CN106005034B - 一种轻量化汽车前车架及制备前车架的铝合金的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车领域，特别涉及一种汽车车架中的轻量化汽车前车架及制备前车架的铝合金的制备工艺。该轻量化汽车前车架包括上吸能保险杠、下吸能保险杠、纵梁、两个对称设置的边梁、前横梁和后横梁；边梁由前段，第一弯曲段，连接段，第二弯曲段，后段依次连接构成，受到猛烈碰撞时，上吸能保险杠和下吸能保险杠吸收一部分能量，边梁的两个弯曲段有效吸收部分碰撞能量，通过连接段减震吸能装置处产生变形可以使碰撞能量大幅衰减，吸收碰撞能量效果更好。两个边梁前端的距离大于后端的距离，利于猛烈碰撞时边梁产生折弯有效吸收碰撞能量。从而保护驾驶舱里人的安全。

Description

一种轻量化汽车前车架及制备前车架的铝合金的制备工艺

技术领域

本发明属于汽车领域，特别涉及一种汽车车架中的轻量化汽车前车架及及制备前车架的铝合金的制备工艺。

背景技术

前车架是汽车车架的重要组成部分，用于安装汽车前悬挂系统和动力部分，传统的麦弗逊悬架中的前副车架多采用四点与车身连接，其形状多为π型，作为稳定杆、转向机、发动机悬置、摆臂等零部件提供安装位置的重要支撑结构。由于前车架是关键的受力部件，其受力复杂，通常设计为不同形状和尺寸的空心截面，采用不同厚度的冲压散件组焊而成。为保证足够的强度和刚度，常使用很多加强的焊接组件，使得整个前车架焊接工序较多，且通常需要用到点焊和保护焊两种焊接方式，从而使得结构成本较高，工艺复杂，重量较大。

目前，车辆前副车架一般由厚钢板件冲压而成，分为上板和下板。上板和下板再对焊成具有内部空腔的构件，其内部或外部都有额外起加强作用的钣金件，总的钣金件数量较多，造成汽车的前车架存在虽能满足前车架相关安装点的强度、刚度、模态要求，但抗碰撞能力较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有可靠性能高、结构紧凑、重量轻、强度高，装配方便、造价低，同时在汽车市场上有着广泛的市场前景的轻质汽车前车架。

本发明的技术方案是：一种轻量化汽车前车架，其特征在于，该轻量化汽车前车架包括上吸能保险杠、下吸能保险杠、纵梁、两个对称设置的边梁、前横梁和后横梁；

其中，所述边梁包括前段，第一弯曲段，连接段，第二弯曲段和后段，所述前段一端与所述下吸能保险杠连接，另一端与所述第一弯曲段的一端连接，所述第一弯曲段另一端通过所述连接段与所述第二弯曲段的一端连接，所述第二弯曲段的另一端通过所述后段与后横梁固接，所述上吸能保险杠呈弧形，所述上吸能保险杠通过连接杆与呈直线形的下吸能保险杠连接，2根纵梁的端部与所述上吸能保险杠连接，2根纵梁通过连接支架与2个所述边梁的前段上端面固接，所述前横梁分别2个所述边梁的前段的内侧壁固接。

进一步，所述下吸能保险杠与边梁前端的连接处设有吸能盒，所述吸能盒内设有至少2个叠加设置工字型加强块。

进一步，所述第一弯曲段的横截面的面积是所述连接段的1.1倍，所述第一弯曲段是第二弯曲段横截面的面积1.2倍，所述第一弯曲段的弧度为π/6-π/4，所述第二弯曲段的弧度为π/8；所述第一弯曲段和第二弯曲段侧壁上设有菱形减震孔。进一步，所述连接段包括左壳体和右壳体、所述左壳体和右壳体设置有减震吸能装置，所述减震吸能装置包括吸能面板、垫板、导柱、第一弹簧、复位弹簧、第二弹簧，第一吸能套、第二吸能套、固定板和支撑座：所述垫板上对设置2个所述导柱，2个所述导柱上从下到上依次套接有第一弹簧、第一吸能套、复位弹簧、第二吸能套和第二弹簧，所述固定板设置在2个导柱的顶端，2个导柱的端部分别置于所述固定板上设置的2个导向孔内，所述固定板设置在所述支撑座上,2个吸能块通过螺钉分别固定在所述垫板和固定板上；所述吸能面板、第一吸能套和第二吸能套均采用硫化橡胶制成。

