现代金属成形技术在汽车底盘的应用探讨

【摘 要】随着现代高科技的飞速发展，汽车的功能改善为大家所期待，轻量化成为汽车的一大发展方向，这些需要用新工艺来减轻汽车各部分零件的质量，但必须要同时满足不降低汽车各零部件的性能。底盘是汽车整个车身的支承，由于其必须要具有优良的综合性能，其轻量化的难度就比较大。本介绍了现代金属成形技术在汽车底盘的应用情况，并探讨该技术的开发、应用、设备等情况。

【关键词】轻量化；金属成形技术；综合性能

1.引言

现代金属成形技术在汽车底盘的应用多数情况下是实现汽车轻量化，这是提升汽车制造业的能级的只要手段之一，汽车的轻量化就是尽可能地降低汽车的整备质量，但同时前提是在保证汽车的强度和安全性能的条件下，这样不仅会提高汽车的动力性，而且减少燃料消耗，降低排气污染。当前，汽车的轻量化迎合了环保和节能的需要，已经成为世界汽车发展的潮流。

底盘作为支承、安装汽车各部件的总成，要求有良好的强度、刚度和疲劳性能，用新型轻质合金材料可以大大降低零件的重量，从而实现汽车轻量化。理论分析和试验结果表明，改善汽车燃料经济性的有效途径之一就是汽车的轻量化。一些新材料的出现以及广泛应用为汽车的轻量化发展作出了突出贡献。

2.半固态铸造成形技术

2.1含义

半固态铸造成形技术是指在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌，使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制成半固态金属液，然后将其压铸成坯料或铸件。它是铝合金、镁合金等轻质金属在汽车上应用发展的结果。下图1是几种获得半固态金属浆料的方法。

枝晶组织具有良好的应用前景，其比铸态组织有更好的力学性能和致密性，其近终成形加工方式又可以减少机加工量，有效提高材料利用率，明显改善零部件的加工精度及材料的耐冲击性能。

2.2在汽车底盘零件上的应用情况

目前，半固态铸造成形技术在汽车底盘上的应用主要是汽车的悬挂系统，如转向节（图4）、控制臂（图5）以及汽车轮毅等。

2.3半固态成形的方式

半固态成形的方式可以分为触变成形和流变铸造成形两种。触变成形，是将得到的含有一定体积比例的非枝晶固相的固液混合浆料先冷却凝固成锭坯，生产时将定量的锭坯重新加热至半固态然后再成形的方法。汽车工业是铝材的最大市场。当前平均每辆美国汽车用铝81.648 kg，其中大部分（质量）零件是优质的半固态铸件。为了有效地提供半固态铸件，必须保证质量高、生产性好、以及合理的价格。Alumax公司的研究表明半固态工艺的目标为两类普通零件，其中一种便是悬挂系统零件。所谓流变铸造（压铸）是将液态金属制备成半固态浆糊料然后将其压铸成形的方法，主要设备由一台流变浆液连续制备器和一台压铸机组成。

2.4设备开发

由于二次加热能耗大，工艺过程较复杂，加之具有触变性的金属材料种类不多。因此，半固态金属铸造的工业应用受到限制。近年来，世界各国的研究人员们在研究新的半固态金属压铸工艺技术时，将塑料的注射成形原理应用于固态金属铸造工艺中，形成了流变注射成形（1theo.moulding）和触变注射成形（1～ixomoulding）新工艺，它们集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体，较好地解决了半固态金属浆料的保存、输送、成形控制困难等问题，使得半固态金属铸造技术的大量工业应用出现了光明的前景。

触变注射成形的成形过程为：被制成粒料、屑料或细块料的镁合金原料从料斗中加入；一定量的半固态金属液在螺旋的前端累积；最后在注射缸的作用下，半固态金属液被注射入模具成形。流变注射成形的工作原理是：液态金属依靠重力从熔化保温炉中进入搅拌筒体，然后在螺旋的搅拌作用下（螺旋没有向下的推压力）冷却至半固态，积累至一定量的半固态金属液后，由注射装置注射成形。上述过程全在保护气体下进行。

