李先洲 李建魯 王海林

摘? 要：汽車懸置大批量生產(chǎn)中最常見失效模式為鋁合金托臂斷裂，斷裂會造成車輛無法行走，斷裂原因比較多，有設(shè)計強(qiáng)度安全系數(shù)不足的原因，也有鑄件本身就存在缺陷，象裂紋和內(nèi)部氣孔，裂紋通過外觀檢查可以發(fā)現(xiàn)，而內(nèi)部氣孔除非100% 采用X 光檢查，否則難以發(fā)現(xiàn)，該文以鑄造過程中產(chǎn)生的縮孔而造成斷裂為例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：懸置斷裂;懸置異響;斷裂分析

中圖分類號：U464? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近年來，為了改善汽車內(nèi)的振動情況，在現(xiàn)在汽車動力總成中采用了大量的液壓懸置系統(tǒng)。理想的懸置系統(tǒng)應(yīng)具備以下2點特性：在5 Hz～20 Hz的低頻范圍內(nèi)，為了有效衰減路面不平和發(fā)動機(jī)怠速燃?xì)鈮毫Σ痪鶆蛞鸬牡皖l大振幅的振動，需具有高剛度、大阻尼的特性;而在20 Hz以上的頻帶范圍內(nèi)，為了降低車內(nèi)噪聲，提高汽車的操縱穩(wěn)定性，需具有低剛度、小阻尼的特性。液壓懸置克服了傳統(tǒng)動力總成橡膠懸置阻尼偏小的局限性，能夠更好地滿足汽車動力總成隔振的要求。液壓懸置具有低頻阻尼大，高頻動剛度小，減振降噪更為理想等特點，可有效地衰減汽車動力總成振動，因此，液壓懸置因其具有良好的隔振性能而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在的汽車中。

發(fā)動機(jī)液壓懸置主要零件構(gòu)成為相互扣合的底座，用于限位內(nèi)套管在底座上的主簧和上罩殼上的連接架，其技術(shù)要點是：主簧兩側(cè)與上罩殼之間有X向限位緩沖塊，另外一側(cè)設(shè)有Z向限位緩沖塊，主簧通過底部骨架限位在底座和上罩殼之間，而且主簧與骨架之間有空腔結(jié)構(gòu);底座為空腔結(jié)構(gòu)，底座外側(cè)通過凸臺鉚接中空的蓋板，底座上設(shè)計有一體式孔形流道蓋板，下流道蓋板與骨架之間由內(nèi)向外依次設(shè)有上流道蓋板和解耦膜.這樣的設(shè)計充分利用了空間，抑制了低頻大振幅和高頻動態(tài)硬化及異響，從而提升整車舒適性。評價懸置的主要技術(shù)參數(shù)為XYZ 3個方向的動靜剛度、阻尼角和破壞力，從目前技術(shù)來看，懸置廠家在滿足技術(shù)指標(biāo)方面已經(jīng)很成熟，而在批量生產(chǎn)階段，客戶主要抱怨為車輛過顛簸路面時懸置異響和斷裂。

1 異響分析

該液壓懸置主要由主簧和托臂通過壓裝組成，托臂為重力鑄鋁件，主簧由流體腔及上下蓋板和主簧片組成。根據(jù)實車異響聽診，確定異響不是金屬敲擊，而來自液體拍打橡膠產(chǎn)生的聲音，懸置在解耦來自發(fā)動機(jī)的震動過程中，內(nèi)部液體拍打解耦膜不可避免，但是通過優(yōu)化內(nèi)部流道設(shè)計，選用合適的解耦膜表面結(jié)構(gòu)，調(diào)整內(nèi)部充液量，實踐證明是完全可以解決異響，由于在試制階段，整車經(jīng)過大量耐久測試沒有發(fā)生異響，排除內(nèi)部流道設(shè)計的原因，鎖定為解耦膜和充液量的波動為主要調(diào)查對象，解耦膜為橡膠零件，表面硬度由橡膠配方和硫化工藝決定，結(jié)構(gòu)由模具決定;影響充液量主要取決于主簧內(nèi)腔體積大小，經(jīng)過初步因子篩選試驗，排除解耦膜橡膠配比和硫化工藝的影響。通過調(diào)查試制和量產(chǎn)初期變異源發(fā)現(xiàn)解耦膜片和主簧在量產(chǎn)初期發(fā)生過變更，為了提高阻尼角，解耦膜片更改過結(jié)構(gòu);為提高產(chǎn)能，主簧由單模變更為多腔復(fù)制模，針對以上變化點，進(jìn)行正交試驗，數(shù)據(jù)見表1。