进一步，所述工字型加强块的上下端面为泡沫铝合金、碳纤维或玻璃纤维，中间连接杆为橡胶弹性垫。

进一步，所述边梁的前端内部设有X型吸能加强板，所述前端的侧壁上设有若干用于减震吸能的菱形孔；所述第一弯曲段的内部设有第一弧形吸能加强板和第二弧形吸能加强板，所述第一弧形吸能加强板端部位于第一弯曲段端部的底端，并于X型吸能加强板下端的端部连接，所述第一弧形吸能加强板尾部倾斜向上位于第一弯曲段的顶部，并与第二弧形吸能加强板端部连接，第二弧形吸能加强板的尾部倾斜向下与一弯曲段的尾部固接。

进一步，所述上吸能保险杠、下吸能保险杠、边梁、前横梁和后横梁均采用轻质高强度闭孔泡沫铝合金制成，所述轻质高强度闭孔泡沫铝合金的密度r小于1。进一步，所述轻质高强度闭孔泡沫铝合金的各个组分质量百分比含量：Zn2.2-3.2％；Mg2.8～3.2％；Sc0.26-0.30％；Zr0.18-0.22％；Mn0.18～0.22％；Cu0.68～0.72％；Ti0.12～0.21％；Ca2-3％；Ni0.01-0.15％；Cr0.06～0.09％；余量为Al；所述金属Al含量≥93.0％，且Al、Mg、Ni以纯金属形式加入，金属Zn、Sc、Zr、Mn、Cu、Ti、Cr均以铝基中间合金形式加入。

本发明的另一目的是提供汽车前车架的轻质高强度闭孔泡沫铝合金的制备工艺，该工艺具体包括以下步骤：

第一步，按照涉及成分分别选取原料，将Al、Mg、Ni以纯金属形式加入，粒径为30-40微米，金属Zn、Sc、Zr、Mn、Cu、Ti、Cr均以铝基中间合金形式加入，粒径为30-40微米、加热至熔化，以600rpm速度搅拌10min，加压保温120秒，得到金属熔体；

第二步：将步骤制备1得到的熔体以处于705℃，向熔体中加入相当于铝合金总量的2.8％的发泡剂，以1650rpm的速度搅拌180秒，再保温200秒，使得铝合金熔体泡沫化，然后将泡沫铝合金熔体冷却,

第三步：将冷却后的泡沫铝合金经固溶时效处理，固溶温度为630℃，时效温度为275℃,时效时间为500min，获得密度为0.65～85g/cm³,孔隙率在70.5％～91.6％变化,孔径3.2～4.3MM的轻质高强度闭孔泡沫铝合金。

本发明的有意效果是：由于采用上述技术方案，本发明的结构材料中边梁由前段，第一弯曲段，连接段，第二弯曲段，后段依次连接构成，受到猛烈碰撞时，上吸能保险杠和下吸能保险杠吸收一部分能量，边梁的两个弯曲段有效吸收部分碰撞能量，前段内部设置的X型吸能加强板分别与第一弯曲段的顶部和第一弧形吸能加强板的一端连接，第一弧形吸能加强板另一端与第二弧形吸能加强板端部连接，第二弧形吸能加强板的后端与第一弯曲段的末端底部固接，既增强第一弯曲段的驱动和刚度，又能在受到猛烈碰撞时第一弧形吸能加强板另一端与第二弧形吸能加强板之间产生相对位移，有效吸收碰撞能量。在受到猛烈碰撞时，通过连接段减震吸能装置处产生变形可以使碰撞能量大幅衰减，吸收碰撞能量效果更好。两个边梁前端的距离大于后端的距离，利于猛烈碰撞时边梁产生折弯有效吸收碰撞能量。从而保护驾驶舱里人的安全。附图说明

