?！∮?，于振文，楊?yuàn)檴?，梁麗青，修文?/p>

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，吉林132101）

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基于液態(tài)模鍛的汽車(chē)懸架控制臂模具設(shè)計(jì)研究

常影，于振文，楊?yuàn)檴櫍蝴惽?，修文?/p>

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，吉林132101）

摘要：本文通過(guò)對(duì)逆向造型后得到的汽車(chē)懸架控制臂模型進(jìn)行性能、特點(diǎn)及其加工工藝分析，并對(duì)液態(tài)模鍛加工工藝進(jìn)行研究，然后基于液態(tài)模鍛對(duì)汽車(chē)懸架控制臂進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)。較以往的鍛造加工來(lái)說(shuō)，液態(tài)模鍛具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，既滿足了當(dāng)前對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)的大批量需求，又保證了成形件的質(zhì)量。同時(shí)，大大提升了材料的利用率，節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：液態(tài)模鍛；汽車(chē)懸架控制臂；模具設(shè)計(jì)；加工工藝

汽車(chē)懸架控制臂是汽車(chē)懸架系統(tǒng)的重要零部件，對(duì)汽車(chē)行駛的平穩(wěn)性有著至關(guān)重要的作用[1]。近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)需求量越來(lái)越大，制造水平也在不斷提高，對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能及質(zhì)量要求也逐漸提高。由于汽車(chē)懸架控制臂是決定汽車(chē)平穩(wěn)性的重要零件之一，因此對(duì)其性能質(zhì)量要求也更高。以往的汽車(chē)懸架控制臂大多應(yīng)用鍛造進(jìn)行加工，該工藝存在著很多的缺點(diǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，本文采用液態(tài)模鍛對(duì)汽車(chē)懸架控制臂進(jìn)行加工。液態(tài)模鍛是鑄鍛結(jié)合的成形工藝，不僅工藝簡(jiǎn)單、成本低，而且工件的質(zhì)量和性能較高，因此在機(jī)械領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2]。

1　汽車(chē)懸架控制臂的逆向造型

汽車(chē)懸架控制臂的曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易于獲得復(fù)雜曲面部分?jǐn)?shù)據(jù)，正向建模周期較長(zhǎng)，也不利于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。結(jié)合汽車(chē)懸架控制臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文采用逆向建模對(duì)汽車(chē)懸架控制臂進(jìn)行模型重建，基于三維軟件快速得到汽車(chē)懸架控制臂模型。與傳統(tǒng)的正向建模方法相比，逆向建模不僅縮短汽車(chē)懸架控制臂模型的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)周期，還降低了企業(yè)的生產(chǎn)和研發(fā)成本。得到汽車(chē)懸架控制臂模型實(shí)體如圖1所示。

圖1　汽車(chē)懸架控制臂模型實(shí)體

2　汽車(chē)懸架控制臂的性能分析

為了確保汽車(chē)在行駛過(guò)程中的安全性，還需對(duì)汽車(chē)懸架控制臂進(jìn)行受載狀況分析、強(qiáng)度分析及疲勞分析[3]。在實(shí)際的工作狀況下，汽車(chē)懸架控制臂經(jīng)常會(huì)受到不同的扭轉(zhuǎn)力作用，隨著受力次數(shù)的增加，汽車(chē)懸架控制臂的某些部位會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞。然而汽車(chē)懸架控制臂的強(qiáng)度及疲勞特性影響著汽車(chē)懸架系統(tǒng)的可靠性。因此，汽車(chē)懸架控制臂的疲勞壽命是設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要考慮的重要環(huán)節(jié)之一。本文結(jié)合汽車(chē)懸架控制臂的實(shí)際受載狀況，應(yīng)用軟件對(duì)汽車(chē)懸架控制臂的三維模型進(jìn)行疲勞分析和仿真分析，驗(yàn)證汽車(chē)懸架控制臂模型的設(shè)計(jì)是否合理。得到有用的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)，為實(shí)際生產(chǎn)提高效率并減少成本。

在分析軟件中，得到汽車(chē)懸架控制臂的應(yīng)力分布圖，如圖2所示。從靜力學(xué)的角度分析，該汽車(chē)懸架控制臂的模型符合設(shè)計(jì)要求，能夠滿足在實(shí)際工況下的安全性能需求。

圖2　汽車(chē)懸架控制臂的應(yīng)力圖

然后對(duì)汽車(chē)懸架控制臂進(jìn)行疲勞分析，分析結(jié)果可以得到，汽車(chē)懸架控制臂的最小壽命循環(huán)為1.99e7次，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的循環(huán)次數(shù)。