從以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，用單腔模生產(chǎn)的主簧和變更前的解耦膜生產(chǎn)的懸置，臺架測試沒有異響。主簧采用多腔模、采用變更后的解耦膜裝配總成后，整車異響比例高達(dá)60%，采用單腔模生產(chǎn)的主簧和變更后的解耦膜裝配總成后，整車異響比例達(dá)5%;進(jìn)一步對比發(fā)現(xiàn)，多腔膜生產(chǎn)的主簧與單腔模生產(chǎn)的主簧密封面高度相差0.3 mm，導(dǎo)致充液量小了10%;變更前后解耦膜密封面高度相差0.5 mm，密封面加大0.5 mm導(dǎo)致阻尼角變大，將主簧尺寸恢復(fù)到單腔模狀態(tài)和解耦膜恢復(fù)到變更前的尺寸，異響徹底解決，連續(xù)生產(chǎn)1萬臺車，均無異響。

2 斷裂分析

懸置托臂為鋁合金鑄造件， 有的為金屬型重力鑄造，有的為高壓鑄造，為了汽車減重， 大部分歐美企業(yè)設(shè)計為高壓鑄造，有些自主品牌為了強(qiáng)度方面的考慮也設(shè)計為重力鑄造件。對高壓鑄造鋁合金鑄件而言，縮孔和縮松是常見缺陷，為鋁合金在凝固過程中體積收縮得不到充分補(bǔ)縮而形成。縮孔一般發(fā)生在鑄件最后凝固的部位，形成管狀或枝叉狀孔洞，面積較大，金相中有時可見到縮孔及縮孔導(dǎo)致的共晶偏析?？s松一般存在枝晶間細(xì)小而分散的孔洞，造成鑄件內(nèi)部組織不致密。壓鑄件大部分是薄壁件，但也存在局部相對厚大的地方，而這種壁厚的地方往往是最后凝固的區(qū)域。在厚大部位盡量掏空設(shè)計結(jié)構(gòu)或采用鑲塊。在產(chǎn)生縮松部位增設(shè)輔助內(nèi)澆口，以提高鑄造壓力的傳遞效果。象存在卷氣，合理設(shè)置慢速壓射和快速壓射開始點，可以減少金屬液包卷氣體現(xiàn)象，修改原來工藝中快速切換的位置，快速切換位置選擇在鑄件兩側(cè)壁厚部位（產(chǎn)生縮孔處）之前。金屬液澆注溫度和模溫對縮孔影響也很大，澆注溫度越高越容易，越容易出現(xiàn)縮孔、縮松，澆注溫度越低，容易拉模和產(chǎn)生縮孔。針對市場退回斷裂件， 化學(xué)元素分析結(jié)果符合ASTM B85-03標(biāo)準(zhǔn)，通過電鏡掃描分析發(fā)現(xiàn)截面組織局部域存在疏松，孔洞等鑄造缺陷（最長達(dá)2.7 mm），不符合ASTM E505 等級2。通過缺陷部位進(jìn)行能譜掃描分析排除了氧化夾渣的可能。對冷模件首模兩件產(chǎn)品X光檢測找到缺陷部位后破壞，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品斷面形貌與失效件斷面形貌相似，當(dāng)模溫低于正常工藝條件下，產(chǎn)品斷口存在疏松現(xiàn)象且力學(xué)性能較低，當(dāng)模溫逐步趨于正常范圍時產(chǎn)品斷口無明顯疏松現(xiàn)象力學(xué)性能穩(wěn)定。 進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)斷裂失效件是因新員工在操作時未將停機(jī)后的首模兩件冷模件產(chǎn)品進(jìn)行報廢處理導(dǎo)致停機(jī)后冷模件流入下道工序，從而導(dǎo)致不合格品流出。模溫低時，金屬充填流動性不足導(dǎo)致壓鑄機(jī)系統(tǒng)壓力傳替效率降低，金屬液過早凝固導(dǎo)致補(bǔ)縮不足導(dǎo)致產(chǎn)品縮松。

3 結(jié)語

針對鋁合金鑄造缺陷的分析，采用電鏡掃描確定缺陷類型后再采取進(jìn)一步措施是進(jìn)行質(zhì)量改善的必要步驟，過多依靠經(jīng)驗來判斷，會因為每個人的主觀經(jīng)驗導(dǎo)致改善周期太長，對于內(nèi)部鑄造縮孔除了澆注系統(tǒng)設(shè)計，模溫控制在合理水平是影響鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，對小型鑄造廠而言，不能配置模溫機(jī)的情況下，對冷模件的管理必須引起重視.而液壓懸置異響取決于橡膠主簧和解耦膜的尺寸穩(wěn)定性，保持生產(chǎn)過程的穩(wěn)定受控是實施質(zhì)量改善和保持質(zhì)量產(chǎn)品一致性的前提。

參考文獻(xiàn)

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