图1为本发明一种轻量化汽车前车架的整体结构示意图。

图2为本发明一种轻量化汽车前车架的边梁的结构示意图。

图3为本发明一种轻量化汽车前车架的减震吸能装置的结构示意图。

图4为本发明一种轻量化汽车前车架的吸能盒的结构示意图。具体实施方式

下面结合具体附图和具体实施例对被发明的技术方案做进一步说明。

如图1-3所示，本发明一种轻量化汽车前车架，该轻量化汽车前车架包括上吸能保险杠9、下吸能保险杠7、纵梁6、两个对称设置的边梁3、前横梁1和后横梁2；

其中，所述边梁3包括前段3-1，第一弯曲段3-2，连接段3-3，第二弯曲段3-4和后段3-5，所述前段3-1一端与所述下吸能保险杠7连接，另一端与所述第一弯曲段3-2的一端连接，所述第一弯曲段3-2另一端通过所述连接段3-3与所述第二弯曲段3-4的一端连接，所述第二弯曲段3-4的另一端通过所述后段3-5与后横梁(2)固接，所述上吸能保险杠9呈弧形，所述上吸能保险杠9通过连接杆10与呈直线形的下吸能保险杠7连接，2根纵梁6的端部与所述上吸能保险杠9连接，2根纵梁6通过连接支架8与2个所述边梁3的前段3-1上端面固接，所述前横梁1分别2个所述边梁3的前段3-1的内侧壁固接。

所述下吸能保险杠与边梁前端的连接处设有吸能盒5，所述吸能盒5内设有至少2个叠加设置工字型加强块4，所述工字型加强块4的上下端面为泡沫铝合金、碳纤维或玻璃纤维，中间连接杆为橡胶弹性垫。

所述第一弯曲段的横截面的面积是所述连接段的1.1倍，所述第一弯曲段是第二弯曲段横截面的面积1.2倍，所述第一弯曲段的弧度为π/6-π/4，所述第二弯曲段的弧度为π/8；所述第一弯曲段和第二弯曲段侧壁上设有菱形减震孔，采用又大到小近似锥形设计，在碰撞产生是达到力度下，弯曲段发生溃缩吸收大部分碰撞能量，避免驾驶员和乘客受到更大的伤害。

如图3所示为本发明减震吸能装置的结构示意图，减震吸能装置包括吸能面板3-330、垫板3-331、导柱3-332、第一弹簧3-333、复位弹簧3-334、第二弹簧3-337，第一吸能套3-336、第二吸能套3-335、固定板3-338和支撑座3-339：所述垫板3-331上对设置2个所述导柱3-332，2个所述导柱3-331上从下到上依次套接有第一弹簧3-333、第一吸能套3-336、复位弹簧3-334、第二吸能套3-335和第二弹簧3-337，所述固定板3-338设置在2个导柱3-332的顶端，2个导柱的端部分别置于所述固定板上设置的2个导向孔3-340内，所述固定板设置在所述支撑座上,2个吸能块3-341通过螺钉分别固定在所述垫板3-331和固定板3-338上；所述吸能面板3-330、第一吸能套3-336和第二吸能套3-335均采用硫化橡胶制成。所述上吸能保险杠、下吸能保险杠、边梁、前横梁和后横梁均采用密度r小于1轻质高强度闭孔泡沫铝合金制成，轻质高强度闭孔泡沫铝合金的各个组分质量百分比含量：Zn2.2％；Mg2.8％；Sc0.26％；Zr0.18％；Mn0.18％；Cu0.68％；Ti0.12％；Ca2％；Ni0.01％；Cr0.06％；余量为Al；

第一步，按照上述成分分别选取原料，将Al、Mg、Ni以纯金属形式加入，粒径为30-40微米，金属Zn、Sc、Zr、Mn、Cu、Ti、Cr均以铝基中间合金形式加入，粒径为30微米、加热至熔化，以600rpm速度搅拌10min，加压保温120秒，得到金属熔体；

第二步：将步骤制备1得到的熔体以处于705℃，向熔体中加入相当于铝合金总量的2.8％的发泡剂，以1650rpm的速度搅拌180秒，再保温200秒，使得铝合金熔体泡沫化，然后将泡沫铝合金熔体冷却,

第三步：将冷却后的泡沫铝合金经固溶时效处理，固溶温度为630℃，时效温度为275℃,时效时间为500min，获得密度为0.65g/cm³,孔隙率在80％变化,孔径3.3mm的轻质高强度闭孔泡沫铝合金。

