【摘要】：隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的不斷推行,新能源汽車將成為未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)汽車結(jié)構(gòu)的輕量化要求也不斷提升。目前國(guó)內(nèi)外汽車輕量化主要研究方向在于對(duì)于汽車及其零部件結(jié)構(gòu)的輕量化,對(duì)新型輕量化材料和先進(jìn)制造工藝的研究。本文基于此對(duì)江淮某新能源汽車鋼制減震塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)和鋁合金真空壓鑄工藝研究,以鋁合金真空壓鑄件替代原來的鋼制焊接結(jié)構(gòu),為大型復(fù)雜薄壁壓鑄件的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)提供了新的思路,對(duì)汽車零部件輕量化也具有重要的理論和實(shí)際意義。本文首先對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和壓鑄模擬理論進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,并參考了壓鑄手冊(cè)對(duì)壓鑄件圓角半徑和加強(qiáng)筋排布方式設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和工藝性的綜合研究,對(duì)壁厚和澆口位置的選擇給出了理論依據(jù),完善了壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則,為之后的減震塔結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。以江淮某新能源汽車減震塔原為例,總結(jié)了此類帶加強(qiáng)筋的大型薄壁壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法:首先通過對(duì)原鋼制減震塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析,提取出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度/剛度性能需求,作為拓?fù)鋬?yōu)化過程中的約束條件,通過拓?fù)鋬?yōu)化過程確定減震塔結(jié)構(gòu)整體形式和加強(qiáng)筋的位置分布,進(jìn)一步通過尺寸優(yōu)化確定加強(qiáng)筋的厚度,得到最終設(shè)計(jì)結(jié)果。在拓?fù)鋬?yōu)化過程中通過HyperWorks-Optistruct研究了不同設(shè)計(jì)區(qū)間劃分方式以及拔模約束,最大、最小成員尺寸等不同制造約束對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響。對(duì)所設(shè)計(jì)的鋁合金減震塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了兩種不同的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過ProCAST充型和凝固過程對(duì)比分析,確定了多澆口的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式;進(jìn)一步通過正交試驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,最終確定的最優(yōu)工藝參數(shù)為:模具預(yù)熱溫度200℃、澆注溫度660℃、真空度5KPa、壓射速度3.0m/s。根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行了真空壓鑄實(shí)驗(yàn),對(duì)比了兩種模具結(jié)構(gòu)得到的鑄件的性能,驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性,同時(shí)對(duì)鑄造缺陷進(jìn)行了宏微觀分析并提出預(yù)防措施,通過優(yōu)化的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)獲得了力學(xué)性能良好的真空壓鑄件,最終經(jīng)過熱處理后的減震塔鑄件各測(cè)試點(diǎn)平均力學(xué)性能為:屈服強(qiáng)度為261 MPa、抗拉強(qiáng)度為315 MPa、延伸率為9.4%。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG249.2
【圖文】：

r 公司 HyperWorks 系列軟件中的 Optistruct 和德國(guó) Fe-desigs 中的命令流開放性好，也有許多學(xué)者采用自編程建立優(yōu)的楊陳等人[15]運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化完成了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的等強(qiáng)度機(jī)汽缸外形的同時(shí)減輕了零件質(zhì)量。同濟(jì)大學(xué)的沈斌[16]發(fā)動(dòng)機(jī)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)支架高云凱等人將拓?fù)鋬?yōu)化方法運(yùn)用到電動(dòng)改裝轎車車身結(jié)構(gòu)在復(fù)雜邊界條件下的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化；除了單目標(biāo)優(yōu)化外，子杰[17]通過折衷規(guī)劃法將連續(xù)體多目標(biāo)優(yōu)化問題換為單車車架進(jìn)行了涉及剛度和頻率的多目標(biāo)優(yōu)化，擴(kuò)展了拓?fù)鋰?guó)內(nèi)外汽車零部件輕量化的應(yīng)用雖然廣泛，但是國(guó)內(nèi)對(duì)于是一些缸體、支架類和梁結(jié)構(gòu)，采用的設(shè)計(jì)方法比較單一來幾種汽車零部件的輕量化效果及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度[12-18]，對(duì)和制造工藝均發(fā)生改變的復(fù)雜薄壁減震塔零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏對(duì)于不同設(shè)計(jì)變量以及制造約束的選取對(duì)于優(yōu)化結(jié)果

4圖 1-2 鋁合金各成型方式占比量化的行業(yè)趨勢(shì)下，用鋁合金來替代傳統(tǒng)車身效措施。奧迪公司早在 1994 年就生產(chǎn)出了A2[22]，掀起了鋁合金在汽車零部件輕量化上二代全鋁車身 A8 中采用了全鋁合金框架 AS到 40%的同時(shí)還將整體剛度提升了 25%[23]。

汽車保險(xiǎn)杠進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，用 6061 鋁合金代替原來的鋼制保險(xiǎn)杠，得到了一個(gè)薄壁的帶有加強(qiáng)筋的空心鋁保險(xiǎn)杠，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的鋁合金保險(xiǎn)杠質(zhì)量為3.71Kg，比原鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量低了 25%。Ni J 等人[25]以國(guó)產(chǎn)某品牌汽車的控制臂為例，實(shí)現(xiàn)了由鍛造鋁合金控制臂替代原來的鋼材沖壓件零件質(zhì)量也由 2.8Kg 降低到 1.7Kg, 質(zhì)量減少了 39%。上海交大的朱平等人[26]對(duì)某轎車車身的 11 個(gè)零件進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，用鋁合金材料替換原來的沖壓鋼制件，輕量化效果高達(dá)64.5%。隨著汽車輕量化對(duì)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和質(zhì)量要求的提高，（真空）壓鑄也成為鋁合金鑄件制造的首選工藝。

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