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    經典鋁合金輕量化副車架方案分享

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    • 發佈時間: 2022-12-01

    近年來,隨着能源和環境問題成為人類關注的焦點,汽車輕量化已成為汽車行業節能減排的“新時尚”,而針對汽車零部件材料“輕量化”的技術研究,則成了汽車生產企業的重要方向。其中,副車架作為支撐前後車橋、懸掛的支架,一直在做輕量化技術研究。根據材料的不同可以分為:鋼製副車架、鋁合金副車架、鎂合金副車架、鈦合金副車架、碳纖維複合材料副車架等。目前,車型上主要使用鋁合金或鋁鎂合金副車架。中國汽車材料網就已報道的鋁合金副車架應用方案整理如下,請君收藏!

    (1)低壓鑄造鋁合金副車架

    特點:相比傳統鋼板沖焊成形副車架,壓鑄鋁合金副車架減少了組件數量,減少了焊接和組裝工序,提高了零件生產效率,降低了副車架的重量。

    材料:壓鑄鋁合金副車架常用材料為Al-Si系合金,包括AlSi7Mg0.3、AlSi7Mg、AlSi9MgMn等。

    應用:大眾Tiguan車型鋁合金副車架,採用鑄造一體成型工藝。Porsche Panamera 副車架原有鋼製件由30個零件組成,採用鋁合金低壓鑄造(VRC/PRC)後重量降至16kg。

    Porsche Panamera 低壓鑄造鋁合金副車架

    (2)高壓鑄造鋁合金副車架

    材料:採用的壓鑄鋁合金是為以Al-5Mg合金為基礎進行了化學成分的優化,達到該零件的結構強度設計要求。

    應用:國內的廣汽和華中科技大學通過自主研發,在廣汽傳祺轎車上採用了鋁合金壓鑄後副車架,並實現了批量化生產。

    傳祺轎車鋁合金壓鑄後副車架

    (3)砂型鑄造鋁合金副車架

    工藝:砂型鑄造(Sand Casting)就是將液態金屬澆入砂型的鑄造方法。

    應用:GF Automotive公司使用鋁合金AlSi7Mg,採用砂型鑄造技術製造的副車架重量為17.1Kg。

    GF Automotive公司砂型鑄造副車架

    (4)鋁合金整體空心鑄造後副車架

    材料及應用:HS5鋁合金整體空心鑄造後副車架,選用輕量化的鋁合金材料A356.0,T6熱處理,採用低壓鑄造工藝,通過砂芯的使用實現了空心結構的成型,通過結構及工藝優化,保證了內部缺陷及熱處理變形的控制,本體材料性能提升20%以上。

    圖3- 16 HS5四驅後副車架

    (5)全鋁型材焊接前副車架

    應用:HS5前副車架屬於國內首次採用全鋁型材焊接的副車架,實現了多項技術創新。

    材料:鋁型材全面採用6系鋁合金,其中主結構使用6082材料

    特點:HS5前副車架通過選用輕量化材料及新工藝,在滿足副車架靜強度、耐久性能等要求的前提下,重量相對於同類車型實現降重32%,同時實現了高剛度、高模態的性能要求。

    HS5前副車架安裝點剛度

    (6)液壓成型鋁合金副車架

    材料及應用:大眾汽車輝騰車型前副車架上成功應用了鋁管液壓成型工藝。鋁管材料選用為Al-Mg3-Mn,其抗拉強度可達到200MPa以上,該副車架重量僅為10.5kg,輕量化效果顯著。

    特點:儘管液壓成型工藝可減少零件數量、零件生產工序和模具數量,降低生產成本,同時提高零件剛度與強度。但鋁合金材料伸長率較低,在向鋁管內充液快速加壓過程中易造成鋁管補料不足而起皺或開裂,鋁管液壓成型難度大。

    輝騰鋁管液壓成型前副車架

    (7)鑄造+擠壓成形鋁合金副車架

    工藝:通常使用擠壓成形工藝生產橫樑或縱梁;而鑄造成形工藝通常應用在副車架需要與車身或底盤其他部位連接的結構變化較為複雜的部位。最後通過MIG焊接將兩種鋁合金零件組裝在一起。

    特點採用鑄造和擠壓成形結合工藝,能夠滿足對副車架個別複雜部位結構設計的要求,同時可滿足副車架對強度和剛度的要求。

    材料:汽車底盤擠壓鋁合金材料可選用5754(Al-Mg3-Mn)、6060(Al-Mg-Si0.5)、6005A、6063等。

    應用:在雪鐵龍C5、凱迪拉克CTS和克萊斯勒Concorde等車型上,已應用這種組合工藝生產副車架。如下圖所示,Constellium製造的副車架製造工藝為直的型材+鑄件,重量為11.7Kg,已經應用到雪鐵龍C5。

    直的型材+鑄件,雪鐵龍C5副車架

    (8)鑄造+擠壓+液壓成型鋁合金副車架

    應用:奧迪A6、A4及Q5等車型使用的鋁合金前副車架

    特點:其前橫樑結構簡單但強度要求較高,使用擠壓鋁合金型材滿足了強度和成形要求;左/右縱梁為鋁合金管液壓成型,保證了零件強度和結構要求;與車身、底盤和發動機等零件連接的部位需要相對複雜的結構,使用壓鑄鋁合金零件能夠滿足要求。三種工藝成形的零件通過MIG焊接組合在一起。

    幾種車型上的鑄造+擠壓+液壓成型的副車架

    (9)鋼/鋁複合輕合金副車架

    應用:本田開發的鋼鋁複合前副車架應用在北美版新一代本田雅閣上的。該副車架前部分為拉伸強度較高的鋼板,後部分為鋁合金板,此款鋼鋁複合副車架相對於鋼製副車架減重25%。

    工藝及特點:採用不同材料的攪拌摩擦焊接(FSW)連接技術,可以使得鋼和鋁合金像電焊那樣堅固地連接在一起。

    雅閣鋼/鋁複合副車架

    (10)鋁-塑料混合材料副車架

    應用:本特勒(Benteler)與帕德博恩大學(Paderborn University)合作開發了一種由鋁合金和玻璃纖維增強塑料製成的混合式前支架。並依靠粘合劑進行熔合連接。

    材料:來自EN AW 5xxx系的材料用作原材料,在下殼體中使用了多種類型的FRP。

    特點:除了減輕重量30%之外,這一設計的優勢在於可以集成其他功能,例如充當車身底板,改進空氣動力學或BEV的充電技術。功能的集成為減少組件數量提供了多種可能性,從而相應地減少了材料和裝配工作。這些措施還帶來車輛重量和成本的額外降低。

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