【CN110116297A】轻量化汽车转向节生产工艺【专利】

第1章绪论1.1 前言近年来，汽车制造业得到了迅猛发展，汽车性能不断提高。

锻造工艺作为机械制造技术之一，对汽车工业具有重要作用，是生产受力部件成形的重要手段。

随着汽车工业的发展，汽车零部件中对高精度、形状复杂锻件的需求量越来越大，传统的加工工艺已经不能满足汽车零件产品需求。

在这种情况下，锻造新工艺的开发对于新型汽车零件的生产尤为重要，而先进工艺模具设计方法将对提高汽车零件设计水平、缩短零件研制周期和降低成本起着举足轻重的作用，从而大大提高汽车市场的竞争力。

塑性成形是材料加工的主要方法之一，它是利用金属塑性使金属在外力作用下成形的一种加工方法。

塑性成形在工业生产中得到广泛的应用，据统计，在汽车生产中70％以上的零部件都是利用金属塑性加工而成。

随着国内汽车制造业的迅速发展，汽车性能不断提高，汽车零部件中对高精度、形状复杂的锻件需求量越来越大，塑性加工行业迎来一个前所未有的发展机会，也面临着新的挑战。

汽车转向节是汽车前轴与前轮之间的关键零件，工作时不但要承载前轴给它的压力和地面给它的反作用力，还受到控制行使方向的扭力，其服役条件对零件的尺寸精度、表面质量和金属纤维流向都有很高的要求。

国内生产此类锻件仍然存在加工余量大、成形不易充满及模具设计困难等问题，探索该类锻件的合理锻造方法对我国汽车产业发展具有重要意义。

目前汽车转向节锻件主要依靠设计人员的经验不断试模、修模来保证质量，即使经验丰富的设计人员也很难保证一次成形出合格的终锻件，反复的试模、修模不仅浪费大量时间、人力和物力，而且增加生产成本，降低企业在市场中的竞争力。

近年来，随着计算机软硬件技术、金属塑性流动理论和计算机图形学等交叉学科的迅猛发展，有限元数值模拟技术得到了快速发展，以数值模拟等先进方法解决工业生产中的实际问题已成为金属成形技术的发展方向。

采用有限元数值模拟方法，可实现体积成形过程的模拟分析，获得零件的成形规律、以较小的代价，在较短的时间内找到最优的和可行的设计方案，为同类零件成形工艺的研究开发和应用提供技术依据和理论指导。

汽车转向节的机械加工技术及其发展
汽车转向节是汽车悬挂系统中的重要组成部分，用于实现汽车转向的功能。

为确保汽车行驶的稳定性和安全性，对汽车转向节进行精确的机械加工是必不可少的。

本文将介绍汽车转向节的机械加工技术及其发展。

汽车转向节的机械加工技术包括车削、铣削、镗削、磨削等工艺。

车削是最常用的工艺之一。

车削是通过将工件放置在旋转的主轴上，通过切削刀具进行加工的方法。

对于汽车转向节的车削加工，需要采用高精度的车床，并使用合适的夹具来固定工件。

根据转向节的设计要求，可以选择不同的刀具和切削参数，以达到加工的精度和表面质量要求。

磨削是通过砂轮对工件进行切削的加工方法。

对于汽车转向节的磨削加工，可以用于提高工件的表面质量和精度。

磨削加工需要使用专用的磨床和精密砂轮，控制磨削参数和刀具的精度，以获得满足设计要求的最终产品。

随着汽车工业的发展，汽车转向节的机械加工技术也在不断发展。

传统的机械加工方法逐渐被数控加工技术替代。

数控机床可以实现高精度、高效率的加工，提高了转向节的加工质量和生产效率。

激光加工、电火花加工等非传统加工技术也逐渐应用于汽车转向节的加工中，提高了产品的表面质量和加工精度。

汽车转向节的机械加工技术包括车削、铣削、镗削和磨削等工艺。

随着汽车工业的发展，机械加工技术正在不断发展和完善，以适应汽车转向节高精度、高效率的加工需求。

汽车转向节工艺及夹具设计的探究【摘要】转向节是汽车上一类典型零件，形状不规则，在机械加工中有一定的难度，这难度体现在：此类零件在机床上的装夹比较困难。

以往的经验告诉我们，设计一套科学合理的专用夹具，编制科学合理的加工工艺，可解决这一难题，并且能提高产品加工精度和生产效率。

【关键词】结构不规则；装夹困难；专用夹具；合理工艺一、任务来源我们学院机械厂常年对外承揽加工机械产品，曾经从北京吉普汽车有限公司承揽了一批吉普汽车转向节的产品。

通过对该产品的研究发现，此类零件形状不规则，在机床上找正夹紧有一定的困难，再加上机械厂工人中有一部分是学院的学生，技术水平参差不齐，这就要求技术人员设计一套专用夹具，来帮助工人解决安装的问题。

