汽车零部件的制造应用电磁搅拌半固体的过程

文摘

介绍rheo-forming过程发展的汽车部件,如关节,通过流变学材料电磁搅拌(EMS)系统设备。几个过程和冶金等参数的影响搅拌电流、搅拌时间、浇注温度、成型压力、速度,分数的初级阶段,和它的形态和分布,对最终的产品进行了综述和讨论。各种各样的模拟研究。此外,真空辅助方法的效果rheo-forged产品的性能介绍。EMS是一种有效的过程改进原料rheo-forming过程中,力学性能有所改善。

1。介绍

最近,汽车行业需要轻量级的部分改善油耗和降低有害排放对环境的影响,这被认为有助于消耗臭氧层,温室气体的增加,产生酸雨1,2]。形成过程,如铸造、锻造、热锻、和低压铸造允许轻量级铝alloy-based组件用于乘用车,但他们没有适应大规模生产的产品由于缺乏可靠性,增加成本,和过度的初始投资。

压铸过程,即形成过程,与熔融金属填充模腔,具有大规模生产的薄零件具有复杂形状的小机械强度的必要性。然而,这个过程是不适合生产高强度的要求,因为缺陷的部分如湍流滞留空气流可能会融化流入模腔(3]。此外,生产精密零件的锻造工艺有几个限制和生产力,因为形成过程有多个步骤。相反,似乎部分的机械性能均匀和稳定4]。

因此,电磁搅拌形成过程,能产生光汽车零部件强度高、机械性能要求促进低的零件(5,6]。电磁搅拌(EMS)是一个过程,修改之前或在形成过程中合金的微观结构。这些微观结构中创建凝固球形初选α过程相粒子和分布式的共晶相的强烈搅拌熔融金属在凝固的初始阶段。

介绍rheo-forming过程发展的汽车组件利用流变学材料与EMS系统设备,如关节臂和特殊设计的支架模块。此外,真空辅助方法的效果rheo-forged产品的性能。

2。臂组件的制造与EMS中压型

2.1。电磁搅拌装置

本研究获得实验数据适用于最终产品的形成过程是由电磁搅拌的调查之间的关系属性的A356合金。这包括主α过程相粒子大小、分布状态、球形结构和电磁搅拌电流和时间。电磁搅拌器分类垂直和水平搅拌器。在这项研究中,一个水平电磁搅拌器来得到实验数据,并在这个实验中使用的电磁搅拌器示意图见图1(一)。本研究中使用的水平电磁搅拌器生产,包含三个阶段和三个波兰人,在每个阶段位于压痕电流流过线圈,如图1 (b)。电磁力似乎出现向圆周方向,如图1 (c)。生产中使用的电磁搅拌器这项工作,设计和制造的核心解决线圈首先被完成。核心的线圈缠绕的核心,这是反过来的层压板的0.35毫米厚钢板。

2.2。模具设计与仿真

本研究采用Ostwald-de Waele流变学模型。考虑电磁搅拌的这些特点,模具设计的手臂部分准备使用MAGMAsoft(铸造分析代码)进行优化,预测铸造缺陷通过填充分析和凝固。然后,设计方案应用于制造业在这项研究中使用的模具。

图2描绘了一个流道系统包括一个门和一个溢出的几何。图3显示分布的手臂产品进入模具型腔填充时间。填充时间,时间穿过门,和时间填充模具型腔的产品是0.074,0.0437,和0.0327 s,分别。图3显示了手臂部分的填充时间分布。熔体流动腔的变化作为时间的函数发现良好的填充行为是实现和完成溢出。此外,温度偏差内腔的融化导致3°C的短时间内馅。此外,最后填充完成的最低温度融化在609°C和固体腔分数的75%。图4显示了手臂的凝固时间分布产品。最后凝固完成66.9秒,固化产品的部分也在16.37秒后完成最后的填充。同时,定向凝固门部分发生从产品部分。利用这些结果,实际产品的形成条件得到了填充后的紧迫的时间。图5(一个)显示热点的分布在手臂上的产品。热点地区大多分布在门口和溢出由于定向凝固走向门口。如图5 (b),手臂加热周围的线是促进产品的预防降低固化和稳定的温度和控制模具的温度自收缩毛孔可能发生位置有热点的形成。

