来源:银峰铸造 作者:李洪应收藏
2020-07-13 08:49
近年来随着节能减排要求的提高及国六排放标准的实施,市场对汽车轻量化的呼声越来越高,相关资料显示一台车辆减重100公斤相当于每百公里减少油耗0.2-0.4L;在车辆的生命周期内按总驾驶里程25万公里计算可以减少1000L 汽油,或减少2.3吨的二氧化碳的排放;因此铸件的轻量化设计成为汽车减重的有效手段,对于重型卡车而言平衡轴支架成为该卡车的减重首选。
INFUN公司与某重型卡车客户深度合作,从两方面对平衡轴支架铸件进行结构轻量化的相关研究。第一方面:材料改进,使用INFUN开发的高屈强比的HITS 800-5 材料替代原先QT600材料。材料部分性能对比如表1;第二方面:考虑到支架在重卡中的装配位置(图1),在现有工况条件下使用拓扑优化技术(图2)对铸件结构进行重新设计,实现铸件减重20%的目标,新设计的产品如(图3)。
表1
图1 平衡轴支架在重卡底盘的布局
对改进后的产品利用MAGMASOFT®进行铸造工艺分析,从产品结构上考虑对铸件进行凝固模拟,产品的热节分布如(图4)所示。彩色显示区域为产品热节,中间黄色区域较周围红色区域凝固时间长。根据凝固模拟结果制定了初步工艺方案,采用上下分型,浇注系统布局如(图5)绿色区域所示。对初步工艺方案进行模拟分析,发现存在以下潜在风险(图6):
1.局部位置流速较高,超过设计准则。
2.一些区域有紊流产生。
3.凝固过程过程中出现孤立液相区。
4.冷铁位置存在缩松问题(蓝色区域)。
图4 产品热节分布
图5 分型方式以及浇注系统布局
图6 MAGMA模拟结果(a 充型速度 b 充型粒子追踪 c 凝固百分比 d 缩松)
为了解决加工位置缩松问题,我们设计了几个方案并逐一进行了模拟和验证:
方案1:在缩松位置增加内冷铁,目的是加快热节位置冷却,达到消除缩松的目的,试验结果表明在远离冷铁一侧位置仍然存在缩松,如(图7)。
图7 方案1缩松模拟结果
图8 方案2缩松模拟结果
图10方案4入水侧增加小冒口
在方案4的基础上,进一步对冒口以及冒口颈尺寸进行优化,直至模拟出的方案缩松结果符合要求(图13),并在现场生产验证了优化方案,X光检测以及加工结果与模拟一致,加工位置没有缩松(图14)。
表2
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