并且设计的夹具要做到在保证产品质量要求和生产效率的前提下，使工人操作简单，夹具又方便制造。

二、转向节工艺及夹具设计过程（一）零件结构分析：零件如图1所示本汽车转向节零件需要加工的表面有：（1）φ72上偏差+0.03下偏差-0.05的孔，2*15°的倒角，33.02的两平面，R2.29的圆弧；（2）两个转向叉上的孔φ45.47上偏差0下偏差-0.05、φ41.43上偏差0下偏差-0.05及两孔外端面，1.14*15°的倒角。

（以下相同尺寸上下偏差略）（二）毛坯分析本工件毛坯采用模锻件，毛坯质量比较好，这对加工工艺和夹具设计都有利。

φ72的孔在毛坯上已锻出，孔φ45.47和φ41.43没有锻出。

（三）工艺安排根据毛坯和车间机床情况，我们安排该工件在数控车床、立式钻床上和加工中心上加工。

工艺安排如下：工序10 车削加工车削φ72的孔及孔两端面保证33.02到尺寸，车2*15°的倒角及R2.29的圆弧。

设备：数控车床。

工装：自制专用夹具。

工序20 鉆削加工用中心钻打钻中心孔，钻孔φ45.47的底孔φ39。

设备：立式钻床。

工装：自制专用夹具。

工序30 镗铣加工铣φ45.47孔的上平面，镗孔φ45.47到尺寸，倒角1.14*15°。

1 设计的前期准备1.1 零件分析1.1.1零件的结构分析转向节是汽车底盘上的关键零件，根据车型可分为重型汽车转向节、中型汽车转向节、轻型汽车转向节、微型汽车转向节、客车转向节和轿车转向节六大类；按其形状特征可分为长杆类、中心孔类和套管类三种。

长杆类转向节主要由杆部、法兰和枝权构成。

中心孔类转向节主要由基座，法兰和枝权构成，基座中心带孔。

套管类转向节主要由长杆、套管和法兰构成。

转向节是汽车转向桥上的主要零件，形状比较复杂，其形状兼具有轴类、盘类和叉架类等零件的特点。

转向节既支撑车体重量，又传递转向力矩和承受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和外形结构要求严格，是汽车上的重要安全零件之一1.1.2零件材料的特性分析该锻件材料为18CrMnTi，是合金结构钢，是工业上应用最广泛的不锈钢，密度为7.85g/cm3。

18CrMnTi的预锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。

1.1.3锻件的加工要求模锻斜度7°，精度为普通级。

1.2 工艺方案确定根据零件的形状以及要求大批量生产，因此选用锤上模锻。

2 锤上模锻件设计2.1 选择分模面分模面是指模锻件在可分的模腔中成型时，组成模具型腔的各模块的分合面。

锻件分模位置合适与否，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率等一系列问题。

为了提高锻件质量合生产过程的稳定性，并使锻模结构尽量简单，防止上下模错移，分模面尽可能采用直线状，如图2.1分模面的位置所示。

图2.1 分模面的位置2.2 确定模锻件加工余量及公差2.2.1 锻件的形状复杂系数锻件的形状复杂系数S 时锻件质量或体积（G d ，V d ）与其外廓包容体的质量或体积（G b ，V b ）的比值，即：VV G G bd bd S == (2.1)其中 V d ——锻件体积；V b ——外廓包容体的体积； G d ——锻件质量；G b ——外廓包容体的体积。

经估算：31863640mm V d =34855230mm V b =38.048552301863640===Vb Vd S查锻件形状复杂程度等级表[1]得该锻件形状复杂程度级别为S2级，形状复杂程度为一般。

