汽车铝合金车架锻造工艺研究论文

浅谈某车架第二横梁上板开裂问题的解决论文

车架所起的作用是支撑连接汽车的各零部件、承受汽车自身零部件的重量，承受行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等，车架是整车极为关键的核心零部件。尤其是车架的第二横梁，在保证车架强度与刚度的.基础上，需要为前桥与转向器提供安装点。某车型开裂问题出现的部位为转向器安装点倒角处，为解决此问题，我部进行了如下调查分析。

1 问题来源

某车型车架第二横梁上板在CAE 成型性分析中局部产生开裂，将严重影响零部件质量及整车品质和安全性能。

2 原因分析

通过对标各车型的相关结构，同时对第二横梁上板设计结构进行评审分析，得出产生局部开裂原因如下：(1)第二横梁上板开裂处的结构为竖直的翻边，为保证与下板的焊接配合，翻边高度达，高度值较大，极易对钢板产生拉延减薄现象;(2)开裂部位附近的翻边型面较复杂，相邻侧为安装转向机支撑管的外凸结构，延伸到开裂部位为内凹的圆弧结构，翻边的型面起伏大，成型困难;(3)第二横梁上板选用的为较高强度的钢板，其材料为SAPH440，板材厚度为3mm，因此成型性能有限，在复杂型面处容易出现成型开裂或是减薄隐裂现象。

综上所述，第二横梁上板开裂的原因主要为：选定牌号、板厚的钢板其成型性能有限，并且零件的翻边高度值较大，同时翻边的型面起伏变化剧烈，从而导致出现了成型时的局部开裂现象。

3 方案制定及验证

方案制定

通过分析的真因，寻找最佳解决方案，为了保证第二横梁上板满足车架刚度、强度要求，材料不允许更改，因此需对型面的结构进行优化，共制定两套方案，方案如下：方案一：将开裂部位近侧的外凸型面进行回收，将外凸弧面R 角内移8mm，经CAE 成型分析，开裂问题得到解决，但是此外凸面为安装转向机支撑管的型面，弧面内移后转向机支撑管的焊接面减小，安装精度不能保证，此方案不可行。方案二：将开裂部位的内凹弧面拉直为平面，使翻边的型面起伏平缓，外凸的型面与平直边相接，经CAE 成型分析，开裂问题也得到解决，同时变更后对安装零件区域无影响，方案可行。

验证

通过CAE 成型性分析，开裂区域消失，问题得到解决，原开裂部位无应力集中现象。

4 结束语

此问题反映出设计零件的结构要结合其材料性能，为保证其性能就需采用机械性能较高的材料，但提高机械性能的同时其成型性将会下降，这就需要避免设计过于复杂的型面结构，同时在设计过程中要结合工艺成型性分析，将问题消除在设计阶段，将此解决办法进行标准化，为后期相似结构提供了借鉴意义。

