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汽车底盘铝合金化轻量化的成型工艺研究

来源: 聚展网 2023-06-02 12:49:21 230 分类: 汽配资讯
上海国际汽车底盘系统与制造工程技术展览会
AMEE
2023年11月22日-11月24日
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摘 要: 如今,各国及地区纷纷提出节能减排,而汽车行业响应依托应当是轻量化加工。本文简要概述汽车轻量化,并分析有关车辆底盘方面的运转现状,进一步讨论构件成型工艺的运用,先针对现有生产工艺加以对比分析,阐述挤压锻造工艺,探讨生产实例,以验证此项成型工艺的可行性。以供汽车领域有关人士参考。


关键词:汽车底盘 铝合金 轻量化



 引言
01

汽车是现代人们出行的重要工具,但打造便利出行条件的同时,造成能源紧张与污染问题,并且在保有量不断提高中,使得环境及能源压力加大,因为,各相关生产方均在研发控制车辆排气量的路径。经过统计数据来看,若车辆自重下调,则其能耗可下调。并且底盘自重达到整车的,所以假设实现底盘系统的轻量化,会对控制油耗有显著帮助,而且可以优化车辆使用的舒适度。目前,铝合金的性价比较为理想,且有丰富的采集来源,使用范畴。


 汽车轻量化
02

汽车轻量化表示确保汽车本身强度以及安全的基础上,最大限度地压缩组装整车的质量,以增强其的动力性能,控制燃料的使用量,继而减少实际的排气量,消除部分大气污染源。现如今,轻量化的趋势已然是必要的,其总体的调整方向是底盘零部件,以往的“双积分”模式早在2018年便已经出现落成,在2020年汽车均耗油量降至的程度,且总体降幅至少应满足左右,但事实上,在提倡控制油耗的过程中,实际降幅不足。


基于目前的调整进展,即便新能源汽车有所发展,也难以获取到最理想的调整成绩,甚至还会有较大的差异。汽车轻量化是必然趋势,并且根据人类现有可用的材料来看,铝合金是相对较理想的一种,和钢铁相较,其密度大约是后者的,同时材料采集的难度不大。所以,铝合金是当前汽车空间控制自身重量且趋向节能环保的首选,使用铝代替钢是现阶段实现汽车轻量化的重要路径。此外,轻量化能从侧面弥补新能源汽车在行使历程上的局限性。并且金近些年,财政补贴方面,在汽车历程上的标准有所提高,因而控制汽车重量,延长续航,才是目前相关企业获得财政补贴的有效方式。


 汽车底盘的轻量化现状分析
03

3.1 市场分布情况


轻量化的汽车底盘市场分布状况,和相关技术专利的布局有关,会受到市场结构以及国家政策等诸多方面的影响。从技术专利的角度来看,基于申请总量变化,早在上世纪的七十年代初便已开始,但彼时的成绩较差。在1993年到2008年,在底盘轻量化上有明显的发展,随后便来到快速增长阶段,而推动该种趋势呈现的重要在于,其一,新能源的发展,并成为汽车行业实现环保节能的有利点;其二,在新材料开发应用上有一定成绩,铝合金和各种复合材料出现,推动汽车朝着通用性、高性能以及小成本的方向推进,汽车生产制造的技术在轻量化程度持续深化的过程中,也得到发展。


轻量化技术的专利在区域分布情况,我国在技术市场和技术所属均展现出较大的优势,由此反映出国内底盘轻量化的市场初见规模,并具备研发底蕴,甚至吸收他国的人才来我国市场布局。从新能源汽车的角度而言,其关键在于电池系统,而此方面能否获得突破性进展,需依托构成电池零件的材料,因而底盘轻量化工艺成长,对新能源发展极为重要,并且对轻量化的程度有更高标准,推动轻量化类的加工技术、零件结构、材料等的优化。美国在此方面的蓝图计划在2022年,插电结构的电动汽车,其整体质量下调三成左右,并且底盘部分下降左右,德国把轻量化问题纳入产业发展主流方向行列中。国内在底盘轻量化上的研究起点较晚,甚至到本世纪初,仅有不足十件的相关专利。但从年起,国内的底盘轻量化实现发展,赶超各国,达到数千件。


