论文摘要
转向支撑作为汽车仪表板模块的支撑骨架,其传统结构是由多个冲压钢构件焊接而成,这样的结构不但增加了汽车前端的重量,还因产品制造工序复杂,导致产品质量一致性难以有效保障。镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、减震降噪性能好、压铸工艺性能优良等特点,用一个镁压铸件替代原钢质转向支撑,不仅可实现该构件的集成设计与制造,还能达到大幅度减重的效果。本文以长安CV8轿车的钢质转向支撑为研究对象,首先完成其材料替代的结构设计,然后对其结构的服役应力及模态进行分析与优化,最后对其压铸工艺进行设计与优化。经过上述研究,本文取得了以下研究成果。①基于镁合金材料替代设计的方法,根据CV8车型内转向支撑的总体尺寸及装配要求,在兼顾其力学及工艺性能的基础上,对原钢质转向支撑结构进行镁合金材料的替代设计,获得了整体压铸成形的镁质转向支撑。②经过反复的虚拟装配检验并参照商品镁质转向支撑的结构后,对镁质结构进行优化设计,使其较好地满足了与周边构件的装配要求。③利用有限元法,分别对原钢质和镁质转向支撑进行了服役应力及模态对比分析及评价,并以提高整体强度和刚度为目的,对镁质结构进行了优化,最终使其在转向系统受冲击载荷作用下,其最大应力值从53MPa降至30MPa,满足了使用要求。并使其在车身约束下相对原钢质转向支撑的一阶固有频率从145HZ提高到161HZ,避免了车辆行驶中因路面或发动机激励而出现共振。④基于镁合金压铸工艺设计的相关原则,在参照并吸取商品镁质转向支撑成功的压铸工艺设计方案基础上,完成了镁质转向支撑的浇注系统及压铸工艺参数设计。⑤用压铸CAE方法,对镁质转向支撑压铸工艺进行了虚拟现实模拟,并针对工艺缺陷产生的位置及原因,对工艺进行了优化改进,从而有效地消除和减少工艺缺陷。⑥通过比较分析压射速度、浇注温度、模具预热温度等主要参数组合对铸件成型质量的影响,最终获取了一组较优的压铸工艺参数,即:浇注温度670℃、压射速度4.5m/s、模具温度200℃。⑦最终获得的镁质转向支撑件的质量为3.5kg,比原钢质结构的8.4kg减重了58%,达到了预期的减重目标。