3.管材内高压成形技术

3.1管材内高压成形技术的含义

内高压成形技术具有绿色制造技术、减轻产品重量、降低生产成本与近净成形的独特工艺特点和技术、经济优势。数值模拟技术、摩擦与技术以及缺陷与控制策略技术是内高压成形工艺的关键技术。

3.2管材内高压成形技术的优势

内高压成形的构件质量轻，产品质量好，并且产品设计灵活，工艺过程简捷，同时又具有近净成形与绿色制造等特点，因此在汽车轻量化领域获得了广泛的应用。其原理是通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需要的工件。对于轴线为曲线的零件，需要把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形。通过有效的截面设计与壁厚设计，许多汽车零部件都能用标准管材，通过内高压成形制成结构复杂的单一整体构件。这显然在产品质量，生产工艺简捷性等方面比传统的冲压焊接方式优越得多。大多数液压成形工序只需一个与零件形状一致的凸模（或液压成形冲头），液压成形机上的橡胶隔膜起到通常凹模的作用，因而模具成本比传统模具少约50%。与传统的需多道工序的冲压成形相比，液压成形只需一步就可成形相同零件。

管件内高压成形技术与传统的冲压焊接加工技术相比具有很明显的优点：内高压成形的构件质量轻，产品质量好，并且产品设计灵活，工艺过程简捷，同时又具有近净成形与绿色制造等特点，因此在汽车轻量化领域获得了广泛的应用。通过有效的截面设计与壁厚设计，许多汽车零部件都能用标准管材，通过内高压成形制成结构复杂的单一整体构件。这显然在产品质量，生产工艺简捷性等方面比传统的冲压焊接方式优越得多。大多数液压成形工序只需一个与零件形状一致的凸模（或液压成形冲头），液压成形机上的橡胶隔膜起到通常凹模的作用，因而模具成本比传统模具少约50%。与传统的需多道工序的冲压成形相比，液压成形只需一步就可成形相同零件。

3.3管材内高压成形技术的应用

采用内高压成形技术，可制造各种沿轴线变化的圆形、矩形或异型截面的空心结构汽车零件，其中重要的一部分就是汽车底盘的零件，其包括前置发动机支架，后置发动机支架，梯形臂，牵引杆，保险杠和前后桥。钛合金、铜合金、铝合金、镍合金及各种碳钢、不锈钢等都是适合加工的材料种类。内高压成形具有良好的发展前景，是一项正处于上升态势的先进制造技术。早在1993年，内高压成形车间就在奔驰汽车公司建成。宝马等汽车公司也已投资建成了自己的生产基地。

内高压成形技术影响因素多，技术难度大，因为其涉及了计算机数值模拟、数控技术、超高压技术、塑性加工理论、材料成形性能等众多方面，工艺性强，要求具有一定的经验积累。内高压成形采用的管坯有异形截面的挤压型管、焊接钢管、无缝钢管等。

3.4内高压成形技术的发展趋势

（1）连接工艺用于内高压成形技术。把几个管材或经过预成形管材放在内高压成形模具内，通过成形和连接工艺复合加工为一个零件，进一步减少零件数量和提高构件整体性。

（2）在拼焊管内进行高压成形，将不同厚度或不同材料管材焊接成整体，然后再用内高压成形加工出结构件，可以进一步减轻结构质量。

4.总结

使用新工艺来减轻汽车底盘的质量，是改善汽车功能的一大有效措施，现代金属成形技术在汽车底盘的应用对比于国外来说相对较薄弱。企业要从根本上提升技术并赶超西方发达国家，需要国家高校、研究所等研究机构做更深一步的探索，企业要勇于创新，能够果断并且合理的采用新工艺，单位与设备厂家以及生产企业厂家要成果共享，才能使得现代金属成形技术在汽车底盘的进步上做出更大的贡献。

参考文献：

[1]韩光涛.内高压成形机控制系统分析与设计[D].哈尔滨工业大学，2007.

[2]程远胜.复合材料伪半固态触变模锻力学行为及性能研究[D].哈尔滨工业大学，2006.

[3]田浩彬等.汽车底盘的现代金属成形技术[J].上海第二工业大学学报，2008.