以全局的角度而言,底盘轻量化是在生态环境及能源段趋势的趋势下逐渐键入人们眼帘。轻量化的实现与应用,能给新能源汽车的续航水平提供帮助,促使新能源车辆在技术和市场扩充上均呈现出较理想的运转状态,并是轻量化工艺成熟的接班动力和轻量化材料得以有效运用的主要方向。以研发角度而言,有关底盘轻量化工艺的热点体现在两个方面,即底盘结构,如车架、转向系统等,具体包括纵梁以及转向杆、稳定杆等;底盘材料,包括铝合金以及碳纤维等[1]。


3.2 铝合金轻量化


现如今,普通汽车中对于铝合金应用渗透效果不高,普通品牌车辆中,铝合金材料制成的各部件,转向节应用率达到左右,控制臂部分仅有。而副车架以及制动钳壳体还未运用。现有生产铝的厂家,极易获得相关市场增量的红利,特别是新能源汽车。


 汽车铝合金底盘轻量化的成型工艺探讨
04

现阶段,汽车产业在底盘轻量化上的发展,铝合金化已然是主要趋向,具体产品包括控制臂、制动钳以及转向节等,均为底盘结构的安全件,对于成品部件的性能标准偏高。并且在实现轻量化中,不可把汽车自重下调率定为唯一判断指标,应当考虑部件的功能性,保障车辆主动与被动的安全性。但因为制造工艺的制约,使得铝合金实际应用受限。


4.1 成型工艺对比


在铝合金部件成型制作中,一般成型工艺包括低压铸造、锻造等。但由于车辆对底盘的安全性标准相对偏高,所以普通制作工艺对于成品形成或者加工效率,都无法完全适应理想生产效果,目前大部分工艺设计依旧在研究期。若想实现铝合金化的轻量构件,应结合材料本身的性能与成型技术,确定平衡点制造出满足应用需要的轻量化产品。


现有铝合金的成型技术对比如下所示:


在构件表面的加工上,挤压铸造以及锻造、高压铸造均有较好的表现,重力铸造较差。构件内部的质量上,挤压铸造工艺中,加工压力在时,构件晶粒较小,内部结构极密。锻造工艺也能表现出与之同样的效果,并无压力参数的约束。高压锻造需要进行高速喷水,且无补缩,导致构件内有一定的气孔,组织结构密度低。差压铸造成型工艺,压力条件是,成品晶粒偏大,内部较为松散。低压铸造的压力参数范围是,同样是晶粒偏大,内部松散。而重力铸造需借助材料自重加工,成品晶粒极大,内部结构松散。生产效率方面,仅有挤压铸造以及高压铸造相对理想,锻造与重力锻造的生产效果过低。生产装置的成本上,挤压锻造是相对偏高的,重力铸造以及低压铸造在此项成本上的表现较好。产品成型的精度上,差压铸造与低压铸造、重力铸造,三者均会有较多的制造余量。挤压锻造的一次成型效果好,能制作余量偏小。锻造的一次成型效果相对不好,且加工处理程序较多,整个操作步骤复杂。而高压铸造一次成型效果较好,且仅会产生极少的制造余量。现有成型工艺的机械性能表现上,锻造最佳,挤压铸造趋近于锻造水平,其余工艺机械性能偏低的高压铸造外,其余均处于中等。


综合来看,挤压铸造的加工处理品质相对偏优,且以力学性能角度来看,其优于一般铸件,同时该成型工艺下与同类合金锻件的质量比较接近,生产效率较好,能应用在诸多生产任务中,是当前实现底盘轻量化的首选。


