توليد رينگ حسگر ترمز ABS به روش متالورژي پودر

توليد رينگ حسگر ترمز ABS به روش متالورژي پودر

و بررسي تغييرات فشار پرس به چگالي قطعات

فرايند متالورژي پودر، روشي براي ساخت و توليد قطعات فلزي و سراميكي است كه اساس آن بر فشردن مواد پودري به شكل موردنظر و زينتر آنهاست. جاذبه‌هاي گسترده اين فرايند و محصولات توليدي توسط آن، منجر به استفاده روزافزون از اين روش توليدي در ساخت قطعات مهندسي بويژه در صنعت خودرو شده است. قطعه رينگ حسگر ترمز ABS به روش ماشينكاري و متالورژي پودر، توليد مي‌شود. با توجه به مزاياي استفاده از روش PM نظير كاهش زمان توليد، كاهش ضايعات و قيمت مناسب قطعه رينگ حسگر ترمز ABS با اين روش، توليد شده و مورد بررسي قرار گرفته است. تغييرات چگالي به‌عنوان عامل اثرگذار بر كارايي قطعه، در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس نتايج حاصله، با افزايش فشار پرس از ميزان تخلل‌ها كاسته و بر ميزان چگالي قطعه افزوده مي‌شود.

در ميان فناوري‌هاي مختلف قطعه‌سازي، متالورژي پودر از كارايي گسترده‌اي برخوردار است. قابليت اين فرايند، توليد قطعات پيچيده با كيفيت بالا و تلرانس‌هاي دقيق، با رعايت جنبه‌هاي اقتصادي است.

با توجه به كاربرد گسترده قطعات توليد شده به روش متالورژي پودر در صنايع مختلف (بويژه صنايع خودروسازي) بررسي خواص مكانيكي و عوامل تأثيرگذار بر اين خواص، لازم و ضروري به‌نظر مي‌رسد. ريز ساختار اين مواد، نسبتاً پيچيده بوده و از دو جزء اصلي تخلخل‌ها و زمينه تشكيل شده است.

تمامي عوامل تأثيرگذار بر اين دو عامل، بر خواص مكانيكي نيز مؤثر هستند. تخلخل‌ها در قطعات متالورژي پودر، به‌عنوان مراكز ايجاد تمركز تنش، تأثيري بسزا در خواص مكانيكي قطعه نهايي داشته و عملاً مشخصه‌هاي اصلي ريز ساختاري اين‌گونه مواد، توسط عوامل وابسته به تخلخل‌هاي داخلي، سنجيده مي‌شود.

استحكام قطعات توليدي با اين روش، ناشي از وجود تخلخل‌هاي داخلي است كه با اين وجود بنا به دلايلي نظير افزايش دقت ابعادي، كاهش هزينه ماشينكاري، مقدار مواد اوليه مصرفي كمتر، توانايي تكرار توليد بهتر، كاهش وزن، احاطه كامل بر آناليز مواد و منحصر بودن توليد بعضي از قطعات با اين روش، توسعه آن طي سال‌هاي اخير در ژاپن، امريكا و اروپا رو به فزوني است.

شكل 1: تصوير رينگ حسگر ترمز ضدقفل

آشنايي با رينگ حسگر ترمز ABS

اين قطعه، تحت بار ثابت و يا متناوب مكانيكي قرار ندارد. محل مونتاژ آن، روي توپي چرخ براي ترمزهاي عقب و لاله پلوس در چرخ‌هاي جلوست. با دوران اين قطعه در ميدان مغناطيسي ايجاد شده در سيستم ترمز ضد قفل، جرياني متناوب ايجاد مي‌شود كه فركانس جريان، توسط پردازشگر سيستم ترمز اندازه‌گيري شده و با توجه به آن، دستورات لازم براي عملكرد مناسب ترمزها، صادر مي‌شود. استحكام مكانيكي براي تحمل نيروي مونتاژ، مقاومت خوردگي، خاصيت مغناطيسي مناسب و دقت ابعادي، از مشخصه‌هاي مهم اين قطعه بوده و بر كيفيت و عملكرد آن تأثيري بسزا مي‌گذارند.

