Кермові поворотні кулаки, виготовлені литтям під тиском: посібник з процесу та матеріалів

Коротко

Лиття під тиском поворотних кулаків — це передовий метод виробництва, який використовує такі процеси, як лиття під низьким тиском, лиття у прес-формах і напіврідке лиття для виготовлення важливих елементів підвіски автомобіля з легких алюмінієвих сплавів. Ця технологія дозволяє виготовляти складні деталі з високою міцністю, відмінними механічними властивостями та якістю поверхні. Використання алюмінію, отриманого литтям під тиском, замість традиційної кованої сталі або чавуну значно зменшує вагу транспортного засобу, що покращує керованість, ефективність витрати палива та знижує викиди CO₂.

Розуміння поворотних кулаків: функції та матеріали

Куліса керма є важливим конструктивним елементом системи підвіски автомобіля. Як точка повороту, вона з'єднує колесо, підвіску та тяги кермового управління і сприймає значні навантаження під час прискорення, гальмування та поворотів. Як описано в дослідженні щодо напіврідного лиття під тиском, для цих деталей потрібне поєднання високої міцності, високої пластичності та здатності формуватися у складні форми, щоб безпечно та ефективно функціонувати. Продуктивність куліси керма безпосередньо впливає на керованість, стабільність та загальну безпеку автомобіля.

Традиційно куліси керма виготовлялися переважно з міцних матеріалів, таких як високоміцний чавун або штампована сталь, щоб забезпечити довговічність. Однак неухильне прагнення авітомобільної промисловості до зниження ваги для виконання суворіших норм щодо викидів та поліпшення паливної економічності сприяло переходу на передові алюмінієві сплави. Виробники, такі як Fagor Ederlan підкреслити, що цей перехід є ключовим для зменшення викидів CO2 автотранспортного засобу та забезпечення значного зниження ваги. Сплави алюмінію мають чудове співвідношення міцності до ваги, добру стійкість до корозії та високу теплопровідність у порівнянні з аналогами на основі заліза.

Вибір між цими матеріалами передбачає компроміс між вагою, міцністю та вартістю. Хоча сталь і залізо відомі своєю високою міцністю та нижчою вартістю матеріалу, менша густина алюмінію надає суттєву перевагу для сучасного проектування автомобілів.

• Сплави алюмінію: Забезпечують значне зниження ваги, покращену динаміку руху та відмінну стійкість до корозії. Їх можна лити у вигляді складних деталей, близьких за формою до остаточної, що зменшує необхідність у масштабній вторинній обробці.
• Сталь/залізо: Забезпечують виняткову міцність і стійкість до втоми при нижчій вартості. Однак їхня висока густина збільшує непідвішеної маси, що може негативно впливати на комфорт їзди та керованість.

Сучасні процеси виливки під тиском для поворотних кулаків

Виготовлення високоефективного алюмінієвого поворотного кулака вимагає більше, ніж просто метод лиття. У галузі використовують кілька передових технологій виливки під тиском, щоб забезпечити бездефектність кінцевого продукту, наприклад, відсутність пористості, та необхідну механічну міцність. Ці процеси розроблено для точного контролю потоку розплавленого металу та процесу затвердіння. Технології застосовують провідні виробники, такі як Saint Jean Industries використовують цілі ряд технологій, у тому числі лиття під низьким тиском і гравітаційне лиття, щоб досягти оптимальних результатів.

Поширені сучасні процеси включають:

• Лиття під низьким тиском (LPDC): У цьому методі розплавлений метал обережно подається в форму знизу, що зменшує турбулентність і ризик утворення оксидних включень. Це призводить до отримання щільного лиття високої якості з чудовими механічними властивостями.
• Лиття шляхом пресування: Цей гібридний процес поєднує в собі лиття і ковіння. Під час затверднення розплавленого металу застосовується високий тиск, що усуває пористість і очищує структуру зерна, що призводить до вищої міцності і гнучкості.
• Половина тверда лиття на друку (SSM): Цей метод включає в себе впрысквання частково затвердженого металевого лужі в форму. Напівтвердий стан дозволяє менше турбулентного наповнення, мінімізуючи застрягнення газу і виробляючи частини з високою цілісністю і складними геометріями, як детально описано в дослідженні, опублікованому на Scientific.net .
• Вакуумний лиття: Створюючи вакуум у порожнині перед вживленням, цей процес видаляє ув'язнені гази, що призводить до лиття з дуже низькою пористою, яку можна термоопрацювати для ще більшої міцності.

Хоча лиття під тиском має численні переваги, кування залишається поширеним методом виробництва поворотних кулаків. Вибір між литтям і куванням часто залежить від конкретних вимог до продуктивності, обсягів виробництва та цільових витрат. Для тих, хто шукає надійні ковані компоненти, спеціалізовані постачальники, такі як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology пропонують точні рішення, створені за допомогою сучасних процесів гарячого кування та суворої контролю якості.

Переваги та ефективність алюмінієвих литих підшипникових кулаків

Впровадження алюмінієвих литих поворотних кулаків забезпечує низку помітних переваг, які безпосередньо впливають на покращення роботи та сталого розвитку автомобіля. Найважливішою перевагою є зменшення ваги. Замінюючи важчі деталі зі сталі або чавуну, автовиробники можуть знизити непідвісну масу — вагу компонентів, які не підтримуються підвіскою. Це призводить до більш чутливого керування, поліпшення керованості та більш плавної їзди для пасажирів.

