镁合金触变注射成形工艺在方向盘骨架上的应用分析
汽车方向盘骨架成型工艺及压铸模设计
其他部件[1-3]构成。
1 方向盘制造工艺 1.1 方向盘材料
方向盘骨架材料多为锌合金或铝合金 ，有些生 产企业采用价格更便宜、质量更轻的镁合金 ，骨架 采用压铸生产 ，少部分企业的骨架还在使用钢材钣 金 ，结构复杂[4-6]。方向盘压铸模材料为铝镁合金 ，结 构复杂 ，成型精度及表面质量要求较高。骨架压铸 成型后固定在发泡机中 ，通过发泡包裹表面 ，可获 得最简单的方向盘。有些方向盘的木料用假木代
Design of forming process and die casting die of automobile steering wheel frame
CHEN Wen-yong1, ZHANG Li2, HUANG Lan-xia2 (1.Liuzhou Vocational and Technical College, Liuzhou, Guangxi 545036, China; 2.Guilin Elec⁃
（2）铝合金骨架。铝合金骨架减震系数较小 ，
减震性能差[12] ，铝合金压铸成型工艺中 ，汽车方向盘 使 用 材 质 有 ：A380、A360、ADC12、ADC14、LM22、 LM24、AC-46100、AlSi9Cu3。制造工艺方式为 ：压铸 →修整→抛丸→精加工→钝化→包装 ，使用冷室压 铸机 800T 或 DCC800T。
61
3 模具设计 模具结构及安装如图 5、图 6 所示，型腔、型芯直
接在定模板 5、动模板 6 上加工，针对局部区域冷却 和排气的需要设置成型镶件。模具型腔的侧壁厚 度留 60 mm，支承板厚度≥55 mm，在此基础上确定 型腔板、动模板、动模座板、定模座板的尺寸及主要 成型零件的结构与尺寸。
图 3 分型设计
沈阳工业大学科技成果——高韧性镁合金方向盘骨架
沈阳工业大学科技成果——高韧性镁合金方向盘骨架
项目简介
现在通用的方向盘是由碳钢通过焊接制成的，其缺点是自重大、韧性低、结构复杂。
用高韧性镁合金制成的方向盘骨架重量可减轻四分之三，冲击韧性提高，而且还具有明显的减震性。
由于采用一片式压铸工艺，可将原来的七个焊接结构件集成到一块儿，由此降低了成本。
应用范围汽车、轿车等方向盘骨架。
技术特性比钢制方向盘骨架轻四分之三，比铝合金方向盘骨架轻三分之一，材料符合美国ASTM标准，方向盘骨架达到汽车专业标准，压铸过程全自动化。
专利情况一种高强度耐热压铸镁合金及其制备方法。
技术水平国内领先。
所属领域新材料、先进制造。
生产使用条件
（1）主要原料：镁合金AM50、AM60；
（2）主要设备：气体保护熔炼设备；压铸机；
（3）厂房200-300m2。
市场经济效益预测
年产规模60万件；年总产值2000万元，利税500万元。
合作方式技术转让。
已推广使用情况已经批量生产。
镁铝合金材料在汽车方向盘中的应用研究
车辆工程技术43车辆技术0 引言 汽车的轻量化对于环保和节能尤为重要，有试验证明，汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%，使用轻质材料是降低汽车重量的重要途径，因此方向盘骨架采用镁铝合金材料以代替原来的钢结构骨架，可以在保证方向盘安全性能的前提下大大降低方向盘的重量，为汽车的轻量化设计做出应有的贡献，因此大力推广镁铝合金在方向盘的应用非常必要。
镁合金材料是在纯镁的基础上添加其他元素组成的合金，添加的元素有铝、锌、锰和稀土等，镁和镁合金具有很多良好的物性和机械特性： （1）密度小。