شكل 2: تصوير موقعيت مونتاژ قطعه در چرخ عقب

مواد و روش تحقيق

الف - مشخصات پودر، تهيه قطعات و چگالي سنجي

از پودر آهن خالص 98 درصد با چگالي ظاهري 98/2 g/cm3 براي توليد نمونه‌ها، استفاده شده است. با توجه به خواص موردنظر قطعه و بررسي‌هاي انجام شده، تركيب پودري لازم، شامل ذرات پودر آهن خالص به همراه 3/0 درصد كربن به صورت ذرات گرافيت، 6/0 درصد مس و 8/0 درصد استئارات روي به‌عنوان روان‌كار بوده است.

پس از توزين، اختلاط پودرها توسط مخلوط‌كن نوع V به مدت 40 دقيقه انجام گرفت. قطعات با تركيب اشاره شده در داخل قالب ريخته شده و با فشارهاي 320، 360 و 400 Mpa توسط پرس هيدروليك يك طرفه، فشرده شد. چگالي قطعه خام و ساير مشخصات آنها در جدول شماره 1 ارائه شده است. چگالي نمونه‌هاي توليدي به روش ارشميدس و با استفاده از دستگاه سنجش جرم قطعه و سنجش چگالي مطابق استاندارد ASTM C20-87 اندازه‌گيري شد.

تفجوشي نمونه‌هاي خام در دماي 1120 درجه سانتي‌گراد به مدت 30 دقيقه با گاز محافظ نيتروژن و هيدروژن، در كوره تفجوشي انجام پذيرفت.

شكل 3: نمودار تغييرات فشار و چگالي نمونه‌ها

ب - متالوگرافي

براي انجام آزمايش، نخست نمونه‌ها توسط دستگاه برش، بريده شده و براي سادگي جابجايي در زمان انجام مراحل بعدي و همچنين سازگاري با ديگر تجهيزات نظير ميكروسكوپ، با مواد ترموست (گرماسخت) مانت‌ گرم1 مي‌شوند. نمونه‌هاي مانت شده بر اساس نام و كد آزمايشگاهي و چگالي‌هاي مختلف درج شده، دسته‌بندي مي‌شوند. سپس، براي انجام آزمايش متالوگرافي توسط سمباده‌هايي با مش 180، 400، 800 از خشن (درشت‌دانه) به نرم (ريزدانه) پوليش‌كاري شده و سطح آنها صيقلي مي‌شود. نمونه‌ها در محلول نايتال، اَچ شيميايي مي‌شوند. نمونه‌هايي آماده شده زير ميكروسكوپ نوري با بزرگنمايي بيشينه 1000x قرار مي‌گيرند.

شكل 4: نمودار تغييرات فشار و وزن نمونه‌ها

شكل5: مغز قطعه نمونه شماره 1 با بزرگنمايي 1000 برابر

پ - نتايج و بحث

چگالي قطعه خام و ديگر مشخصات آنها، در جدول شماره1 ارائه شده است.

بر اساس مندرجات جدول 1، در 3 نمونه از رينگ حسگر با فشارهاي پرس مختلف، چگالي و وزن‌هاي مختلفي به‌دست آمده است. شكل‌هاي 3 و 4، به ترتيب تغييرات فشار پرس را با توجه به چگالي و وزن نمونه‌ها، نشان مي‌دهد.

جدول 1: مشخصات وزني، چگالي قطعات خام بر اساس فشارهاي مختلف

با افزايش فشار شكل‌دهي، چگالي خشته افزايش مي‌يابد كه در نهايت، بهبود ويژگي‌هاي قطعه تفجوشي شده را به‌دنبال دارد. با ازدياد فشار پرس قطعه در قالب نيروي واكنشي ناشي از انبساط جدايش قطعه از قالب را دشوارتر مي‌سازد. روان‌سازي ديواره قالب، باعث كاهش اصطكاك جداره قالب و پودر شده و خروج قطعه را آسان‌تر مي‌كند.

با توجه به اهميت دستيابي به قطعه خام با چگالي و استحكام مطلوب، مي‌توان گفت كه اگر نيروي پرس پودر به‌طور يكنواخت به بطن آن منتقل نشود، خشته پودري واحد چگالي همگني نخواهد شد. پس از بررسي نمودار (شكل 3) مشاهده مي‌شود كه با افزايش 40 مگاپاسكالي فشار، تغييرات چگالي نمودار به صورت منطقي، سير صعودي دارد. افزايش چگالي، نشانگر كاهش حفره‌هاي داخلي و چگالتر شدن قطعه است.