轻质高强度闭孔泡沫铝合金的各个组分质量百分比含量：Zn3.0％；Mg2.9％；Sc0.28％；Zr0.20％；Mn0.22％；Cu0.72％；Ti0.15％；Ca2％；Ni0.15％；Cr0.075％；第一步，按照上述成分分别选取原料，将Al、Mg、Ni以纯金属形式加入，粒径为35微米，金属Zn、Sc、Zr、Mn、Cu、Ti、Cr均以铝基中间合金形式加入，粒径为30微米、加热至熔化，以600rpm速度搅拌10min，加压保温120秒，得到金属熔体；

第二步：将步骤制备1得到的熔体以处于705℃，向熔体中加入相当于铝合金总量的2.8％的发泡剂，以1650rpm的速度搅拌180秒，再保温200秒，使得铝合金熔体泡沫化，然后将泡沫铝合金熔体冷却,

第三步：将冷却后的泡沫铝合金经固溶时效处理，固溶温度为630℃，时效温度为275℃,时效时间为500min，获得密度为0.75g/cm³,孔隙率在90％变化,孔径3.3mm的轻质高强度闭孔泡沫铝合金。

轻质高强度闭孔泡沫铝合金的各个组分质量百分比含量：Zn3.2％；Mg3.2％；Sc0.30％；Zr0.22％；Mn0.22％；Cu0.72％；Ti0.21％；Ca3％；Ni0.15％；Cr0.09％；余量为Al；

第一步，按照上述成分分别选取原料，将Al、Mg、Ni以纯金属形式加入，粒径为40微米，金属Zn、Sc、Zr、Mn、Cu、Ti、Cr均以铝基中间合金形式加入，粒径为40微米、加热至熔化，以600rpm速度搅拌10min，加压保温120秒，得到金属熔体；

第二步：将步骤制备1得到的熔体以处于705℃，向熔体中加入相当于铝合金总量的2.8％的发泡剂，以1650rpm的速度搅拌180秒，再保温200秒，使得铝合金熔体泡沫化，然后将泡沫铝合金熔体冷却,

第三步：将冷却后的泡沫铝合金经固溶时效处理，固溶温度为630℃，时效温度为275℃,时效时间为500min，获得密度为0.80g/cm³,孔隙率在93％变化,孔径3.0mm的轻质高强度闭孔泡沫铝合金。

Claims (8)

1.一种轻量化汽车前车架，该轻量化汽车前车架包括上吸能保险杠（9）、下吸能保险杠（7）、纵梁（6）、两个对称设置的边梁（3）、前横梁（1）和后横梁（2）；

其中，所述边梁(3)包括前段(3-1)，第一弯曲段(3-2)，连接段(3-3)，第二弯曲段(3-4)和后段（3-5），所述前段（3-1）一端与所述下吸能保险杠（7）连接，另一端与所述第一弯曲段（3-2）的一端连接，所述第一弯曲段（3-2）另一端通过所述连接段（3-3）与所述第二弯曲段（3-4）的一端连接，所述第二弯曲段（3-4）的另一端通过所述后段（3-5）与后横梁（2）固接，所述上吸能保险杠（9）呈弧形，所述上吸能保险杠（9）通过连接杆（10）与呈直线形的下吸能保险杠（7）连接，2根纵梁（6）的端部与所述上吸能保险杠（9）连接，2根纵梁(6)通过连接支架（8）与2个所述边梁（3）的前段（3-1）上端面固接，所述前横梁（1）分别2个所述边梁（3）的前段（3-1）的内侧壁固接，其特征在于，所述连接段（3-3）包括左壳体（3-31）和右壳体（3-32）、所述左壳体（3-31）和右壳体（3-32）设置有减震吸能装置（3-33），所述减震吸能装置包括吸能面板（3-330）、垫板（3-331）、导柱（3-332）、第一弹簧（3-333）、复位弹簧（3-334）、第二弹簧（3-337），第一吸能套（3-336）、第二吸能套（3-335）、固定板（3-338）和支撑座（3-339）：所述垫板（3-331）上对设置2个所述导柱（3-332），2个所述导柱（3-331）上从下到上依次套接有第一弹簧（3-333）、第一吸能套（3-336）、复位弹簧（3-334）、第二吸能套（3-335）和第二弹簧（3-337），所述固定板（3-338）设置在2个导柱（3-332）的顶端，2个导柱的端部分别置于所述固定板上设置的2个导向孔（3-340）内，所述固定板设置在所述支撑座上,2个吸能块（3-341）通过螺钉分别固定在所述垫板（3-331）和固定板（3-338）上；所述吸能面板（3-330）、第一吸能套（3-336）和第二吸能套（3-335）均采用硫化橡胶制成。

