發(fā)布時間：2020-08-09 15:54

【摘要】：隨著國家節(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,對汽車結(jié)構(gòu)的輕量化要求也不斷提升。目前國內(nèi)外汽車輕量化主要研究方向在于對于汽車及其零部件結(jié)構(gòu)的輕量化,對新型輕量化材料和先進制造工藝的研究。本文基于此對江淮某新能源汽車鋼制減震塔結(jié)構(gòu)進行了輕量化設(shè)計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)計提供了新的思路,對汽車零部件輕量化也具有重要的理論和實際意義。本文首先對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和壓鑄模擬理論進行了簡單介紹,并參考了壓鑄手冊對壓鑄件圓角半徑和加強筋排布方式設(shè)計原則進行了結(jié)構(gòu)和工藝性的綜合研究,對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)計原則,為之后的減震塔結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計提供了依據(jù)。以江淮某新能源汽車減震塔原為例,總結(jié)了此類帶加強筋的大型薄壁壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法:首先通過對原鋼制減震塔結(jié)構(gòu)進行靜力學(xué)分析,提取出結(jié)構(gòu)強度/剛度性能需求,作為拓撲優(yōu)化過程中的約束條件,通過拓撲優(yōu)化過程確定減震塔結(jié)構(gòu)整體形式和加強筋的位置分布,進一步通過尺寸優(yōu)化確定加強筋的厚度,得到最終設(shè)計結(jié)果。在拓撲優(yōu)化過程中通過HyperWorks-Optistruct研究了不同設(shè)計區(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優(yōu)化結(jié)果的影響。對所設(shè)計的鋁合金減震塔結(jié)構(gòu)進行了兩種不同的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過ProCAST充型和凝固過程對比分析,確定了多澆口的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式;進一步通過正交試驗對工藝參數(shù)進行了優(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)果進行了真空壓鑄實驗,對比了兩種模具結(jié)構(gòu)得到的鑄件的性能,驗證了模擬結(jié)果的可靠性,同時對鑄造缺陷進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試點平均力學(xué)性能為:屈服強度為261 MPa、抗拉強度為315 MPa、延伸率為9.4%。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG249.2
【圖文】：

r 公司 HyperWorks 系列軟件中的 Optistruct 和德國 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]運用拓撲優(yōu)化完成了發(fā)動機氣缸的等強度機汽缸外形的同時減輕了零件質(zhì)量。同濟大學(xué)的沈斌[16]發(fā)動機支架結(jié)構(gòu)進行了拓撲優(yōu)化設(shè)計，提高了發(fā)動機支架高云凱等人將拓撲優(yōu)化方法運用到電動改裝轎車車身結(jié)構(gòu)在復(fù)雜邊界條件下的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化；除了單目標優(yōu)化外，子杰[17]通過折衷規(guī)劃法將連續(xù)體多目標優(yōu)化問題換為單車車架進行了涉及剛度和頻率的多目標優(yōu)化，擴展了拓撲國內(nèi)外汽車零部件輕量化的應(yīng)用雖然廣泛，但是國內(nèi)對于是一些缸體、支架類和梁結(jié)構(gòu)，采用的設(shè)計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)計缺乏對于不同設(shè)計變量以及制造約束的選取對于優(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%的同時還將整體剛度提升了 25%[23]。

汽車保險杠進行了輕量化設(shè)計，用 6061 鋁合金代替原來的鋼制保險杠，得到了一個薄壁的帶有加強筋的空心鋁保險杠，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的鋁合金保險杠質(zhì)量為3.71Kg，比原鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量低了 25%。Ni J 等人[25]以國產(chǎn)某品牌汽車的控制臂為例，實現(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]對某轎車車身的 11 個零件進行了輕量化設(shè)計，用鋁合金材料替換原來的沖壓鋼制件，輕量化效果高達64.5%。隨著汽車輕量化對零件結(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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本文編號：2787335