摘要本次毕业设计包括编写汽车转向节锻造加工工艺规程和设计锻造模具，是对我四年本科学习的一次考察，也是自己运用所学知识进行实践的一次好机会。

该次设计，完成了轻型卡车转向节锻造的工艺流程安排、工艺编制及锻造模具设计的技术说明，制件的材料是40Cr.转向节锻造的工艺设计，完成的是材料的自由锻制坯、模锻锤预锻和终锻、切边压力机切边工艺。

本文首先对产品图及成型工艺特点进行了分析，确定采用电液模锻锤进行锻造，使用带有预锻型槽和终锻型槽的模具机型终锻的工艺方法，根据零件的尺寸形状确定了加工面的预留加工余量、根据材料查表确定了加热温度、始锻温度、终锻温度，确定了锻件重量、进行了锻造力的估算，并根据锻造打击力进行了锻造设备的选择、对切边模具的凸模，凹模刃口尺寸进行了计算，最后利用CAD软件按工程制图标准画出锻造工步图、锻造胎模图、锻造模具图、切边模具图，编制了完整的锻造工艺。

关键词：自由锻制坯; 胎模; 加工余量; 刃口尺寸计算; 预锻; 终锻; 锻造工步ABSTRACTThe graduation design including compilation automotive steering knuckle forging process planning and design for forging die of undergraduate study four years, but also his trip knowledge learned a good oppotunity to carry on the practice. The Times design, completed the light trucks steering knuckle forging process arrangement, process Compilation and forging die design technical specification, the product's material is 40Cr.Steering knuckle forging process design, complete is material of free forging blocking, forging hammer forging and eventually gets forging, trimming press trimming process. This paper firstly product image and molding process characteristics are analyzed, sure to use electro-hydraulic forging hammer forging, use with pretensioners on forging type slots and end the mould forging type slot machine forging process method, end according to determine the size of parts machining surface shape to reserve machining allowance, according to materials look-up table determined the heating temperature, temperature, final forging beginning temperature of forging, determines the weight of the forging of forgings, according to the estimate, and force the forging stroke forging equipment choice, the punch molds for trimming blade, concave die size, finally, using the calculated according to the engineering drawing standards CAD tools software draw forging tool graph, forging die step womb graph, forging die figure, trimming mould figure, compiled the complete forging process.Keywords:Free Forging Blocking; Tire Mold; Machining Allowance; The Blade Size Calculation; Forging; Eventually Gets Forging; Forging Work Steps目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1前言 (1)1.2转向节国内外研究现状 (1)1.3选题的目的和意思 (4)1.4研究内容 (5)1.4.1研究的基本内容 (5)1.4.2拟解决的主要问题 (5)第2章转向节工作原理 (6)2.1转向节工作原理功能 (6)2.2本章小结 (6)第3章转向节的工艺设计 (9)3.1转向节锻件的工艺分析 (9)3.1.1锻件的零件图设计 (9)3.1.2锻件工艺流程的设计 (10)3.1.3锻件工艺难点和锻造工艺方案制定 (10)3.2锻件图的设计与锻件毛坯尺寸的计算 (11)3.2.1锻造工步的设计 (11)3.2.2冷锻件图的设计 (12)3.2.3热锻件图的设计 (18)3.2.4锻件毛坯尺寸的计算 (18)3.3本章小结 (20)第4章转向节的模具设计 (21)4.1自由锻制坯工具的设计 (21)4.1.1摔轴颈摔模的设计 (21)4.1.2劈料胎模的设计 (22)4.2锻造打击力的估算和设备的选用 (23)4.3锻造模具、切边模具及锻造工艺编制 (24)4.3.1模具压力中心的确定 (24)4.3.2锻造模具设计 (25)4.3.3切边模具的设计 (27)4.3.4锻造工艺的编制 (29)4.4锻造模具的制造 (29)4.4.1锻造模具的模块加工 (30)4.4.2模膛的制造 (30)4.5本章小结 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)第1章绪论1.1 前言近年来，汽车制造业得到了迅猛发展，汽车性能不断提高。