4.2 挤压铸造技术概述


挤压锻造为一种新型的锻造技术,也可以称之为液态模锻。工艺生产的运转原理为对呈液体及半固态的金属材料施加一定机械压力,通常在左右,让金属材料逐渐成型。因为高压凝固和塑性变形等问题,使得成品内组织密度大,没有气孔且疏松等不足,相较于其他成型工艺,挤压铸造成品的质量更符合当代汽车生产需要,并接近锻造的效果。挤压湖造融合铸与锻,金属成品性能较佳,并且生产加工效率偏高。目前,在转向节、制动钳与控制臂等构件上的轻量化规划上,成型技术有较好的成长趋势。


4.3 实例轻量化的设计


本文以某车辆转向节铁质材料改成铝的任务进行设计分析。转向节是车辆专项操作系统内的关键零件。实际工作运转中,不仅会负担整车的部分重量,还需承担转向力矩以及制动力矩,现实工作条件较差。所以,要求其具备高水平的综合性能,确保车辆使用安全。


汽车原本的转向节是使用球墨铸铁生产得来。因为铝合金材料自身性能的缺陷,在加工转向节中,若只进行材料更换是无法肩负起该构件功能需要的。即使选用挤压铸造,也应适当调整构建设计,同时基于成品构件性能以及工况等客观要求加以分析。总体设计思路是产品外观轮廓设计,强度复核以及耐久性。使用铝代替铁的处理中,两类材料有较大区别,所以需要调整部件结构。此外,鉴于强度标准、装配要求等,应用专业软件实施模拟调整。使用铝合金,其泊松比是。挤压铸造处理中,屈服强度是,抗拉强度是,可伸长率是[2]。


 结语
05

综合设计案例分析,在载荷施加手段以及工况条件一致的情况下,挤压铸造产品能满足预期标准,并在合理调整后,有更为显著的成型效果。此外,因为铝合金密度不高,在进过改良后,转向节自重可下降,达到轻量化的生产需要。挤压铸造属于新的成型技术,通过其优秀表现,会成为车辆底盘轻量化的主要选择。


参考文献:

[1]苟妍,贠强,陈亮,等.基于专利计量的汽车底盘轻量化发展态势研究[J].小型内燃机与车辆技术,2020,(05):12-19.

[2]孙永飞,罗文静,陈贺峰,等.探讨汽车底盘悬架关键部件轻量化设计[J].内燃机与配件,2020,(04):20-21.

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AMEE2023上海国际汽车底盘系统与制造工程技术展览会将于20231122-24日在上海世博展览馆举办,预计将有300家全球优秀供应商展示底盘设计与研发、底盘系统轻量化工艺、智能底盘技术(CTC/CTB/CTP技术)、新能源汽车底盘(电池包/电池壳/电驱动)、底盘电动化(线控制动/转向/滑板底盘)、底盘零部件先进制造工艺(冲压/焊接/机加工/装配/铸造/压铸/涂装/总装)、底盘装配与集成技术、底盘零部件检测与测试、底盘车辆工程与动力学、底盘电子与控制技术、底盘系统零部件(制动系统/转向系统/传动系统/悬架系统/副车架)、自动驾驶与底盘趋势等技术解决方案,展会同期举办12个品牌论坛,将邀请近150位来自整车、底盘系统领域的技术专家、教授、供应商代表等嘉宾出席主题演讲,是不可过错的行业盛会。


上海国际汽车底盘系统与制造工程技术展览会(简称:AMEE)创办于2018年,是全球汽车底盘工程技术领域的旗帜展览会,AMEE为中国汽车底盘技术创新与持续发展搭建了高质量平台,为促进全球汽车制造商综合竞争力的提升提供重要支撑,已成为汽车底盘研发、技术、工艺、采购、质量和管理人员每年必参加的重要活动之一。


主办单位:

AEE汽车技术平台

米创博隆展览(上海)有限公司


展会官网:

www.AMEE-china.com 


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米创博隆展览(上海)有限公司

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