汽車用鋁合金副車架成形工藝及應(yīng)用現(xiàn)狀

王越柳 盧麗琴 王國明

1.浙江萬向系統(tǒng)有限公司 浙江杭州 311200

2.萬向錢潮傳動軸有限公司 浙江杭州 311200

在汽車數(shù)量不斷增加的當(dāng)下，能源環(huán)境危機隨之產(chǎn)生，為了順應(yīng)節(jié)能減排要求，汽車輕量化逐漸受到人們歡迎。鋁合金材料好成形、密度較低，具備較強耐腐蝕性，故而在汽車車身、動力組成、底盤等方面被廣泛應(yīng)用。汽車能耗當(dāng)中，近60%為車輛自重，隨著車身重量的減少，油耗不斷下降。鋁合金自身特點使其多用在汽車零件生產(chǎn)中。副車架身為車底盤主要零件，當(dāng)前在歐美國家主要使用鋁合金生產(chǎn)副車架。

1 副車架輕量化路徑

副車架作為汽車中的安全構(gòu)件，可以明顯提升汽車安全與舒適型，材料多為鋼與鋁合金。近年來，為了適應(yīng)汽車輕量化發(fā)展，汽車行業(yè)中鋁合金應(yīng)用越來越多。但是國內(nèi)鋁合金副車架多需要進口，價格相對較高，為了改變這一現(xiàn)狀，下文展開鋁合金副車架研究。下圖1是汽車副車架輕量化技術(shù)。對于副車架而言，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝多是先沖壓鋼板變形，借助二氧化碳?xì)怏w進行保護焊接，然后成形，因該項工藝較為簡單，截至到目前，一直被應(yīng)用在中低端車型當(dāng)中。為了提高汽車品質(zhì)，主機廠多使用液壓成型工藝生產(chǎn)副車架，利用鋼管液壓成形材料、零件，這些結(jié)構(gòu)剛度較高，所以當(dāng)前國內(nèi)外中這種材料逐漸在高端車型當(dāng)中使用。鋁合金材料借助其自身輕量化效果與成形特點，逐漸在高端主機廠副車架中應(yīng)用。輕量化設(shè)計有助于實現(xiàn)一定的節(jié)能減排，應(yīng)用內(nèi)高壓成形技術(shù)制成鋁合金管材空心構(gòu)件，可以促進結(jié)構(gòu)同材料輕量化的有效整合。內(nèi)高壓結(jié)構(gòu)副車架作為典型彎曲異性截面管件，最終成形階段離不開預(yù)彎曲、預(yù)壓、管材內(nèi)高壓等工序。因此，研制復(fù)雜結(jié)構(gòu)副車架，有助于解決鋁合金低塑性問題，促進汽車生產(chǎn)中鋁合金高壓成形技術(shù)的合理化應(yīng)用。

圖1 副車架輕量化技術(shù)

2 鋁合金副車架成形工藝

作為主要安全結(jié)構(gòu)件汽車底盤副車架，連接固定轉(zhuǎn)向、懸架系統(tǒng)與發(fā)動機零件，這個過程對于材料剛度、強度等方面要求較高。為了使副車架重量逐漸降低，促進汽車輕量化生產(chǎn)，很多大型主廠機中逐漸開始應(yīng)用鋁合金副車架?，F(xiàn)階段，鋁合金零部件成形工藝包含鍛造、壓鑄、擠壓、液壓成形等不同階段，下面文章將就不同成形工藝逐一進行介紹。

2.1 壓鑄成形

壓鑄成形即在某一壓力下讓鋁合金熔體對腔體進行填充，這一工藝力學(xué)特點明顯，尺寸精密，加工余量較小，因此常在鋁合金零件成形工藝中使用。鋁合金壓鑄成形需要結(jié)合副車架位置，及其對模態(tài)、剛度與強度等方面要求，生產(chǎn)復(fù)雜零件，確保其能滿足副車架內(nèi)部不同位置性能需求。對比傳統(tǒng)鋼板沖焊成形工藝，其在降低重量期間，還能減少焊接、零件數(shù)量與組裝工序，便于提升零件生產(chǎn)效率。但鑄造鋁合金材料強度較低，需對結(jié)構(gòu)與工藝進行合理調(diào)整，如此方能滿足副車架性能需求。當(dāng)前使用鋁合金壓鑄成形副車架車型，包含大眾CC、奔馳C級、大眾途觀等。國內(nèi)廣汽品牌借助高抽真空工藝研制出的鋁合金副車架，已經(jīng)在傳祺系列中成功應(yīng)用。

2.2 液壓成形

液壓成形工藝以液體為傳力介質(zhì)，利用模具即可讓工件成形。液壓成形工藝能縮減生產(chǎn)工序、零件與模具數(shù)量，對生產(chǎn)成本進行合理控制，提升零件強度與剛度。鋁合金材料具備較低伸長率，在朝著鋁管內(nèi)充液加壓階段，很容易導(dǎo)致鋁管補料不足而產(chǎn)生破裂，這一過程鋁管難以液壓成形。

2.3 工藝組合應(yīng)用

（1）鑄造擠壓成形；壁薄與截面復(fù)雜零件多使用擠壓成形方式生產(chǎn)，保證零件質(zhì)量最佳、精度與強度較高。融合鑄造與擠壓成形工藝在副車架生產(chǎn)過程中，既可以滿足副車架復(fù)雜位置設(shè)計要求，還能滿足車架強度與剛度需求。鑄造+擠壓成形副車架多應(yīng)用擠壓成形工藝進行橫縱梁生產(chǎn)；副車架應(yīng)和底盤及車身等位置連接，當(dāng)結(jié)構(gòu)變化明顯，應(yīng)使用鑄造成形工藝。借助MIG焊接工藝，將不同鋁合金零件組合起來。

（2）鑄造+擠壓+液壓成形；奧迪A6與Q5等型號車應(yīng)用的鋁合金前副車架，對橫梁結(jié)構(gòu)強度有很高的要求，使用擠壓鋁合金即可滿足成形和強度要求。應(yīng)用左右縱梁可以液壓鋁合金管，可以有效確保零件結(jié)構(gòu)與強度；車身、發(fā)動機、底盤等零件連接部位使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這一位置可以使用壓鑄鋁合金零件，如此即可有效滿足實際施工要求。聯(lián)合寶馬7和5系后副車架，用擠壓鋁合金制成橫梁；前梁主要用液壓鋁合金；縱梁兩端與車身相連，再者，還應(yīng)將支座安裝在懸架系統(tǒng)控制臂當(dāng)中，不需要再焊接襯套與接頭。

3 結(jié)語

綜上，當(dāng)前，國外汽車主機廠中使用鋁合金材料的逐漸增多，將鋁合金材料用于生產(chǎn)汽車副車架，可以有效減少汽車重量?，F(xiàn)階段，鋁合金副車架生產(chǎn)經(jīng)常受到多方限制，例如結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)、工藝水平等，與此同時，國內(nèi)研發(fā)的車型市場目標(biāo)主要為中低端市場，且零件生產(chǎn)期間多難以承受高成本，因此，國內(nèi)研發(fā)的汽車品牌多不使用鋁合金副車架。所以，國內(nèi)汽車品牌中，有必要掌握鋁合金副車架生產(chǎn)工藝與技術(shù)，不斷累積生產(chǎn)經(jīng)驗，如此方能實現(xiàn)鋁合金副車架的大面積應(yīng)用。