Крім експлуатаційних характеристик, литі алюмінієві кулаки сприяють досягненню ключових цілей виробництва та охорони навколишнього середовища. Здатність виливати складні форми зменшує необхідність у подальших операціях механічної обробки, економлячи час і кошти в циклі виробництва. Крім того, менша вага безпосередньо впливає на паливну ефективність, сприяючи тому, що транспортні засоби витрачають менше палива і, як наслідок, виділяють менше CO2. Це відповідає глобальним ініціативам щодо сталого розвитку та більш суворим екологічним нормам, з якими стикається автомобільна промисловість.

Основні переваги литих алюмінієвих поворотних кулаків включають:

• Значне зменшення ваги: Знижує неважелеву масу, що покращує динаміку та паливну економічність транспортного засобу.
• Гнучкість дизайну: Дозволяє створювати складні та високоефективні геометрії, які важко або неможливо отримати шляхом кування.
• Висока механічна міцність: Сучасні процеси лиття та термічної обробки забезпечують компоненти з високою міцністю та пластичністю, необхідними для безпечних критичних застосувань.
• Стійкість до корозії: Алюміній природним чином утворює захисний оксидний шар, що забезпечує відмінну стійкість до корозії в умовах навколишнього середовища.
• Стійкість: Сприяє зменшенню вуглецевого сліду завдяки зменшенню ваги транспортних засобів і високій переробці алюмінію.

Конструювання, оснащення та питання оптимізації

Шлях від цифрової концепції до готового поворотного кулака — це складне інженерне завдання, яке ґрунтується на використанні сучасних інструментів проектування та моделювання виробництва. Етап проектування зазвичай починається з використання програмного забезпечення САПР (CAD), після чого виконується розширений аналіз методом скінченних елементів (FEA) за допомогою таких інструментів, як ANSYS. Цей аналіз моделює різні навантаження, які кулак буде витримувати протягом терміну експлуатації, щоб забезпечити відповідність жорстким вимогам щодо жорсткості та довговічності без надмірного конструювання.

Після затвердження конструкції наступним важливим етапом є створення оснащення — матриці або форми. Конструкція форми має вирішальне значення для успішного лиття. Як детально описано в аналізі процесу на gudmould.com , інженери використовують програмне забезпечення для моделювання, наприклад ProCAST, для моделювання потоку розплавленого металу в порожнину форми. Це дозволяє оптимізувати систему шлюзів і пробігів, передбачати потенційні дефекти, такі як скорочення або пористості, і забезпечити правильне твердження частини. Цей підхід, заснований на моделюванні, мінімізує дорогі і витратні на час випробування та помилки на заводі.

Весь робочий процес від проектування до виробництва є ітеративним процесом, зосередженим на оптимізації. Мета полягає в тому, щоб випустити легку частину, яка відповідає всім вимогам, без дефектів. Це включає чітку, структуровану послідовність кроків:

1. Проектування та аналіз CAD/CAE: Створення початкової 3D-моделі і використання симуляції для перевірки її структурної цілісності під впливом реальних сил.
2. Створення форм і інструментів: Проектування та виробництво високоточних сталевих штампів на основі завершеної геометрії і процесу лиття деталей.
3. Вибір та моделювання процесу лиття: Вибір оптимального методу лиття (наприклад, LPDC, Squeeze Casting) і моделювання заповнення форм і затверднення для запобігання дефектам.
4. Виробництво та обробка: Вилив сировини, а потім точна обробка критичних інтерфейсів, таких як проколення підшипників та точки монтажу.
5. Контроль якості та перевірка: Введення в дію суворих методів перевірки, включаючи рентгенівські та вимірні перевірки, щоб забезпечити відповідність кожної частини стандартам безпеки та якості.

Поширені запитання

1. Який матеріал використовується для керування кістками?

Традиційно руляні кістки виготовлялися з гнучкої литієї залізни або кованої сталі через їхню високу міцність. Однак існує сильна тенденція промисловості до використання легких алюмінієвих сплавів для зниження ваги автомобіля, підвищення ефективності використання палива та підвищення динаміки обробки. Сучасні автомобілі все частіше мають алюмінієві кістки, вироблені за допомогою передових процесів лиття.

2. Як створити руль?

Створення рулевого кістку - складний інженерний процес. Вона починається з створення 3D-моделі в програмному забезпеченні CAD, наприклад Creo (Pro/E). Потім ця модель піддається широкому статичному та динамічному аналізу за допомогою програмного забезпечення аналізу кінцевих елементів (FEA), такого як ANSYS. Інженери моделюють різні навантаження - від гальмування, поворотів і вертикальних ударів - щоб оптимізувати геометрію кістків для максимальної міцності та жорсткості, мінімізуючи при цьому вагу.

3. Який процес керування ковіння кістками?

Скривляння рулевого кістку - це виробничий процес, при якому металевий білет нагрівається, а потім формується за допомогою тискових сил з молотка або пресу. Типовий процес включає тестування матеріалу, розрізання сировини на довжину, нагрівання до стійкої температури, а потім використання низки штампів для попереднього формування і остаточного ковіння частини в потрібну форму. Після цього обрізають надлишок матеріалу, термоочищують і завершують обробку.