Entwicklung und Produktion von Querlenkern aus stranggepresster Aluminiumlegierung

Da die Anforderungen an die Vielseitigkeit von Fahrzeugen steigen, nehmen Ausstattungen wie elektronische Geräte und hochwertige Sicherheitssysteme weiter zu, was zu einem Anstieg des Gewichts von Personenkraftwagen führt. Gleichzeitig werden die Anforderungen an eine verbesserte Kraftstoffeffizienz und die Emissionsvorschriften weltweit immer strenger. Sowohl durch die Verkleinerung der Karosserie als auch durch die Reduzierung der Karosseriemasse kann das Ziel einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und einer Reduzierung der Emissionen erreicht werden. Die Reduzierung der Fahrzeugmasse zur Erreichung der Kraftstoffeffizienz- und Emissionsziele ist derzeit die am einfachsten zu erreichende technische Möglichkeit. Daher ist die Frage, wie die Qualität des Fahrzeugs verringert werden kann, zu einem der Brennpunkte der aktuellen technischen Entwicklung geworden. Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch eine Reihe von Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe spezifische Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aus und werden häufig bei der Herstellung von Vorderachs- und Trägerkomponenten verwendet. Aufgrund von Überlegungen zum Leichtbau werden Form und Größe von Teilen häufig geändert, um die Masse zu reduzieren. Diese Änderungen führen zu Änderungen in der Festigkeit und Zähigkeit des Teils und können zum Versagen des Teils führen. Daher ist es bei neu entwickelten Leichtmetall-Aufhängungskomponenten sehr wichtig, dem geeigneten Material die entsprechende Funktion zu verleihen und mehrere Runden der Strukturtopologieoptimierungsanalyse und Umformprozesssimulation zu durchlaufen.

Ausgehend von dem aus Stahlblech gestanzten und geschweißten unteren Querlenker eines Serienmodells als Leichtbauziel wurde der leichte Querlenker auf Basis einer Aluminiumlegierung und Gusstechnologie durch integriertes Design entwickelt, um den Leichtbauanforderungen des gesamten Fahrzeugs gerecht zu werden.
Der gestanzte und geschweißte untere Querlenker aus einem bestimmten Stahlblechtyp ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Hauptanforderungen für den Ersatz der Originalkomponenten durch Gussteile aus Aluminiumlegierung sind wie folgt: ① Die Schlagfestigkeit des Querlenkers aus Aluminiumlegierung entspricht der der Referenzkomponente. Anforderungen an die Schlagleistung; ②Im Vergleich zu den Ersatzteilen reduziert sich das Eigengewicht nach dem Materialwechsel um mehr als 20 %; ③Erfüllen Sie die Korrosionsbeständigkeitsanforderungen des OEM, was der Korrosionsbeständigkeit der Originalstahlteile entspricht; ④Erfüllen Sie die ursprünglichen Installationsbedingungen und führen Sie einen direkten Ersatz durch. Am Prozess der lokalen Strukturänderung ist das Teil beteiligt, das keine Baugruppenbeziehung zu anderen Komponenten hat. Nach der strukturellen Anpassung bleibt die ursprüngliche Montagebeziehung der Komponenten unverändert und eine direkte Ersatzmontage kann realisiert werden; ⑤Die Kostensteigerung darf 20 % nicht überschreiten.

Abb. 2 ist das Konstruktionsschema des Querlenkers aus AlSi7Mg-Aluminiumlegierung. Aufgrund der Eigenschaften des Squeeze-Casting-Verfahrens ist es unmöglich, Sandkerne zur Bildung einer Hohlraumstruktur zu verwenden. Es wurde beschlossen, den ursprünglichen Querlenker aus gestanztem und geschweißtem Stahlblech mit Hohlraumstruktur in einen Aluminiumlegierungsguss mit „H“-Struktur umzuwandeln und die Gesamtsteifigkeit des Gussteils durch Hinzufügen von Rippen und Verstärkungsrippen zu erhöhen, um einen einmaligen Guss zu realisieren und die für Gussstrukturänderungen ungeeigneten zu entfernen. Abbildung 3 zeigt das Konstruktionsschema des Querlenkers aus Aluminiumlegierung. Basierend auf dem ursprünglichen Design der Stanz- und Schweißteile kann die ursprüngliche umgebende Montageumgebung nicht verändert werden und die Struktur und Montage der Originalteile muss sorgfältig geprüft werden. Das Gesamtkonstruktionsschema besteht darin, die ursprüngliche obere Platte, die untere Platte, die obere Verbindungsplatte, die untere Verbindungsplatte, die Buchsenhülse und die Stoßdämpferhalterung durch einen integrierten stranggepressten Querlenker aus Aluminiumlegierung vom Typ „H“ zu ersetzen, um einen integrierten Querlenker zu bilden.

Zur Extrusion wird ein Vertikalextruder verwendet. Das Gießsystem besteht aus einem Materialkuchen und einem „Y“-förmigen Einguss, und über dem Gussstück ist ein Überlaufbehälter angebracht. Durch den Kernzug ​​auf der linken Seite wird das Befestigungsloch am Gussteil und die ursprüngliche Strukturachse geformt. Durch Einstellen des im oberen Teil des Gussteils gebildeten Verbindungslochs durch Setzen des Kerns kann dieser vor dem Öffnen der Form oder während des Füllvorgangs durch Einstellen der Wirkung des Ölzylinders eingefügt werden und als Extrusionsnadel zur Beseitigung von Gussfehlern verwendet werden. Die Masse des Querlenkergussteils beträgt 2,282 kg, die Masse des Querlenkerkuchens und des Angusssystems beträgt 4,250 kg, die Masse des Überlaufbehälters und des Abgaskanals beträgt 0,660 kg und die Gesamtmasse beträgt 7,192 kg. Die Prozessausbeute beträgt 31,7 % und die Prozessausbeute ist niedrig. Da die Komponenten für die Testproduktion entwickelt wurden und die Prozessausbeute nicht optimiert wurde, können in der tatsächlichen Produktion eine Form und zwei Teile in Betracht gezogen werden, um die Prozessausbeute zu verbessern.
(1) Durch Strukturoptimierungsdesign wurde ein leichter Querlenker aus Aluminiumgusslegierung auf der Grundlage des ursprünglichen Querlenkers aus Stahl entwickelt, der das gesetzte Ziel einer Gewichtsreduzierung von 25 % erreichte und den OEM-Test bestand, ohne dass die Leistung sonst beeinträchtigt wurde.

(2) Die Entwicklung von Gussteilen wurde mit dem Squeeze-Casting-Verfahren abgeschlossen und die lokale Extrusionstechnologie eingeführt, mit der Fehler, die durch Erhöhung der Haltezeit und des Ladedrucks nicht behoben werden konnten, wirksam beseitigt wurden. Die Zugfestigkeit betrug 293,2 MPa und die Streckgrenze 226,48 MPa, die Dehnung 9,01 %.

(3) Design und Tests zeigen, dass der Querlenker mit Stahl-Aluminium-Hybridstruktur und Aluminiumlegierungsguss als Kern die Nutzungsanforderungen des unteren Querlenkers erfüllen, sein Eigengewicht erheblich reduzieren und die Anforderungen an die Leichtbauweise des gesamten Fahrzeugs erfüllen kann.