شكل 6: مغز قطعه نمونه شماره 2 با بزرگنمايي 1000 برابر

ريزساختار مغز نمونه‌ها در شكل‌هاي 5 تا 7 نشان داده شده است. بر اساس تصاوير ريز ساختار ارائه شده، مشاهده مي‌شود كه با توجه به وضعيت و شكل حفره‌ها در نمونه 1 با چگالي حدود 5/6 (شكل 5) ميزان تخلخل‌هاي بيشتري مشاهده مي‌شود و حفره‌ها در فواصل مرز دانه‌ها، به وضوح نمايان هستند. اين امر با توجه به شرايط مونتاژ قطعه، مناسب به‌نظر نمي‌رسد. در نمونه 2 با چگالي حدود 6/6 (شكل 6) گرچه مرز برخي دانه‌ها مشخص است، اما حفره‌ها از نظر اندازه و توزيع، كمتر به‌نظر مي‌رسند. اين روند براي نمونه شماره 3 نيز قابل مشاهده است.

شكل 7: مغز قطعه نمونه شماره 3 با بزرگنمايي 1000 برابر

شكل‌هاي 8 تا 10، لبه‌هاي نمونه‌هاي مختلف را بزرگنمايي 100 برابر نشان مي‌دهند. پس از مقايسه تصاوير، از مقاطع لبه‌اي در نمونه‌هاي مختلف، وضعيت و توزيع حفره‌ها، نمونه داراي چگالي 6.726 به مراتب از شرايط مطلوب‌تري برخوردار است.

شكل 8: مقطع لبه‌اي نمونه 1

شكل 9: مقطع لبه‌اي نمونه 2

در شكل 8، با توجه به افزايش درصد تخلخل و حفره‌هاي زياد در شعاع دندانه كه به درون قطعه راه پيدا كرده است، به عمق نفوذ بيشتري از مواد پوشش‌دهنده براي قطعه نياز است.

شكل 10: مقطع لبه‌اي نمونه 3

شكل 11: مقطع نمونه شماره 1 با بزرگنمايي‌هاي مختلف

در تصاوير شكل 11، ريز ساختار نمونه شماره 1 نشان داده شده است. بر اساس اين تصاوير، اختلاف رنگ و شكل ظاهري، نشانه حضور پرليت در ساختار فريتي بوده و به‌بياني ديگر، نمونه‌ها داراي ساختار آلياژي فريتي - پرليتي هستند. نمونه‌هاي 2 و 3 نيز از چنين ريزساختاري برخوردارند.

نتيجه‌گيري

1 . با افزايش فشار پرس، چگالي خشته پودري افزايش مي‌يابد و در نهايت باعث بهبود ويژگي‌هاي قطعه تفجوشي شده مي‌شود.

2 . در فشار پرس 320 و 360 مگا پاسكال، ميزان تخلخل‌ها و حفره‌ها در فواصل مرز دانه‌ها به وضوح نمايان است كه با توجه به شرايط مونتاژ قطعه، مناسب نيست. با افزايش فشار به 400 مگاپاسكال، چگالي نمونه بيشتر شده و حفره‌هاي داخلي به حداقل مقدار ممكن مي‌رسند.

3 . با توجه به خواص قطعه رينگ حسگر، صافي سطح لبه‌ها از اهميت زيادي برخوردار است. نمونه شماره 1 فاقد اين مشخصه است.

4 . در نمونه ساخته شده، حضور فاز پرليت در ساختار فريتي، مشهود بود.

توليد رينگ حسگر ترمز ABS به روش متالورژي پودر

مطالب مشابه :

از دو تا ۲۰ ميليون تومان هزينه اسپورت كردن خودرو

توليد رينگ حسگر ترمز ABS به روش متالورژي پودر

مشخصات فني خودرو دنا

طراحی پژو 207

مقايسه كيا نيو سراتو و رنو مگان

تاپیک جامع رینگ و لاستیک تندر90 یا رنو لوگان