纯镁的密度很小，大概是铝的2/3，铁的1/4，它几乎是实用金属中最轻的金属。
相对以往的铝合金骨架和钢板焊接的骨架，同样一个骨架重量分别可以减少400g和2000g左右，这个对于那些要求方向盘转动惯量小于30gm2的车型有很大帮助； （2）比强度和比刚度大。
镁合金的比强度高于铝合金；比重上的刚性镁合金也是比较优异，可以满足整车碰撞中对方向盘刚度的要求，这点也有利于保证固有频率大于60Hz，降低方向盘由于共振而产生抖动的可能性； （3）机械加工性能和热成型性能都比较优异； （4）铸造性能优良，由于镁合金具有良好的压铸成型性能，因此骨架的结构可以设计的空间更大，以往铝合金和铁骨架的轮缘是环形的钢圆框骨，在PU发泡前要针对轮缘部位进行浸胶处理，目的是防止使用方向盘过程中握把产生转动，可将镁骨架轮缘设计为U型截面的结构，肉厚基本在4mm左右，利用U型的凹槽卡住PU防止转动，这样发泡前可以不用浸胶处理，既减少了浸胶工艺，同时也有环保和降低成本的作用； （5）阻尼性能优良，镁合金之比阻尼容量大于铝合金和锌合金，镁合金的延伸率优于铝合金，吸收冲击能量的性能更佳，能够承受较大的冲击，另外镁合金对于震动能量的吸收也比较优异，可以减小方向盘抖动得风险，良好的吸能和减震特性，有利于满足法规要求的人体冲击试验中冲击力小于11123N的要求，减少了驾驶员在发生碰撞中承受的冲击力，从而能够更好地保护人身安全； （6）良好的回收利用特性，方向盘骨架一般使用的材料是AM50A、AM60B（USASTM），一般可以将废弃的压铸边角料和废弃的骨架，通过原材料供应商回收后，再进行再融化变成镁锭，在成本和环保方面比一般的塑料材料都有优势。
汽车用镁合金零件的成形工艺模拟分析
汽车用镁合金零件的成形工艺模拟分析newmaker引言镁合金是工业应用中最轻的金属结构材料之一，具有较高的比强度、比刚度以及良好的铸造、切削加工和尺寸稳定性等性能，在航空工业和汽车工业中得到广泛应用。
近年来，镁合金冶炼技术的发展使材料质量不断提高，成形技术的进步使生产成本得以下降。
变形镁合金所具有良好综合性能，得到了汽车工业、电子等行业的青睐，随着成形技术的日趋完善，其应用前景十分看好。
同时，全球各国的大型企业、研究机构大都使用了不同的模拟软件对所要研究和开发的产品、新技术等进行预先的模拟。
数值模拟已经成为塑性成形必不可少的一个重要分析方法，为金属塑性成形研究的成功打下了坚实的基础。
2．刚塑性有限元的理论基础刚塑性有限元法的理论基础是刚塑性材料变分原理，它认为：在所有动可容的速度场中，使能量泛函取得驻值的速度场就是真实的速度场。
用刚塑性材料模式进行变形分析时，为了克服体积不可压缩条件θ=0所引起的应力计算困难，一般采用在泛函式中引人Lagrange乘子或一个惩罚项来消除体积不可压缩条件。
拉格郎日乘子法利用乘子将体积不可压缩条件引入位能泛函，采用修正的罚函数法，即在罚函数法的基础上，将要求体积应变速率在单元内处处很小的条件，放松成单元内的平均值很小，因此，具有较好的稳定性。
用刚塑性有限元求解大变形问题时，材料应满足下列假设：①忽略材料的弹性变形；②材料的本构关系为Levy-Mises方程；③材料均质且各向同性；④材料变形过程中体积不变；⑤不计体积力和惯性力；⑥加载条件（加载面）给出刚性区与塑性区的界限。
3．挤压工艺的确定及有限元模拟分析3.1成形的数值模拟由挤压件图（图1）分析，零件为轴对称盘类零件，为了提高生产效率，降低成本及能源消耗，拟采用正、反和镦挤同时进行的一次挤压成形工艺。