2.根据权利要求1所述的轻量化汽车前车架，其特征在于，所述下吸能保险杠与边梁前端的连接处设有吸能盒（5），所述吸能盒（5）内设有至少2个叠加设置工字型加强块（4）。

3.根据权利要求1所述的轻量化汽车前车架，其特征在于，所述第一弯曲段的横截面的面积是所述连接段的1.1倍，所述第一弯曲段是第二弯曲段横截面的面积1.2倍，所述第一弯曲段的弧度为π/6-π/4，所述第二弯曲段的弧度为π/8；所述第一弯曲段和第二弯曲段侧壁上设有菱形减震孔。

4.根据权利要求1所述的轻量化汽车前车架，其特征在于，两个对称设置的边梁（3）的前端的距离是后端的距离的1.28倍。

5.根据权利要求2所述的汽车前车架，其特征在于，所述工字型加强块（4）的上下端面为泡沫铝合金、碳纤维或玻璃纤维，中间连接杆为橡胶弹性垫。

6.根据权利要求1所述的轻量化汽车前车架，其特征在于，所述边梁（3）的前端（3-1）内部设有X型吸能加强板（3-11），所述前端（3-1）的侧壁上设有若干用于减震吸能的菱形孔（3-12）；所述第一弯曲段（3-2）的内部设有第一弧形吸能加强板（3-21）和第二弧形吸能加强板（3-22），所述第一弧形吸能加强板（3-21）端部位于第一弯曲段（3-2）端部的底端，并于X型吸能加强板（3-11）下端的端部连接，所述第一弧形吸能加强板（3-21）尾部倾斜向上位于第一弯曲段（3-2）的顶部，并与第二弧形吸能加强板（3-22）端部连接，第二弧形吸能加强板（3-22）的尾部倾斜向下与一弯曲段（3-2）的尾部固接。

7. 根据权利要求1所述的轻量化汽车前车架，所述上吸能保险杠（9）、下吸能保险杠（7）、边梁（3）、前横梁（2）和后横梁（1）均采用轻质高强度闭孔泡沫铝合金制成，所述轻质高强度闭孔泡沫铝合金的密度ρ小于1，其特征在于，所述轻质高强度闭孔泡沫铝合金的各个组分质量百分比含量：Zn2.2-3.2%；Mg2.8～3.2%；Sc0.26-0.30%；Zr0.18-0.22%；Mn0.18～0.22%；Cu0.68～0.72%；Ti0.12～0.21%；Ca2-3%;Ni0.01-0.15%；Cr0.06～0.09%；余量为Al；所述金属 Al 含量≥ 93.0%，且 Al、 Mg、Ni 以纯金属形式加入，金属 Zn、 Sc、 Zr、 Mn、Cu、 Ti、Cr 均以铝基中间合金形式加入。

8.一种制备如权利要求7所述的汽车前车架的轻质高强度闭孔泡沫铝合金工艺，其特征在于，该工艺具体包括以下步骤：

第一步，按照涉及成分分别选取原料，将Al、Mg、Ni 以纯金属形式加入，粒径为30-40微米，金属 Zn、 Sc、 Zr、 Mn、 Cu、 Ti、Cr 均以铝基中间合金形式加入，粒径为30-40微米、加热至熔化，以 600rpm 速度搅拌 10min，加压保温120秒，得到金属熔体；

第二步 ：将步骤制备1得到的熔体以处于 705℃，向熔体中加入相当于铝合金总量的2.8%的发泡剂，以1650rpm 的速度搅拌 180 秒，再保温 200 秒，使得铝合金熔体泡沫化，然后将泡沫铝合金熔体冷却 ,

第三步 ：将冷却后的泡沫铝合金经固溶时效处理，固溶温度为 630℃，时效温度为275℃ , 时效时间为 500min，获得密度为0.65～85g/cm³, 孔隙率在70.5%～91.6%变化,孔径3.2～4.3mm的轻质高强度闭孔泡沫铝合金。