车架的主要原料及分别： \x0d\x0a无论是摇篮式车架或双翼梁车架或是两者混合的新型车架，在用料上都可分成两大类：铝合金及钢管。\x0d\x0a\x0d\x0a 人人都爱的铝合金车架\x0d\x0a\x0d\x0a铝材本身是比较软，韧度及强度亦较低，不适合作工程用金属。但铝材比较轻身，及高度抗氧化的防锈特性。因此，为改善铝材较差的强度，必须混入其他金属制成合金才能够作车架之材料，一般被称为飞机铝(飞机机身同样使用铝合金为材)。\x0d\x0a\x0d\x0a铝合金之优点在于轻巧，高抗氧化能力，可塑性高，能于冷工(ColdWork)下塑型及加工，轻微变形车架容易拉回原状。但铝合金同样有其缺点。铝合金会有一种大部分金属的问题，便是金属疲劳。除此之外，因硬度较低，抗磨性不佳，部件较易磨损，不适合用于经常活动之部份。\x0d\x0a\x0d\x0a 因为铝合金硬度不足问题及金属疲劳特性，在铝合金车架某些部份上必须在表面加工(铝合金车架不平滑如磨沙般既表面便是其加工结果)，令表面有WorkHarden之情况，因此提高表面之硬度及产生表面横向压力以防止车架出现裂痕。\x0d\x0a\x0d\x0a 铝合金车架多数以注模(DieCast)制造，存在模具成本。由于有工序上及模具之需要，因此，一般铝合金车架造价较高，所以需然铝合金车架比较轻，但一般不会应用在平价或低性能的车种中使用，以免提高售价或造成浪费。以前铝合金车架只会跑车身上出现，但近年在高性能的街车、专业的爬山车甚至乎是高性能绵羊都有采用铝合金车架。\x0d\x0a\x0d\x0aYamaha摩托车在制造第三代Delta-Box车架时，采用了一种名为ControledFillingAllyDie-castingTechnology铝合金计算机印模锻造技术制造。\x0d\x0a\x0d\x0a该技术能制造更复杂的外型，并同时准确地控制车架的厚度，让受力支点厚一点。最重要是能有效减少气泡形成，利用计算机感应器控制模件内不同部份的吸力，让铝合金更准确和更快速地被注入模具内，令注模时间可以缩短了五倍之多。\x0d\x0a\x0d\x0a 所以温度控制更佳，令制成品的密度和刚性都得到改善，令新车架的横向刚性增强但重量却减轻。此外车架的焊接点也可以大幅减少。 \x0d\x0a\x0d\x0a普遍被人轻视的钢管车架\x0d\x0a\x0d\x0a钢材同样是合金，主要由铁(Iron)做成，加入炭Carbon，铬Chromium，镍Nickel，钒Vanadium，磷Phosphorus，镁Manganese等等其他元素制成。\x0d\x0a\x0d\x0a由于钢材由小型炭原子及大型铁原子所合成，所以钢材有一种名为Cottrelllocking的效果，使钢材没有一般金属存在的金属疲劳现象。\x0d\x0a\x0d\x0a 但有利必有弊，Cottrelllocking会导致金属难以冷工加工，所以钢材塑型多数会加热后才加工(Hotwork)。钢材Hotwork还有其他好处，如红热钢材快速冷却(Quenching)会使钢材有纤维性结构，令纲材更加坚韧。\x0d\x0a\x0d\x0a 钢材的抗氧化力亦算高，但不及铝合金，因此，此类车架一般都会有漆油保护，防止氧化。因硬度较高，抗磨性佳，除车身外，引擎及波子盘等经常转动的地方都会用上钢材。\x0d\x0a\x0d\x0a钢管车架在外观上不及铝合金车架粗壮，也较为普遍，所以予人一种过时老土的感觉。其实钢管车架无论在硬度，韧度及强度都比较铝合金优异。\x0d\x0a\x0d\x0a意大利摩托车之皇Ducati的作品，包括登上世界竞赛颁奖台的超级跑车和最新的型号，都是一直使用捆杆式圆管车架。\x0d\x0a\x0d\x0a 钢材缺点是材料本身十分之重，材料本身价钱比铝合金贵，不过因为刚性高，可减少用料，及车架工序简单，车架成本因此反比铝合金更便宜。 \x0d\x0a\x0d\x0a摩托车的钢管车架，一般都是使用已成形的钢管，经加热后再拉出所需形状，然后再利用烧焊方法制成最后的车架。相比起注模式的铝合金车架，制造钢管车架所需的工序比较简单，所需要的注模规模比较小型，不像生产铝合金车架需要有大型注模的昂贵模具。所以钢管车架，在平价及低性能车种中被普遍采用。

铝制车架强度高、质量轻，掉漆也不会生锈钢制车架强度高、质量重，掉漆后会生锈，需要注意防护

按等级从低到高：高碳钢<铝合金<钛合金<碳素纤维1.钢:(什么高碳钢等都一个玩意儿)优点:强度高,韧性好.缺点:易生锈,腐烂,重量很大.2.铝合金:优点:强度一般,重量较轻,不生锈,不腐烂.缺点:韧性不好比较脆.3.钛合金:优点:强度极其高,重量很轻,不生锈,不腐烂.缺点:非常难提炼和加工.很脆,价格很贵.4.碳素纤维:优点:强度很高,韧性非常好,重量非常轻.缺点:加工成本高,易老化,损坏后维修难度非常高.