铝合金减震塔结构设计及真空压铸工艺研究

发布时间：2020-08-09 15:54

【摘要】：随着国家节能减排政策的不断推行,新能源汽车将成为未来汽车行业的发展趋势,对汽车结构的轻量化要求也不断提升。目前国内外汽车轻量化主要研究方向在于对于汽车及其零部件结构的轻量化,对新型轻量化材料和先进制造工艺的研究。本文基于此对江淮某新能源汽车钢制减震塔结构进行了轻量化设计和铝合金真空压铸工艺研究,以铝合金真空压铸件替代原来的钢制焊接结构,为大型复杂薄壁压铸件的结构轻量化设计提供了新的思路,对汽车零部件轻量化也具有重要的理论和实际意义。本文首先对结构优化设计和压铸模拟理论进行了简单介绍,并参考了压铸手册对压铸件圆角半径和加强筋排布方式设计原则进行了结构和工艺性的综合研究,对壁厚和浇口位置的选择给出了理论依据,完善了压铸件结构设计原则,为之后的减震塔结构和工艺设计提供了依据。以江淮某新能源汽车减震塔原为例,总结了此类带加强筋的大型薄壁压铸件结构设计方法:首先通过对原钢制减震塔结构进行静力学分析,提取出结构强度/刚度性能需求,作为拓扑优化过程中的约束条件,通过拓扑优化过程确定减震塔结构整体形式和加强筋的位置分布,进一步通过尺寸优化确定加强筋的厚度,得到最终设计结果。在拓扑优化过程中通过HyperWorks-Optistruct研究了不同设计区间划分方式以及拔模约束,最大、最小成员尺寸等不同制造约束对优化结果的影响。对所设计的铝合金减震塔结构进行了两种不同的浇注系统结构设计,通过ProCAST充型和凝固过程对比分析,确定了多浇口的浇注系统结构形式;进一步通过正交试验对工艺参数进行了优化,最终确定的最优工艺参数为:模具预热温度200℃、浇注温度660℃、真空度5KPa、压射速度3.0m/s。根据模拟结果进行了真空压铸实验,对比了两种模具结构得到的铸件的性能,验证了模拟结果的可靠性,同时对铸造缺陷进行了宏微观分析并提出预防措施,通过优化的浇注系统结构和工艺参数获得了力学性能良好的真空压铸件,最终经过热处理后的减震塔铸件各测试点平均力学性能为:屈服强度为261 MPa、抗拉强度为315 MPa、延伸率为9.4%。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG249.2
【图文】：

汽车零部件,轻量化,程度,效果

r 公司 HyperWorks 系列软件中的 Optistruct 和德国 Fe-desigs 中的命令流开放性好，也有许多学者采用自编程建立优的杨陈等人[15]运用拓扑优化完成了发动机气缸的等强度机汽缸外形的同时减轻了零件质量。同济大学的沈斌[16]发动机支架结构进行了拓扑优化设计，提高了发动机支架高云凯等人将拓扑优化方法运用到电动改装轿车车身结构在复杂边界条件下的结构拓扑优化；除了单目标优化外，子杰[17]通过折衷规划法将连续体多目标优化问题换为单车车架进行了涉及刚度和频率的多目标优化，扩展了拓扑国内外汽车零部件轻量化的应用虽然广泛，但是国内对于是一些缸体、支架类和梁结构，采用的设计方法比较单一来几种汽车零部件的轻量化效果及结构复杂程度[12-18]，对和制造工艺均发生改变的复杂薄壁减震塔零件的结构设计缺乏对于不同设计变量以及制造约束的选取对于优化结果

成型方式,铝合金,占比,车身

4图 1-2 铝合金各成型方式占比量化的行业趋势下，用铝合金来替代传统车身效措施。奥迪公司早在 1994 年就生产出了A2[22]，掀起了铝合金在汽车零部件轻量化上二代全铝车身 A8 中采用了全铝合金框架 AS到 40%的同时还将整体刚度提升了 25%[23]。

零件图,压铸成型,铝合金,零件

汽车保险杠进行了轻量化设计，用 6061 铝合金代替原来的钢制保险杠，得到了一个薄壁的带有加强筋的空心铝保险杠，结构优化后的铝合金保险杠质量为3.71Kg，比原钢结构质量低了 25%。Ni J 等人[25]以国产某品牌汽车的控制臂为例，实现了由锻造铝合金控制臂替代原来的钢材冲压件零件质量也由 2.8Kg 降低到 1.7Kg, 质量减少了 39%。上海交大的朱平等人[26]对某轿车车身的 11 个零件进行了轻量化设计，用铝合金材料替换原来的冲压钢制件，轻量化效果高达64.5%。随着汽车轻量化对零件结构复杂程度和质量要求的提高，（真空）压铸也成为铝合金铸件制造的首选工艺。

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