2.3。手臂由Rheo-Casting制造的结果

制造业袖子是重要的在形成过程中利用电磁搅拌器。非磁性材料19% cr - 9%镍STS 304目前用作套筒。STS 304年被选为套筒材料自304年STS的特点提供了在室温下非磁性性能和良好的可加工性。套的内外直径是80和130毫米,分别。图6演示了一个原理图与EMS铸造。

图7显示照片的手臂产品由EMS的形成条件。在压力的情况下300酒吧酒吧(300×14.5 psi×0.001×5.895 MPa = 26 MPa)和0.2 m / s的速度,不足形成的产品由于熔体在充填凝固成腔发生和表面质量是不可接受的由于缺乏转移填充压力腔。与注入速度的0.2 - -0.3米/秒,获得足够的产品和良好的表面质量。增加注射速度的0.3 - -0.5 m / s,融化蔓延到模具的分型线由于高速灌装的产品表面质量并没有实现。表面质量的产品被发现更好的增加注射压力增加成型压力450酒吧调查形成压力的影响。

图8 (b)根据每个点显示微观结构在每个位置如图8(一个)。部门产品的样品形成与EMS为10年代和60与长5毫米,宽5毫米大小。由于显微结构的观察,发现主α过程阶段颗粒均匀分布在整个产品和主要分布α过程阶段颗粒细,球状。

3所示。EMS Rheo-Casting塔链轮组件的制造

3.1。Rheo-Forming程序

A356铝合金在这个实验中,用于使泥浆EMS系统(相同的部分2。1)。

图9显示了一个流变材料和尖端的位置套在低速率和高速度。把固体fraction-controlled(20%和50%)流变材料腔和枪套和较低的模具结合浓度,提示速度保持很低,减少气泡的圈套而流变材料到达大门入口。技巧是保持高速度的运动,这样分离的固体和液体阶段被迅速转发提示尽快阻止材料通过大门入口。在这项研究中,因此,实验是评价低的速度米/秒和高速度的运动从米/秒到1.0米/秒,如表所示1。

3.2。塔由Rheo-Casting链轮制造的结果

数据10 ()来10 (d)显示了填充行为当注射的速度较低的速度米/秒的固体部分和高速度的米/秒米/秒。没有观察到灌装部分高注射速度的0.3,0.5,和0.7米/秒。只有完成灌装米/秒,m /秒,如图10 (d)。因此,铸造参数图10 (d)被用来获得完整的铸件。如表所示1完成填充模腔后,注入压力控制的最大压力60 MPa,微观结构的部分是雅致。

图11显示了产品的外观条件下形成的,米/秒,,米/秒,这是优化获得良好的产品通过初步实验进行这项研究。边的一部分产品的厚度是6毫米和网络产品的总重量是1.61公斤没有门部分占据了40%的产品。

在这项研究中,铸件的形状被选中的通道形状结构复杂的形状和快速变化的熔体流动的方向。通过传统流变压铸过程,大大很难获得铸件的均匀固体部分在整个产品。因此,挤压铸造过程的流变材料开发研究适合形成复杂的部分。

图12显示显示产品的细微观结构照片是伪造的米/秒,米/秒,。树突阶段为产品制造在坚实的分数,,几乎没有显示。由于树突分支可能被EMS, globularized阶段相比,显示产品制造。然而,globularized产品获得垂直挤压铸造过程的微观结构非常不同的产品直接从EMS。这可能是由于这样的事实:模腔中的熔体流动没有顺利地发生,因为这个产品,也就是说,死腔是信道的复杂薄板的形状。在EMS,固体部分的控制与降低的温度融化引起的对流换热。EMS的影响,中扮演重要角色的破碎和细化的树突,是相当虚弱因为EMS是进行短时间为了得到低的熔化固体部分。

