tạo các bộ phận cơ khí như vậy giúp cải thiện hiệu suất của xe bằng cách giảm khối lượng không bung. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng công nghệ đúc bán rắn để sản xuất các chi tiết cơ khí treo ô tô bằng hợp kim nhôm này có tính chất cơ học ưu việt.

Tạo hình bán rắn (SSF) là công nghệ tạo hình kết hợp các quá trình đúc, tạo hình và đùn. Tác dụng lực cơ học hoặc lực điện từ để phá vỡ cấu trúc nửa rắn trong vùng nhão của dãy lỏng - rắn. Nhiệt độ duy trì trên điểm nóng chảy trong toàn bộ quá trình. Sau đó, nó được nén vào trong lòng khuôn dưới áp suất cao để có được dạng hình học cuối cùng. Bán rắn được chia thành hai công nghệ đúc: đúc lưu huỳnh và đúc lưu biến. Thixocasting đề cập đến việc hình thành một thể xanh mong muốn với cấu trúc vi mô mong muốn thông qua quá trình đúc liên tục, thường thu được bằng cách khuấy điện từ. Trong đúc lưu biến, kim loại lỏng được đổ vào một vật chứa có cùng kích thước với khuôn cần đổ đầy, và sau đó được gửi vào khoang khuôn, do đó tránh được quá trình hâm nóng của kim loại gốc. Hỗn hợp vật liệu bán rắn (SSM) được sản xuất và bơm theo yêu cầu, giúp giảm tổng thời gian chu trình, do đó giảm chi phí. Thông qua việc làm mát, sàng lọc hạt và khuấy, sẽ thu được cấu trúc mong muốn. So với cấu trúc đuôi gai trong đúc truyền thống, quy trình đúc bán rắn được đặc trưng bởi sự tồn tại của cấu trúc hạt đều.

Mục đích chính của nghiên cứu này là cải thiện vòng đời mỏi của vật liệu nhôm bán rắn thông qua quá trình luyện kim và các thông số thiết kế, đồng thời thu được các bộ phận cơ khí hệ thống treo ô tô chất lượng cao. Nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá ảnh hưởng của quá trình xử lý lão hóa nhiệt cấp tốc với nhiều chu kỳ và chu kỳ gián đoạn đối với chu kỳ mỏi của hợp kim nhôm bán rắn A357 (Al-Si-Mg). Trong công việc này, các kỹ thuật mô hình hóa và phần tử hữu hạn được sử dụng để thực hiện việc sửa đổi thiết kế và phân tích ứng suất.

Xử lý vật liệu và lập trình

Các mẫu tiêu chuẩn và các bộ phận áp dụng được làm bằng hợp kim nhôm A357 trắng (Al-7% Si-0.65% Mg-0.1% Fe), được chuẩn bị bằng quy trình đúc bán rắn lưu biến. Quá trình đúc bán rắn được kết hợp với áp suất cao đúc chết máy (HPDC) để sản xuất vật liệu để mô tả đặc tính cơ học và cấu trúc vi mô. Hình 1 cho thấy quá trình xử lý lão hóa nhiệt cấp tốc với nhiều chu kỳ và không liên tục của T4 / T6 / T7. Các phương pháp xử lý lão hóa nhiệt này được áp dụng cho các mẫu tiêu chuẩn chống mỏi khi uốn và các bộ phận cơ khí lơ lửng có thể áp dụng được. Trong nghiên cứu này, các chu kỳ lão hóa cụ thể đã được áp dụng, chủ yếu là T6, WA0, WA1, WB0, WC1 và WC3. Điều này dựa trên các nghiên cứu trước đây được áp dụng cho hợp kim nhôm bán rắn A357. Chúng tích cực đối với các đặc tính chỉ số chất lượng và độ bền kéo. Ảnh hưởng. Các mẫu mỏi khi uốn được xử lý nhiệt dung dịch hai bước, sau đó được giữ trong nước làm nguội ở 60 ° C, và sau đó được làm già tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ, và sau đó chịu một chu kỳ lão hóa nhiệt.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thử nghiệm mỏi chu kỳ cao khi uốn và thử nghiệm mỏi chu kỳ thấp do nén căng tương ứng để kiểm tra chu kỳ mỏi và tính năng của các mẫu mỏi khi uốn tiêu chuẩn của vật liệu bán rắn A357 và các điều khiển hệ thống treo áp dụng. Trong nghiên cứu này, thử nghiệm mỏi khi uốn công xôn không đổi đã được sử dụng. Mẫu thử phải chịu sự uốn dẻo liên tục trong một số chu kỳ cao cho đến khi nó bị gãy. Sau khi mẫu thử mỏi uốn được lắp đặt, nó phải được cố định hoàn toàn ở một đầu, trong khi đầu kia được nối với tay quay của máy. Cánh tay quay đã được điều chỉnh để duy trì hành trình liên tục trong suốt quá trình thử nghiệm, bất kể tải trọng của mỗi mẫu vật là bao nhiêu. Máy được sử dụng là cơ cấu thanh trượt tay quay, và mẫu được kết nối với bộ phận thanh trượt. 2a là cơ cấu tay quay - con trượt đại diện cho cơ chế hoạt động của máy thử nghiệm. Mẫu thử được lắp ở vị trí thanh trượt'S ', và động cơ quay tay quay'R' với vận tốc góc không đổi'ω '. Chiều dài hành trình là rất quan trọng trong máy này vì nó đại diện cho độ võng được áp dụng cho mẫu. Chiều dài hành trình có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của tay quay'R '. Máy kiểm tra mỏi được sử dụng trong thí nghiệm này sử dụng một tay quay lệch tâm, trong đó độ lệch tâm bằng chiều dài của tay quay. Do đó, việc thay đổi độ lệch tâm của thiết bị sẽ làm thay đổi độ dài hành trình và độ võng tác động lên mẫu. Hình 2b cho thấy tay quay lệch tâm, nơi có thể điều chỉnh hành trình từ 0 đến 2.0 inch (50.8 mm). Máy được sử dụng hoạt động với động cơ có công suất 0.5HP (373 watt) và lực tối đa truyền tới mẫu là 40 Ib (178 N). Tần số hoạt động của tất cả các mẫu thử nghiệm được đặt thành 12 Hz và độ lệch là 6.35 mm. Như trong Hình 2c, mẫu được gia công và sau đó được mài để loại bỏ mọi vết xước do quá trình xử lý gây ra. Các vết xước và vết nứt vĩ mô hoạt động như tác nhân nâng ứng suất để bắt đầu các vết nứt mỏi và làm giảm tuổi thọ mỏi đáng kể. Mã MATLAB được sử dụng để tính ứng suất phát triển trong mẫu thử mỏi. Mô đun Young của nhôm là 70 GPa và tỷ lệ Poisson của vật liệu đẳng hướng là 0.33. Phương trình cơ học rắn được sử dụng trong tính toán ứng suất như sau:

I = (bh ^ 3) / 12 & σ = my / I.

Trong số đó, 'I' là mômen diện tích thứ hai, 'b' là chiều rộng của mẫu, 'h' là chiều dày của mẫu, 'σ' là ứng suất, 'm' là mômen uốn lớn nhất, và 'y' là một nửa độ dày. 2d là đồ thị kết quả của mã, cho thấy rằng ứng suất lớn nhất tại tâm của vùng giảm là 50 MPa; sau đó ứng suất giảm dần, đạt đến không ở gần đầu bị ràng buộc và đầu tự do. Đối với các bộ phận điều khiển hệ thống treo, trong điều kiện điều khiển lực, sử dụng máy thủy lực servo để thực hiện thử nghiệm mỏi chu kỳ thấp của điều khiển lực hình sin ở nhiệt độ phòng với tần số 1 Hz. Dạng sin của tải trọng nén ứng suất thay đổi từ ± 105MPa đến ± 280MPa, và được điều khiển bằng cách áp dụng độ dịch chuyển từ ± 1 đến ± 2mm.

Về quy trình thiết kế, các thông số thiết kế của các bộ phận áp dụng phải xem xét sự phân bố ứng suất, giá trị ứng suất Von Mis và tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng. Phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) SolidWorks 2018 được sử dụng để sửa đổi thiết kế của tay điều khiển hệ thống treo và phương pháp phần tử hữu hạn. Gói phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus Complete Abaqus Environment (CAE) 2018 được sử dụng để phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Cấu hình phần tử hữu hạn của tay điều khiển hệ thống treo áp dụng được sử dụng trong nghiên cứu này. Chùm hạn chế đa điểm (MPC) thể hiện điều kiện tải phù hợp nhất, điều kiện này phải giống nhất với điều kiện tải thực tế. Để làm được điều này, cần phải hiểu đầy đủ về tải trọng đặt lên tay điều khiển hệ thống treo. Lực tác dụng lên lốp xe có thể được tính theo ba chiều: x, y, z; thành phần x là lực dọc (FLong), thành phần y là lực bên (FLat) và thành phần z là lực dọc (FV). Mặc dù lực dọc do trọng lượng của xe gây ra và lực bên gây ra bởi góc nghiêng và góc nghiêng, lực quan trọng trong nghiên cứu này là lực dọc. Đó là do lực cản lăn và chu kỳ nén của lực kéo do phanh gây ra.

Phân tích thiết kế và phần tử hữu hạn

Các bộ phận điều khiển hệ thống treo trên ô tô chịu các lực tải tác dụng theo ba hướng. Lực dọc có thể được tính toán bằng sự kết hợp của lực cản lăn và lực kéo. Lực cản lăn có thể được tính bằng cách nhân hệ số ma sát lăn'f 'với tải trọng thẳng đứng của xe. Lực kéo có thể được tính bằng cách nhân giá trị tức thời, hệ số ma sát'μ 'và tải trọng thẳng đứng. Công thức có thể được viết như sau:

F_ (dài.) = (Μ − f) * F_v

Theo sự hiểu biết về cấu trúc cơ học của hệ thống treo, ứng dụng phần tử hữu hạn của thiết kế được đề xuất trong nghiên cứu này được thực hiện bằng phần mềm Abaqus và thiết kế được thực hiện thông qua phần mềm SolidWorks. Theo lực tác dụng và các thông số thiết kế cụ thể, 4 thiết kế có hiệu suất xuất sắc đã được lựa chọn.