本文采用Superform软件对此工艺的可行性加以验证，分别对摩擦系数、凹模圆角、成形温度、变形速度进行了模拟分析。
镁合金触变注射成形技术综述
排 出的问题 。这些气 体在 高压下或 者溶解 在镁合金 内 ， 或者形 成许 多零 散分 布在 压铸件 内的高 压微气 孔 。为
了消 除这种 缺 陷 ，提 高铸 件 的内在 质量 ，扩 大铸件 的 应用 范 围 ，近 ２ 年 来 ，经 过 材料 工作 者 的不 懈努 力 ， ０ 开发 出镁 合金触变注射 成形 （ｈｘ ． ｌｉ ） 新技术 。 Ｔ ｉｏＭｏ ｎ ｄｇ 利 用触 变注 射技 术可 以制造 手机 、笔 记本 电脑 、数码 照相机 、投影 机 等可移 动通 讯器 材 的壳体 ；座 椅 、方 向盘等汽车零 部件 的成形应用 也在研究 开发 中。
Ａｂ ｔ ｃ ：Ｔｈ ｐ ｌ ａｉｎ ｆ ｍａ ｎ ｓｕ ａｌｙ ｔ ｉｏ ｍ ｏｄｎ ｒ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｒ ｍ ｏ ｅ ａ ｐ ｃｓ ｓｒ ｔ ａ ｅ ａ ｐｉ ｔ ｓ ｏｕ ｅ ．ｆ０ ｓ ｍ ｓ ｅ ｔ ｃ ｏ ｏ ｓ ｃ ｓ ｍａ ｈｎ ｕ ｃｉｎ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｌｙ ａ ｄ ｃ ｒｏ ｉｎ ｒ ｓｓａ ｃ ． ｅ ｍ ａ ｎ ｓｕ ａｌｙｐ ｏ ｕ ｔ ｕ ｈａ ｃ ｉｅ ｆ ｎ ｔ ， Ｕ ｆ ｅ ｑ ａｉ ， ｎ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ｉｔｎ ｅ Ｔｈ ｇ ｅ ｉｍ ｌ ｒ ｄ ｃｓ ｏ ａ ｔ ｏ
利用 压铸技术生 产镁合 金 ，与压铸 其他合 金一样 ，
存 在型 腔 内气 体 以及 由压铸 涂料 产生 的气 体无法 顺 利
镁合金压铸技术的最新发展及其应用？(doc5)
镁合金压铸技术的最新发展及其应用？（doc5）镁合金是最轻的工程金属材料之一，具有很好的比强度、比刚度等性能，特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件与要求一定强度的壳类零件。
镁合金低熔点、低比热及充型速度快等优点极其适合於用现代压铸技术进行成形加工。
现代科技与有关产业技术的进展，使镁合金的应用範围迅速扩展，特别是在汽车工业与电子信息产业中获得大量应用。
本文要紧介绍镁合金压铸技术研究、开发、应用的进展状况，希望藉此促进中国镁压铸技术的进展及其在各个领域、特别是汽车工业中的推广应用。
概述长期以来，镁的80%用於铝合金的添加元素或者冶金行业脱氧等、13%用於铸造合金、3%用作变形制品。
随着科技进步及对镁可贵性的认识，其产品广泛用於航空、航天、汽车配件、电子及通讯等领域。
汽车行业使用镁合金量的急剧增加是拉动镁合金全球用量增加的重要因素，生产商在汽车上应用镁合金零部件不仅是为了减轻重量，更是藉此来不断提高汽车的性价比，从而加强其在竞争日益猛烈的汽车巿场上的竞争优势。
估计1996~2008年全球用於汽车零部件的镁量平均每年递增15%以上，其中，北美增长速度为30%，欧洲则超过60%。
欧、美、日等发达国家的汽车制造公司在政府的协调下与科研院所密切合作，投入大量人力物力，实施多项大型研究进展计划，研究用镁合金制造汽车零部件。
这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上的应用进展。