4所示。制造模块通过EMS Rheo-Casting托架

4.1。制造EMS的泥浆

A356铝合金在这个实验中,用于使泥浆EMS系统(相同的部分2。1)。图13显示了一个流变材料的微观结构。穿制服的警察和球状微观结构分布。

4.2。与MAGMAsoft模具设计和仿真

生产模块支架使用EMS,最优模块支架模具是由使用一个计算机程序来预测产品设计缺陷通过分析填充和凝固如图所示的数字14和15。融化了从中心到边缘。

可能发生的收缩以现货地区高。然而,由于直接收缩将被删除在中心位置的压力。

4.3。检查模块支架制作的

图16由rheo-casting制作样品。总的来说,没有unfilling地区和表面裂纹。调查内部缺陷和颗粒分布、微观结构是由光学显微镜的观察,如图17。总的来说,大孔隙度并不成立。然而,树突结构和液体被分类建立在区域3和4。液体隔离在液相和树突结构无法控制。主α和共晶阶段分离作用压力的提到的职位。这种液体隔离是由成核的固体颗粒在凝固初期阶段,后来增加到树突和玫瑰类型结构高液体分数。EMS是液相线和固相之间的影响。减少浇注泥浆温度可以由树突和液体隔离。然而,通常降低金属成形的温度需要更多的负载。此外,unfilling和表面裂纹很容易发生。因此,寻找最佳的浇注温度是非常重要的。

5。EMS Rheo-Casting关节组件的制造

5.1。与MAGMAsoft模具设计和仿真

使用EMS生产关节,一个最优关节模具是由使用一个计算机程序设计来预测产品缺陷分析填充和凝固。图18描述了关节的铸造方案描述门和流道系统。套筒和门设计直径80毫米和147.5毫米的高度,分别。溢出是为了消除氧化层表面的浆和气态杂质在生产过程中发生。

填充和凝固进行了使用条件的分析1 (0.6 m / s的速度门腔和0.2 m / s)和条件2 (0.1 m / s的速度门腔和0.3 m / s)。图19显示的行为填写每个条件的关节注射速度。图19(一个)显示了材料溅在腔内浇口当了50 - 60%使用条件1。模具的温度是20°C条件下1改变,因为增加的填充时间。条件1相比,空腔中充满完美地在门口和产品使用条件2,如图19(b)。在模具温度的偏差被发现7°C和液相内10%的分数。图20.比较流的行为在大门口为每个条件。门速度为0.2米/秒时,模具不够满30%的充填后倒由于高速时注射填充模具上升到30%。很明显,流的湍流溅出物材料,因为40%的充填倒后,该产品是不够了。因此,这些结果表明,孔隙度发生由于关节的气体杂质的存在。在图20.(b)很明显,那门完全填充和层流很发达。

5.2。结果关节Rheo-Casting制造

图21显示的照片产生的关节没有EMS固体比例为40%。注射压力时450酒吧和注射速度为0.2米/秒,由于凝固形成的产品不够发生在套管填充腔。此外,表面质量退化,因为形成压力并没有转移到产品的表面。从低速铸造了一个不完整的部分和一个贫穷的表面质量的形成,注射速度增加从0.2 m / s, 0.3 m / s。当注射压力是450酒吧和注入速度为0.3米/秒,结果关节充分形成及其表面质量非常好。注射速度时增加从0.3 m / s, 0.5 m / s,注射压力保持在450酒吧,大量产品不完全形成和退化的表面。

调查EMS产品的微观结构的影响,产品被摔而不同电磁电流和时间。图22显示的照片使用EMS关节产生的微观结构。每个条件下的微观结构的关节被调查的产品,很难形成。当60搅拌电流和搅拌时间5 s,树突结构有点但不完全。当当前60和时间是10年代,结构很好。主α过程相颗粒大小是75μm和圆度为1.6。随着搅拌时间增加到15秒和60搅拌电流、碎树突结构重组,粗鄙不堪。主α过程相颗粒大小是79μm和圆度为1.7。

5.3。机械性能和缺陷分析

表2总结了形成的关节的机械性能和由这些条件没有EMS。调查EMS对力学性能的影响,形成实验使用搅拌电流的40和60搅拌乘以5,10到15秒。产品使用EMS的力学性能大大增强与产品的形成没有EMS,但自己很低的值。空气和氧化物流入搅拌融化时的产品或注入模具型腔,这些杂质可能导致力学性能恶化。指关节用EMS的微观结构有非常漂亮的初生相颗粒相比不使用EMS形成的产品。球状颗粒可能影响力学性能(7]。