收稿日期：２０１９－１１－０７基金项目：安徽省新能源汽车暨智能网联汽车产业技术创新工程项目作者简介：赵超尘（１９９７ ），男，硕士研究生，主要研究方向为新能源汽车设计㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１４１８０１８３２８＠ｑｑ ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０２０ ０４ ００１一种汽车转向节的轻量化设计赵超尘１，吴迪１，王海森１，孙志远１，刘蕴博１，尤广毅２，程振青２，吴景铼１（１ 合肥工业大学汽车工程技术研究院，安徽合肥２３０００９；２ 合肥工大汽车工程技术研究院有限公司，安徽合肥２３０００９）摘要：针对某原铸铁材料转向节，采用材料替换和结构优化设计的方法对其进行轻量化设计㊂首先利用ＣＡＴＩＡ三维软件建立原转向节模型，将材料更换为铝合金材料ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６㊂由于原结构强度在给定工况下不满足要求，将原结构与轮毂法兰通过钢套进行连接，并增加了驱动轴套厚度㊂将优化后的转向节用Ｎａｓｔｒａｎ软件进行有限元分析，结果表明新转向节结构能满足各种汽车行驶工况下的强度要求㊂优化后转向节质量从８ １ｋｇ降低至５ １ｋｇ，减重比例达到３７％㊂关键词：转向节；轻量化；结构优化中图分类号：Ｕ４６３ ４ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎｏｆａｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＫｎｕｃｋｌｅＺＨＡＯＣｈａｏｃｈｅｎ１，ＷＵＤｉ１，ＷＡＮＧＨａｉｓｅｎ１，ＳＵＮＺｈｉｙｕａｎ１，ＬＩＵＹｕｎｂｏ１，ＹＯＵＧｕａｎｇｙｉ２，ＣＨＥＮＧＺｈｅｎｑｉｎｇ２，ＷＵＪｉｎｇｌａｉ１（１ ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２ ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅＬｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃａｓｔｉｒｏｎｋｎｕｃｋｌｅｗａｓｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｒｅｐｌａｃｉｎｇｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＴｈｅＣＡＴＩＡ３Ｄｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｋｎｕｃｋｌｅｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｒｅｐｌａｃｅｄｂｙａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｋｎｕｃｋｌｅ．Ｄｕｅｔｏｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉｄｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｌｏａｄｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｓｔｅｅｌｓｌｅｅｖｅｗａｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｐａｒｔｏｆｔｈｅｈｕｂｆｌａｎｇｅａｎｄｔｈｅｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｄｒｉｖｉｎｇｓｈａｆｔｓｌｅｅｖｅｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．ＴｈｅＮａｓｔｒａｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｅｗｋｎｕｃｋｌｅｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｌｏａｄｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｋｎｕｃｋｌｅｍａｓｓｉｓｒｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍ８ １ｋｇｔｏ５ １ｋｇ，ｗｈｅｒｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ３７％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｋｎｕｃｋｌｅ；Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ０㊀引言汽车轻量化是目前汽车研究的重要方向，汽车的质量减轻可以显著降低油耗，达到节约能源㊁保护环境的目的㊂对电动汽车，汽车的轻量化具有更加明显的意义：它不仅有助于增加行驶里程，而且可以减少电池容量，从而降低电池成本㊂转向节是汽车转向系统中最重要㊁最精密的零件之一，它承载着汽车所受的各种载荷与力矩，它的合理设计是保证汽车安全行驶的重要条件［１］㊂本文作者对一种球墨铸铁材料的转向节进行优化，首先通过更换转向节材料达到减重效果㊂将转向节材料整体更换为铝合金后，在某种常见汽车行驶垂直冲击工况下分析发现原结构存在应力值较大㊁强度不满足要求的现象㊂因此，采用部分更换材料的优化方案，即使用钢套将转向节主体与轮毂法兰连接，钢套与转向节主体通过螺栓连接㊂除此之外对原驱动轴套的壁厚进行优化，并对一些连接结构进行尺寸优化以达到强度和刚度需求㊂优化后对转向节进行多种常见使用工况应力分析，结果发现各种工况下转向节均满足要求㊂对轻量化设计前后质量进行比较分析，减重效果明显，因此该轻量化设计方案具有可行性㊂１㊀转向节载荷的确定为了减少转向节设计周期以及产品试验次数，需要对转向节进行强度校核㊂强度校核包括静强度和疲劳强度：转向节静强度性能指能够抵抗汽车行驶过程中在极限工况下的强度，即抵抗瞬时承受到可能的最大载荷的能力；疲劳强度指在常用工况下零件能够使用的时间㊂本文作者将从转向节的静强度分析出发，分析不同工况下转向节的受力情况㊂常见的工况类型有通过不平路面的冲击载荷㊁误操作或紧急制动产生的制动力与纵向冲击㊁在转向时产生的侧向冲击力［２］㊂为了能够实际反映汽车在各种路况中的转向节受力情况，选择刹车㊁转向㊁刹车＋转向㊁单车轮最大垂直加速度以及整车最大垂直加速度等典型工况进行分析㊂表１为不同工况下的载荷加载情况，Ｘ方向为平行与地面指向后方，Ｙ方向为指向驾驶员右侧，Ｚ方向为竖直向上㊂２㊀有限元模型的建立与分析为了研究转向节的静强度性能，需要对转向节进行网格划分并进行不同运行工况下的有限元分析㊂此次转向节轻量化对象为某款常见铸铁转向节，首先保持结构不变，将原材料由球墨铸铁更换为铝合金ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６时，分析转向节强度是否满足要求㊂在Ｎａｓｔｒａｎ中创建转向节的参数化模型，对于金属材料ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６合金，其基本属性一般包括弹性模量Ｅ㊁泊松比μ㊁屈服强度σｓ及抗拉强度σｂ等物理量［３］，材料特性参数如表２所示［４］㊂表１㊀汽车不同运行工况工况工况描述左前轮加载／（９．８ｍ㊃ｓ－２）右前轮加载／（９．８ｍ㊃ｓ－２）左后轮加载／（９．８ｍ㊃ｓ－２）右后轮加载／（９．８ｍ㊃ｓ－２）ＸＹＺＸＹＺＸＹＺＸＹＺ１１ｇ１１１１２垂直３．５ｇ３．５３．５３．５３．５３右后轮垂直３ｇ１１１３４左转－１１－１１－１１－１１５右转１１１１１１１１６刹车１１１１１１１１７刹车＋左转０．７－０．７１０．７－０．７１０．７－０．７１０．７－０．７１８刹车＋右转０．７０．７１０．７０．７１０．７０．７１０．７０．７１表２㊀ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６合金材料力学参数统计力学参数数值弹性模量／ＭＰａ７００００泊松比μ０．３屈服强度／ＭＰａ２４０抗拉强度／ＭＰａ３００转向节通过轮毂与车轮连接，在受不同载荷的工况中，转向节相对于车身运动，它并非处于静止平衡状态，难以得到一个完全平衡的外载荷力系，在有限元分析中利用约束加载法并不能更真实地模拟实际边界条件，为此可以使用惯性释放法对转向节进行分析［５］㊂通过系统的不平衡力系计算出系统的平动与转动加速度，再换算成惯性力与外载荷形成平衡力系，从而让刚体运动受到完全约束，再利用传统静力分析方法来计算㊂为对转向节进行惯性释放分析，现直接对转向节各个连接点施加力载荷，各点位置如图１所示㊂以汽车左后转向节安装位置为例，其中点Ａ表示与前横臂的安装点，点Ｂ表示与纵臂的安装点，点Ｃ表示与后横臂的安装点，点Ｄ和点Ｅ为制动卡钳安装点㊂图１㊀左后转向节各个安装位置点首先将转向节材料整体更换为铝合金材料ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６并进行有限元分析，选取３ ５ｇ垂直冲击载荷工况这一典型工况㊂表３为在３ ５ｇ垂直冲击下转向节各点的载荷情况㊂表３㊀３ ５ｇ垂直冲击下转向节各点的载荷情况Ｆｘ／ＮＦｙ／ＮＦｚ／ＮＴｘ／（Ｎ㊃ｍｍ）Ｔｙ／（Ｎ㊃ｍｍ）Ｔｚ／（Ｎ㊃ｍｍ）安装点Ａ－１７０．