电子信息产业由於数字化的进展，巿场对电子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要求愈来愈高。
往常作为要紧材料的工程塑料已经无法满足要求，因此人们把目光投向了镁合金。
比如，镁合金具有优异的薄壁铸造性能，其压铸件壁厚可达0.8mm-1.5mm，并保持一定的强度、刚度与抗冲击性能。
因此，在薄壁、轻薄、抗冲击、电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下，镁合金成了制造商的最佳选择。
近年来，电子信息产业的镁合金消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量的另一重要因素。
压铸镁合金方向盘裂纹的分析及防止
摘 要 ：针对压铸镁合金方向盘生产过程中出现的压铸裂纹缺陷，根据裂纹产生的机理，分析其产生原因，通过控制合
金 原 材 料 成 分 、 合理 设 计 压铸 件 结 构 、优 化 模 具 的浇 注 系统 和 排 溢 系统 、调 整 压 铸 工 艺 参 数 等 方 法 ，压 铸 裂 纹 缺 陷得 到 有 效 防 止 ，产 品合 格 率 大 幅度 提 高 。
Ｋ ｙｗｏ ｄ ｅ ｒ ｓ： ｄｅｃ ｓｉｇ ｍａ ｎ ｓｕ ａｌｙ ｓｅ ｒ ｇ ｗｈ ｅ； ｒ ｃ ｉ ａ ｔ ； ｇ ｅ ｉｍ ｌ ； ｔｅ ｉ ｅ ｌｃａ ｋ ｎ ｏ ｎ
压力 铸造是 目前应 用 最广 的镁合金 成 型方法 ，现 代工 程构件镁 合金需求 的９ ％来 自于压铸 行业［ ８ ” 。裂纹 缺 陷 的存在严 重影 响产 品安 全性 能 ，因此 要求其 铸 件
Ａｂ ｔ ｃ ： Ｔｈ ｅ ｓ ｎ ｃ ｕ ｉｇ ｔｅ ｃ ａ ｋ ｎ ｔｅ ｄｅ ｃ ｓ ｉｇ ｍａ ｎ ｓｕ ａ ｌｙ ｓｅ ｒ ｇｗｈ ｅ ｄ ｒ ｇ ｓｒ ｔ ａ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｓｎ ｈ ｒｃ ｓｏ ｈ ｉ ａ ｔ ｇ ｅ ｉｍ ｌ ｔ ｅ ｉ ｅ ｌ ｕ ｉ ｎ ｏ ｎ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｗａ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ｏ ｍ ｉｇ ｍｅ ｈ ｎｓ ｏ ｈ ｒ ｃ ｓ Ｔｈ ｒ ｃ ｓ ｗａ ｈ ｒ ｄ ｃｉ ｓ ａ ａｙ ｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔｅ ｆ ｒ ｎ ｏ ｃ ａ ｉｍ ｆｔｅ ｃ ａ ｋ ． ｅ ｃａ ｋ ｓ ａ ｏｄ ｄ ｂ ｏ ｔｏｌ ｇｔ ｅ ｒ ｗ ａｅ ｉｌ ｏ ｐ ｓｔ ｎ ｉ ｐ ｏ ｉｇｔ ｅ ｃ ｓｉｇＳｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｔ ｉｉｇ ｔ ｅ ｖ ｉｅ ｙ ｃ ｎｒ ｌ ｈ ａ ｍ ｔ ｒ ｍ ｏ ｉｏ ，ｍ ｒ ｖｎ ｈ ａ ｔ ’ ｔｕ ｔ ｒ ， ｐ ｉ ｚｎ ｈ ｉ ｎ ａｃ ｉ ｎ ｍ
镁合金汽车方向盘骨架的扭转及疲劳强度分析
在进行数值计算时，要考虑方向盘骨架的塑性变 形情况。如表 2 所示为实验所得的 AM60B 镁合金材 料的名义应力、应变。
图 1 三辐骨架实体模型 Fig． 1 Solid model of three-spoke framework
