汽车底盘轻量化之汽车用铝合金控制臂

2020-6-2 14:47 183 0 来自: 小鹏汽车博客
简介
 【汽车轻量化在线】随着汽车工业的发展和环保压力的增大,汽车厂对于汽车轻量化的要求日益提高,对于传统汽车,轻量化能明显减少燃油消耗;对于电动车来说,轻量化能有助于提高电池续航里程;另外,底盘轻量化也提 ...
 【汽车轻量化在线】随着汽车工业的发展和环保压力的增大,汽车厂对于汽车轻量化的要求日益提高,对于传统汽车,轻量化能明显减少燃油消耗;对于电动车来说,轻量化能有助于提高电池续航里程;另外,底盘轻量化也提高了其他方面的整车性能。  
  控制臂也叫摆臂,是汽车底盘系统的重要零件,它的综合力学性能对车辆的安全、操稳等性能起着至关重要的作用。早期的控制臂多采用铸铁、铸钢或钢板冲压焊接制成,伴随着材料加工技术的提高,锻造汽车用铝合金控制臂正逐步替代钢制控制臂,并在国内外中高档车实现批量应用,如日系轩逸、逍客、奇骏,韩系朗动,美系爱维欧、嘉年华,欧系的速腾、帕萨特等。锻造汽车用铝合金控制臂的开发流程大致为材料的选型、CAD&CAE结构设计与分析,锻坯及模具设计,锻造工艺制定,零件组织、性能评价,台架试验验证。
 

材料的选型

       目前锻造汽车用铝合金控制臂的材料多为6061和6082铝合金,锻坯的来源有挤压棒材、半连续铸造棒材、半连续铸造异形锭,对于挤压棒材,需要经过切断、辊锻弯曲、预锻、终锻、热处理等工序;对于半连续铸造包材,在切断前需要经过均匀化处理;异形锭是指用半连续铸造的方式直接制备出锭坯形状与终端控制臂锻造产品外形接近的近终形汽车用铝合金锻坯,锭坯经切片后直接锻造成型。异形锭相对于圆棒而言,工序大为缩短,但铸造质量控制更难一些。
 
CAD&CAE结构设计与分析

        首先要构建悬架多体模型,通过多体动力学载荷分解得到相关硬点的载荷输入,然后通过对汽车用铝合金控制臂的结构设计,结构优化(拓扑优化等)以及CAE验证(强度,模态,疲劳等),完成满足结构和性能要求的铝合金控制臂设计。如下图所示,设计的汽车用铝合金控制臂相对于钢制件轻量化效果达到36.8%,减重1.2Kg。
 
汽车用铝合金
 
锻坯及模具设计

        对于挤压棒材,根据最终成型零件尺寸和体积,经过锻造模拟,确定所需挤压棒材的直径和切断长度,然后需要经过加热,辊锻,弯曲等工序制坯;对于异形锭,结合铸造工艺和锻造模拟,设计需要的异形锭形状,确定异形锭的切片厚度,如下图。根据最终零件的形状,设计锻造模具,有时如果零件过于复杂,一次锻压难以成型,或者成型后有缺陷,这时候就需要增加一次预锻,保证成型的无缺陷。  

汽车用铝合金
锻造工艺的制定

        锻造工艺包括坯料锻造时的温度,模具温度,锻造完成后的热处理工艺,坯料温度过高容易引起过烧,坯料温度过低,变形阻力过大,锻造充型困难,所以锻造的坯料温度要处于一个合适范围,锻造完成后要进行固溶和时效处理,固溶温度和时长的选择是保证可溶解的强化相尽可能的溶解到基体中而没有过烧现象为前提,时效的温度和时长的选择是以强化相能均匀细小的析出而不会粗化,达到较好的强化效果为前提。
 
零件组织、性能评价

         热处理过后的零件要进行低倍,高倍,硬度和力学性能检测。低倍主要是看零件的晶粒异常长大情况,就是我们常说的粗晶,如下图,粗晶对零件的力学性能有着负面的影响,要对粗晶环尺寸或粗晶率进行控制。
 
汽车用铝合金
 
         高倍主要是看一些析出相的大小和分布情况,以及组织是否过烧,如下图。并在零件的不同部位取拉伸式样进行力学性能测试,对力学性能结果是否满足要求进行评价。 
汽车用铝合金
 
台架试验验证

         为了验证汽车用铝合金控制臂的可靠性,要进行单体和系统级台架试验,通过零件能承受的特定载荷的循环次数来判定零件是否能达使用要求。
 
汽车用铝合金
 
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