９９３１－３１８１．８６７－３２０．４５７８０００安装点Ｂ－７３７．５９４６１３９．３５３３２１９．１４３７－２２６８．２３８１．３７ˑ１０４２９７．５９６８安装点Ｃ－６０２．７３９７－４３７１．０３２－５９８．９４９４０００减震器下端连接点－１３０１．６７８－６８２２．３８２－２．１７ˑ１０４３．１２ˑ１０６１．２１ˑ１０５－２．２７ˑ１０５㊀㊀根据上文施加受力点及其载荷，用Ｎａｓｔｒａｎ有限元分析模块进行有限元分析，得到ＣＡＥ计算结果如图２所示㊂可以看出：原结构在３ ５ｇ垂直冲击下，高应力区出现在中心大孔连接处，其最大应力值为８５８ＭＰａ，远超本身材料的屈服强度２４０ＭＰａ，极易出现强度破坏，从而影响车辆行驶安全㊂３㊀结构优化设计对原部分结构进行重新设计，优化后结构如图３所示，转向节质量由８ １ｋｇ降低至５ １ｋｇ，减重比例达到３７％㊂针对在大垂直冲击工况下转向节轴套上连接处应力较大的情况，对原结构作如下优化改进：（１）在转向节上增加一个钢套，此钢套通过５个螺栓与转向节主体结构嵌套在一起，提升该结构的强度极限㊂（２）对驱动轴套进行结构优化，增加驱动轴套壁厚，使其满足强度要求㊂（３）在横臂和纵臂连接结构增加孔洞结构，以减小转向节质量㊂图２㊀原结构更换材料后ＣＡＥ计算结果（垂直３ ５ｇ）图３㊀新设计结构与原结构对比４㊀优化后转向节应力分析在进行了优化改进设计之后，再进行３ ５ｇ垂直冲击受力分析，加载及约束方式如图４所示㊂其中钢套与转向节螺栓链接，约束轮毂螺栓孔㊂在采用了新结构后，由于转向节各部分受力情况并不相同，故采用不同的材料，各零件采用的材料参数如表４所示㊂图４㊀新结构约束及加载方式表４㊀新设计各结构材料参数表结构名称材料屈服强度／ＭＰａ抗拉强度／ＭＰａ弹性模量／ＭＰａ泊松比μ转向节ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６２４０３００７０００００．３钢套４０Ｃｒ７８５９８０２１０００００．３轮毂及轴承视为刚体㊀㊀使用Ｎａｓｔｒａｎ先对转向节进行静力学分析，可以得到不同工况下ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图如图５所示，最大主应力云图如图６所示㊂图５㊀转向节不同工况下ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图图６㊀转向节不同工况下最大主应力云图㊀㊀经过数据统计，ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力与最大主应力分析结果如表５所示㊂所有工况下最大ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力为１６７ＭＰａ，最大主应力为１７５ＭＰａ㊂根据表４中ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６的屈服强度和抗拉强度，该转向节应力低于强度极限的７５％，因此结构优化后的转向节满足强度要求㊂由于新增加了与转向节通过螺栓连接的缸套，所以还需要对缸套进行静力学分析㊂其输入条件与转向节相同，不同工况下的ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图如图７所示，最大主应力云图如图８所示㊂图７㊀缸套不同工况下ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图图８㊀缸套不同工况下最大主应力云图㊀㊀ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力与最大主应力分析结果如表５所示，所有工况下最大ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力为４９５ＭＰａ，最大主应力为５７２ＭＰａ㊂根据表４中４０Ｃｒ的屈服强度和抗拉强度，钢套应力低于强度极限的７５％，因此钢套满足强度要求㊂表５㊀转向节强度分析结果应力㊀㊀转向节主体结构（ＺＬ１１４Ａ⁃Ｔ６）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀钢套（４０Ｃｒ）㊀㊀㊀㊀㊀㊀所有工况最大值／ＭＰａ目标值／ＭＰａ所有工况最大值／ＭＰａ目标值／ＭＰａＶｏｎＭｉｓｅｓ１６７＜２４０ˑ７５％＝１８０４９５＜７８５ˑ７５％＝５８９最大主应力１７５＜３００ˑ７５％＝２２５５７２＜９８０ˑ７５％＝７３５５㊀结论对某车型的后转向节进行了轻量化设计，从改变转向节材料和结构入手，经过优化设计后达到了轻量化设计的要求㊂具体工作如下：（１）使用铝合金材料对原转向节的球墨铸铁材料进行部分替代，并适当增加轴套壁厚以满足强度要求；（２）采用钢套连接法兰与转向节主体，并使用螺栓连接钢套与转向节主体，提升连接结构的强度；（３）在转向节的横臂和纵臂连接结构增加孔洞结构，进一步减小转向节质量；（４）利用Ｎａｓｔｒａｎ软件对新设计结构进行强度校核，结果显示轻量化设计后的转向节满足力学性能要求㊂转向节质量由原先的８ １ｋｇ减轻到５ １ｋｇ，减重比例达到３７％，达到了期望的优化效果㊂参考文献：［１］张琦，郑松林，金晓春，等．汽车后转向节轻量化设计及试验验证［Ｊ］．现代制造工程，２０１４（４）：４２－４７．ＺＨＡＮＧＱ，ＺＨＥＮＧＳＬ，ＪＩＮＸＣ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｋｎｕｃｋｌｅ［Ｊ］．ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４（４）：４２－４７．［２］金鑫．基于刚柔耦合模型的汽车悬架性能分析及优化［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１６．［３］王利．基于可靠性的转向节分析与优化［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１５．［４］ＫＩＭＭ，ＫＩＭＪＭ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃａｓｔ⁃ｆｏｒｇｅｄｋｎｕｃｋｌｅｕｓｉｎｇｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ［Ｒ］．ＳＡＥＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒ２０１１－０１－０５３７，２０１１．［５］曾文豪．汽车铝合金转向节结构拓扑优化与有限元分析［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１８．科思创与汉高为高效锂离子电池封装提供黏合剂解决方案随着汽车电气化的不断发展，电动汽车核心部件电池包已成为电动汽车领域的热点话题㊂尽管电池系统的设计因制造商而异，但所有汽车电池技术都拥有共同的性能目标，即寿命更长㊁操作更安全㊁总成本更低㊁可靠性更强㊂为此，科思创与汉高日前合作开发了一种创新解决方案，通过结合汉高的紫外线（ＵＶ）固化黏合剂与科思创的高紫外线透过聚碳酸酯合金，可将圆柱形锂离子电池高效地固定于塑料电池底座内㊂整车厂商正将大规模㊁高效率和低成本的锂离子电池组件视作竞争的先决条件，以应对严峻的电动汽车降本压力㊂汉高的乐泰（Ｌｏｃｔｉｔｅ）ＡＡ３９６３电池组件黏合剂与科思创的高紫外线透过聚碳酸酯合金拜本兰®（Ｂａｙｂｌｅｎｄ®）符合批量自动化点胶技术的要求，黏合剂能够灵活且快速固化㊂此外，专业研制的丙烯酸结构胶适用于由特殊阻燃塑料制成的电池底座㊂这款结构胶和基材具有很强的黏接力，同时其较长的开放时间与较短的固化时间，具有良好的生产适应性㊂高效灵活的生产汉高欧洲电动汽车业务负责人ＦｒａｎｋＫｅｒｓｔａｎ解释说： 能在较短的周期内以灵活的工艺完成大批量生产制造，这一点非常关键㊂乐泰是一款按需固化的单部件黏合剂，经整车厂商认可，可将圆柱形锂离子电池固定到载体中㊂经高速注胶后，胶水可以忍受较长的开放时间，提高了整个流程的适应性，可更好地应对意外的生产中断㊂在所有电芯放入电池座且完成结构胶注入之后，紫外固化过程耗时不到５ｓ，实现超快速固化㊂ 这是区别于传统制造的主要优势，在传统制造流程中，固化可能需要几分钟至几小时不等，因此需要额外的零件存储空间㊂电池底座采用科思创拜本兰®ＦＲ３０４０ＥＶ聚碳酸酯＋ＡＢＳ合金制造㊂这款塑料在厚度仅１ｍｍ时，既可达到ＵＬ９４Ｖ０阻燃等级，且对波长３８０ｎｍ以上的紫外线具有良好的透过性㊂科思创聚碳酸酯业务部电动交通市场开发经理ＳｔｅｖｅｎＤａｅｌｅｍａｎｓ表示： 这款材料使我们能够制造出尺寸稳定的零件，这是自动化批量封装所必需的㊂结合乐泰黏合剂的快速固化能力，这一材料组合为大规模圆柱型锂离子电池模块化生产提供了一种创新方法㊂（来源：俞庆华）。