Thiết kế đầu tiên, web nghiêng với các đường gân tăng cứng, theo web nghiêng hình chữ Z thay vì thiết kế tuyến tính truyền thống. Góc nghiêng của lưới được đặt thành 7 °, so với pháp tuyến của mặt phẳng song song với mặt bích trên, như thể hiện trong Hình 6a, để bù cho góc nghiêng 5 ° của ổ cắm bóng. Việc lựa chọn góc nghiêng, sau nhiều lần thử và sai, mỗi lần một góc khác nhau được sử dụng để phân tích và mô phỏng phần tử hữu hạn. Ở phần dưới của tay điều khiển, các đường gân nhỏ được sử dụng để tăng cường kết cấu nhằm hạn chế sự biến dạng quá mức dưới tải trọng. Người ta thấy rằng tổng khối lượng của bộ phận là 1198g, gần giống với thiết kế thông thường (1200g). Kết quả phân tích phần tử hữu hạn của thiết kế web nghiêng được thể hiện trong Hình 6. Ứng suất von Mises lớn nhất được tìm thấy là 213MPa, được quan sát gần ống bọc dưới của tay điều khiển. Hệ số tập trung ứng suất tối đa (SCF) là 8 được quan sát thấy gần mức thấp hơn ống lót khu vực. Dưới tác dụng của lực 5500N, độ biến dạng lớn nhất của vị trí khớp bi là 1.45mm.

cuối cùng

Liên quan đến chu trình mỏi và phân tích thiết kế của quá trình xử lý lão hóa nhiệt tăng tốc của các bộ phận điều khiển hệ thống treo trên ô tô vật liệu bán rắn A357, có thể rút ra các kết luận sau:

1. Nhiều chu kỳ lão hóa nhiệt được tăng tốc của WC3 cho thấy sự cải thiện tuổi thọ của bộ phận thực tế tốt hơn so với tiêu chuẩn T6. Số chu kỳ của C3 là 72,000 và số chu kỳ của T6 là 36,000. Chu kỳ lão hóa nhiệt WA0 cũng cho thấy sự nâng cao tuổi thọ mỏi chu kỳ thấp, đạt 40,000 chu kỳ, được coi là kinh tế hơn T6;

2. Thử nghiệm mỏi khi uốn công xôn cho thấy WC3 được xử lý lão hóa nhiệt cấp tốc có vòng đời vượt trội, với trung bình 82,000 chu kỳ, trong khi trung bình của T6 là 53,000 chu kỳ. Điều này chứng tỏ tác động tích cực của nhiều phương pháp xử lý lão hóa nhiệt của WC3 đối với cuộc sống mệt mỏi. Chu kỳ lão hóa WA1 cũng mạnh hơn T6, trung bình là 59,250 lần; nó cũng được coi là kinh tế hơn T6;

3. Thiết kế giàn của các thành phần áp dụng (Thiết kế 4) cho thấy hiệu suất vượt trội hơn tất cả các thiết kế khác được đề xuất trong bài viết này-nhẹ hơn thiết kế ban đầu 160gm, ứng suất VM tối đa là 198MPa, so với thiết kế ban đầu là 232MPa. Thiết kế 4 cũng linh hoạt hơn so với thiết kế ban đầu, có thể cải thiện khả năng giảm chấn và tăng tuổi thọ đáng kể của khớp bi nối với tay điều khiển. Tính linh hoạt này được cho là có thể đệm các tác động trên đường tốt hơn, do đó cải thiện hành vi và sự thoải mái của hệ thống treo;

4. Áp dụng phương pháp xử lý lão hóa nhiệt nhiều lần WC3 đã chọn cho thiết kế đề xuất 4 (thiết kế giàn), dự kiến ​​sẽ chịu được hơn 84,300 chu kỳ, nghĩa là tuổi thọ của các bộ phận áp dụng được tăng 134%. Điều này được tính toán bằng cách tính toán giá trị ứng suất của thiết kế ban đầu và thiết kế mới và giá trị của T6, so với WC3.

Liên kết đến bài viết này ： 

Vật liệu đúc bán rắn mới có thể được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận cơ khí ô tô!

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com

PTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100.

Xưởng gia công chuyên gia công các dịch vụ phục vụ ngành xây dựng và giao thông vận tải. Khả năng bao gồm cắt plasma và oxy-nhiên liệu, Gia công phù hợp, MIG và Đồ gá hàn phay chính xác Cnc nhôm tùy chỉnh, cuộn, lắp ráp, Máy cnc inox gia công tiện thân cây, cắt, và Dịch vụ gia công CNC Thụy Sĩ. Vật liệu được xử lý bao gồm carbon và Bộ phận tấm che gia công bằng thép không gỉ thụ động.

Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( sales@pintejin.com ).