3汽車(chē)懸架控制臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝

汽車(chē)懸架控制臂是較復(fù)雜、鍛造難度較大的零件，以往汽車(chē)懸架控制臂常采用鍛造工藝進(jìn)行加工，但難以保證工件的質(zhì)量。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)汽車(chē)的需求量更是持續(xù)增長(zhǎng)，企業(yè)的生產(chǎn)批量逐漸擴(kuò)大，制造水平也日益提高，人們對(duì)汽車(chē)的舒適度要求也越來(lái)越高。汽車(chē)懸架控制臂形狀復(fù)雜，對(duì)其質(zhì)量要求也是越來(lái)越嚴(yán)格，要求滿足一定的尺寸精度和表面光滑度。因此，結(jié)合中小型企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要，采用液態(tài)模鍛工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝生產(chǎn)汽車(chē)懸架控制臂鍛件，其質(zhì)量將優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。而且液態(tài)模鍛加工控制臂也能滿足目前汽車(chē)的大批量需求。液態(tài)模鍛結(jié)合了鑄造和鍛造兩種工藝特點(diǎn)，在汽車(chē)懸架控制臂的加工制造中更具有優(yōu)勢(shì)。

4　模具設(shè)計(jì)

4.1汽車(chē)懸架控制臂加工工藝方案

采用液態(tài)模鍛加工汽車(chē)懸架控制臂工件，其模具的凸模通過(guò)直接加壓于金屬液成形。由于汽車(chē)懸架控制臂整體曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以凹模采用左右兩部分。液態(tài)模鍛加工汽車(chē)懸架控制臂時(shí)，凹模需要固定在機(jī)床的工作臺(tái)上，成形時(shí)通過(guò)凸模對(duì)金屬液直接加壓成形；成形結(jié)束后，先將凸模抽出，然后分開(kāi)左右兩個(gè)凹模，即可取出汽車(chē)懸架控制臂的液態(tài)模鍛成形工件。

4.2汽車(chē)懸架控制臂參數(shù)設(shè)計(jì)

由于金屬液的冷卻，加工工件的體積收縮值會(huì)很大，所以在對(duì)汽車(chē)懸架控制臂液態(tài)模鍛模具進(jìn)行設(shè)計(jì)加工時(shí)需要考慮這個(gè)影響。材料選取鋁合金，其性能滿足汽車(chē)零部件需求。查常用合金的體收縮率％表[4]，鋁合金的體收縮率為3.7～ 4.1％，取4.0％；線收縮率為0.36～0.6％，取0.5％。

4.3汽車(chē)懸架控制臂模具設(shè)計(jì)

應(yīng)用CATIA三維軟件設(shè)計(jì)出汽車(chē)懸架控制臂液態(tài)模鍛模具爆炸圖，如圖3所示。

圖3　模具爆炸圖

5　結(jié)論

本文對(duì)汽車(chē)懸架控制臂的建模、加工工藝及液態(tài)模鍛加工工藝進(jìn)行了探索與研究，該研究對(duì)汽車(chē)懸架控制臂的生產(chǎn)加工具有一定的借鑒意義，彌補(bǔ)了汽車(chē)懸架控制臂傳統(tǒng)加工方法的不足。對(duì)于汽車(chē)懸架控制臂這樣復(fù)雜零件，鑄造和鍛造可以快速的形成產(chǎn)品，但在加工過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一系列的誤差，應(yīng)用液態(tài)模鍛加工工藝加工汽車(chē)懸架控制臂，它不僅可以提升材料的利用率，而且還節(jié)約能源，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn):

[1]閻樹(shù)田，張俊峰，張雪，等．汽車(chē)主動(dòng)懸架控制策略研究及分析［J］．機(jī)械與電子，2013（3）：6-9.

[2]羅貽正，王家宣，方敏，等．液態(tài)模鍛成形薄板件產(chǎn)生缺陷的原因及對(duì)策［J］．特種鑄造及有色合金，2011，31(3)：195-196.

[3]劉永臣，王國(guó)林，孫麗.車(chē)輛控制臂疲勞損傷分析與壽命預(yù)測(cè)，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(16)：83-91.

[4]過(guò)福權(quán).鋁合金在鐵道車(chē)輛上應(yīng)用的探討［J］.中國(guó)金屬通報(bào)，2011(2)：1-8.

責(zé)任編輯：建德鋒

The Automobile Suspension Control Arm’s Mold Design Based on Liquid Die Forging

CHANG Ying,YU Zhenwen,YANG Shanshan,LIANG Liqing,XIU Wencui
( Jilin Agricultural Science and Technology University School of Mechanical Engineering,Jilin 132101)

Abstract：In this paper，automotive suspension control arm model is obtained by reverse modeling,and it is analyzed.Firstly its properties,characteristics and processing technology are analyzed.And then the liquid die forging processing technology is studied.Finally,the automobile suspension control arm’s mold is designed.Due to the curved surface structure of the automobile suspension control arm is complex,so it needs to have higher precision and quality.Compared with the previous forging processing,liquid die forging has the obvious advantages.Not only it satisfys the current mass demand for cars,and ensures the quality of the forming parts.At the same time,in the case of energy hortage,it can not only improve the utilization rate of materials,but also save energy and reduce the production cost,enhance the enterprise competitiveness

Key words：liquid die forging; automobile suspension control arm; mold design; processingtechnology

作者簡(jiǎn)介：常影（1988-），女，吉林省長(zhǎng)春市人，助教，研究方向：模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工及逆向建模等。

收稿日期：2015-11-19

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A