图 8 四辐骨架应力云图（ 单位： Mpa） Fig． 8 Stress nephogram of four-spoke framework（ Unit： Mpa）
图 9 参考点转角变化曲线 Fig． 9 Ｒotating angle curves of reference point
图 6 方向盘四辐骨架加载方式 Fig． 6 Loading mode of four-spoke framework
引言
方向盘作为汽车中直接与人交互的一个重要部 件，其舒适性以及结构的可靠性直接影响了人们对整 车性能的评价。镁合金作为最轻的实用金属材料，具 有比强度高，比弹性模量大，阻尼吸震性能优越和铸造 加工性能良好等优点，其在汽车方向盘骨架中的应用 也日益广泛［1］。相对于钢材汽车方向盘，镁合金方向 盘具有质量轻、抗冲击能力强等优点。目前，针对镁合 金汽车方向盘的研究，多停留在其铸造工艺方面，对于 已成型方向盘骨架的结构形式及其力学性能见诸于文 献的研究还较少［2 － 7］，因此，展开对镁合金汽车方向盘 结构形式及其力学性能的研究，具有巨大的技术价值 和广阔的商业应用前景。
表 1 AM60B 力学性能参数 Tab． 1 Parameters of material AM60BLeabharlann 参数 Parameters
密度 Density / （ kg / m3 ） 弹性模量 Elastic modulus / MPa
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目２触变＆射成彤机原理
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３触变注射戍形在镁台金骨桨上应用的分析
３１强度性能分析
方向盘骨架多采用＾Ｍ５０或＾Ｍ６０两种镁台金。表ｌ为Ａｌ｜６０ 压铸与触变注射成形（ＴｉｔＩＸＯ）材料的机械性能对比
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分析。
【芙键词】较量化
方向盘
镬台台甘颦
触蹙注射成彤
［Ａｂｓｔｉ＇ａｃｔ】ｉｎ ｒｅｃｅｎ‘ｙｅ４ｒ５，肿ｒｅ ａｎｄ
ｗｅｉｇｈｔ，ｔａｋｉ ｎｇ
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的树枝状相得到了有效的抑制和细化而成为蔷薇状或球 状。同时．由于常规铸造台金成份偏析比较严重．因此 斐形时晶界５枝晶变形抗力较大：而半崮志台台泞射成 形时，由于品粒球化而且细匀．滑移和流动阻力小．所
队变形抗力要小得多［３】。由此可知触蹙注射成形币仅组
织性能较好，而Ｈ成形性能卉面也具有优势。
２触变注射成形的工艺过程
成形工艺时．台畚枉半崮态涌度区ｒｓ】自进行热变形过程中
产生了动志再结品．不需加任何晶粒细化剂即口Ｊ拄得细晶 粒组织，消除ｒ传统铸造中的柱状晶和靼太树枝晶．园晶
的气体大幅度减少．可耻使产品孔隙度小于Ｄ ０６９％，成 形仲致密度高．机械性能妤，耐蚀能力强井使其生产过 程具有自好的一致性，模温的降低减少了产品存模具内 的收缩率．降低７产品的脱模阻力．提高了铸件的尺寸
从产拈上来看，触变成彤Ｉ艺产品生产过程中卷＾
动性半圆盎成形是在液态金属从液相到固相抟却过程巾 进行强烈搅拌．使普通铸造成形时易ｒ形成的树枝晶嗍
络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩
０ ５～０