调查的原因产生的关节的力学性能恶化EMS,产品是x光检查的内部(东芝tosray - 150 HS),如图23。最后灌装部分可能有缺陷,是调查的焦点。可以看到从图中所示的照片23,大量的疏密度的产品里发现了被抛弃被搅拌后60一电流15 s。空气流入产品和融化导致疏的湍流发展。此外,空气通过通风口模具型腔无法发泄,因此空气仍在模具型腔。图24显示的照片关节包括孔隙的微观结构和杂质。内部微观结构的观察表明,疏存在产品。这些峰值可能降低力学性能和表面缺陷原因毛孔通风空气在热处理产品的表面。消除这些疏,慢慢搅拌电流应该增加防止空气流入模腔的产品和空气可以通过五个完全发泄溢出而融化填充模具型腔。

6。制造的关节组件通过EMS两个类型Rheo-Forging真空泵

6.1。EMS流变坯制造的真空

去除氧化熔融金属产品和氢气,氮气注入了融化了15分钟。氧化产品和杂质从而清除从熔融金属表面8]。

在铝合金,氢气容易使洞内合金在凝固。此外,氢气铝合金中最高的偿付能力与其他成分的空气相比,如氧和氮。因此,气孔形成和孔隙度增加合金内的温度降低,降低其机械性能。

图25显示了EMS和真空泵的原理图。EMS系统的三相当前60岁。熔化的金属倒后,注入打孔感动大袖,EMS的表面在真空下操作。这个系统可以防止熔融金属的氧化和空气吸入。

6.2。与变形的三维模具设计和仿真

指关节被捏造的新闻机器。减少过程周期时间,直接锻造类型是必需的,和图26显示了间接式实验过程的示意图rheo-forging关节样本。

实现固体部分的温度控制在30%和50%之间。固体部分(浇注温度)是rheo-forging变量。图27显示了在受到拉伸试验的试样。每个位置的区域也研究了显微镜。为了观察不同的试样的力学性能在不同的位置,进行了显微组织观察。

在实验开始之前所需的锻造负荷由模拟计算,考虑压机的容量,最大的200吨。如图28所需的负载是约200吨在588°C(40%固体部分)。图29日显示形状变化对冲压中风。穿孔的近端位移约110毫米,大部分蛀牙吃饱了,除了标志区域如图29 (c)。当冲头位移达到130毫米,所有蛀牙完全填满。

6.3。结果关节Rheo-Forging制造

图30.显示了实际样品制作对不同浇注温度。所有样本完全高于588°C的浇注温度。真正的样本显示出类似的填充行为间接锻造的仿真结果。

在形成半固体,液体隔离容易发生在高速由于触变特性。高剪切速率导致粘度下降对于一个给定的固体部分。材料有较低的固体部分流动很容易与已经硬化的材料。因此,种族隔离发生在一个广阔的地区。相反,几乎主要α相图所示31日在位置5。与穿孔位置5地区直接联系。物流是低于其他地区。联系区域迅速冷却。如前所述,减少材料硬化的温度比材料在液态流动不容易。剩下的液体材料挤压。它移动到其他蛀牙。出于这个原因,液相是罕见的在位置5。

7所示。总结

汽车应用EMS编造事实组件通过仿真和实验进行了研究。得到以下结论。(1)从显微结构的观察,发现和球化处理主要的罚款α粒子获得过程阶段,由于产品通过EMS。(2)灌装产品的分析使用MAGMAsoft(铸造分析软件)或变形3 d(锻造分析软件),并基于分析结果,优化模具设计方案,预测可能发生的缺陷在形成。(3)孔隙度是被伪造的压力。然而,熔融铝合金容易占用氢气在暴露于大气环境下固化。缺陷如气孔和氧化的材料可以被应用在EMS真空。(4)rheo-forging过程中,种族隔离发生在关节的分支。它必须控制获得统一的力学性能根据工艺条件的变化。(5)在rheo-forming过程中,EMS可以很容易地应用在制造,是非常有效的方法提高力学性能。

确认

这项工作是支持的财务知识经济部(MKE)和韩国发展研究所技术(吉)通过战略技术的劳动力发展项目由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府资助(最高明的)(没有。2009 - 0081077),由国家核心研究中心(NCRC)。作者想表达深深的感激之情部科技(大多数)的金融支持。

引用

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