余渡相中：这种颗粒状非枝晶的丑微组织．在固相串选 ６时仍艮有一定的梳变性．从而可利用常规的成 形Ｉ艺如压铸、挤压．模锻等实现金属的成形。触盘注射
薄件。同压铸注相比，触变注射成形方法制造的，品具
有铸造缺陷少．产品的力学性能、尺寸精度、表面和内
铸。其中以压铸的＿［岂及设备最为成热．目前国内外的 镁音盒产品多数粟川蚯铸法生产， 近年来．卫出现了触变注射成形技术（１ ｈｉ
ｘｏ
部质量高等优点。 触变注射成形技术摹十中固态成形的知识．其原理 为．在普通铸造过程中．初晶以枝晶且武长大一当固槲半
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ｔｈｉｘｏ ｍｏｌ ｍｒ女】ｌ ｉｇｈｔｅｒ．Ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｗｈｅｅｌ．№ａｌｌｏｙ
０前言
镶台台产品的牛产多采用乖力浇注、低压铸造和压
精度，零件表面质犀好，可铸墙壁厚达０ ７—０ ８曲的轻
如图２所示．触变注射成形法主要』艺过程如下：
被制成颗粒的镁台金原料（自枝品镁台金铸锭制成，其
组织仍为枝晶组织）从科斗中加入；在套筒中的镁合金
原料通过电加热转变成半固体状卷，在螺杆的剪切作用
下，在套筒中半固体盘属浆料形成丁近乎于肆形状的固
体顺粒，在注射缸的作阁下．咀相当于颦科注塑机十倍 的谜率压射到模具内战形。
表１ ｈ＾（６０压铸与触变ｉ舯成形材料＆能对ｍ
从表中可以看到，触变注射成彤的镁台金村科在力 学性能方面较压铸材料有ｒ较大程度的提高。虽然触变 注射成形产品密度较压铸产品增加４％．但利用其力学性 能的太幅度提高，可太幅降低骨架鞋计的基本厚度。
＠＠
（ａ】常规铸造舍壹
（ｂ）半目盎舍仝 图ｌ｛Ｒ条件Ｔ舍金金抽组ｇ【”
精细化、组纵升布均匀、体收缩减少、热裂倾向Ｔ降，摹
体上消除了缩挫倾向，力学性能大幅度提高。图ｌ（ａ）、 （ｂ）所小为铸造台金和半固态台金的金相组织。 山图中可咀看出，在常规铸造条件下台金成份偏析
比较严重，半固态合金的组织则发生了明显变化，初生
达到０ ２左右时，枝品就，ｇ成连续删络骨架，失击宏观流
ｍｕＩ ｄｌｎｇ）过新的镁台盘产“生产技术，并存３ｃ产“中
得以＾量戍用。同传统Ⅸ铸相比．触变注射成形的产品 力学性能更舟，在满足相『日机械性能的前提下，短过降 低壁厚，为减轻产品ｔ量提供丫可能性。 １触变注射成形与压铸对比 传统的压铸Ｅ艺需要将镁锭进行高温熔化并浇注Ｆ 模具中，为避免钱台盒熔涟在高温中出现爆炸等危险， 需填充ＳＦ６气体进行保护，而ＳＦ６时大气臭氧层具有强烈 的破坏作用。触蹙注射成群Ｔ芝通过加热将铗粒变成半 阎体状拳，再经过娄似注射成形Ｉ岂的方法挤＾模具 进行生产，放尢需熔化及浇注过榉，从而避免ｒ镬材料 爆炸的可能性，能够消赊由于使用ＳＦ６气体而造成的臭 氧层破坏。同时．’传统压铸相＆模ｎ温度降低证约 ｌＯＯｌ：，有助于提高摸且寿命，生产过程也较为清洁。
镁合金触变注射成形工艺在方向盘骨架上的应用分析
立／奥托立夫汽车安全系统研发有限公司ｌ、松林 【摘要】近年束，降低祭’＝币量Ｌ成为汽车行ｑｋ越来越重要的课题，各整乍』积极Ｈ轻合金世台娃材｝＋束替代 侣统的制材．推动汽车轻虽化的设ｌ｝。镁告盘由于萁低密度、高强度厦韧度、优秀的压铸性能和延伸宰厦良好的吸 能性、可Ｈ收性等，ｃ成为汽牟｝ｒ业大量应用的材料。现方向盘镁合金骨架多以压铸为主。能台在此基础上吏进 步，利用触变注射成，ＢＴ艺的优势，进一步降低骨架的重量。本文探讨了触变注射成形Ｉ。艺在方向盘骨架ｈ的应用