汽车座椅轻量化结构设计与优化
汽车座椅的布置与设计

汽车座椅的布置与设计:打造舒适与美观并存的驾乘空间一、座椅布局合理性1. 空间最大化利用在汽车座椅布置与设计中,要考虑的是空间的最大化利用。
通过对座椅的合理布局,确保每位乘客都能享有充裕的腿部和头部空间,提升乘坐舒适度。
2. 功能区划分明确座椅布局应与车内功能区域划分相协调,如驾驶区、乘客区、储物区等,确保各区域功能明确,互不干扰。
二、座椅材质选择1. 舒适性材质座椅材质直接影响乘坐体验。
应选用透气性好、柔软度适中的材料,如高级皮质或透气织物,为乘客提供舒适的触感和支撑。
2. 耐用性与易清洁三、座椅人体工程学设计1. 符合人体曲线2. 调节功能座椅应具备多种调节功能,包括前后移动、座椅角度调整、头枕高度调节等,以适应不同身高和体型的乘客需求。
四、座椅安全性能1. 固定与保护座椅设计需确保在行车过程中的安全性,包括可靠的座椅固定系统和碰撞时对乘客的有效保护。
2. 安全配置配备安全带、安全气囊等安全配置,提高座椅的安全性。
安全配置的设计应与座椅布局相协调,确保在紧急情况下能够发挥最大作用。
五、座椅美观性1. 设计风格统一座椅设计风格应与车内整体设计风格保持一致,通过色彩、纹理、线条的搭配,营造出和谐统一的内饰氛围。
2. 细节装饰在座椅的边缘、缝线等细节处加入装饰元素,如对比色缝线、品牌标识等,提升座椅的整体美观性和品牌识别度。
六、座椅智能化集成1. 智能化调节系统随着科技的发展,座椅可以集成更多智能化调节系统。
通过传感器和记忆功能,座椅能够自动调整到驾驶员或乘客的偏好位置,提供个性化体验。
2. 温度控制智能座椅配备的温度控制系统,可以根据乘客的需求和外界环境自动调节座椅温度,保持乘坐时的舒适度,特别是在极端气候条件下,这一功能尤为重要。
七、座椅健康考量1. 腰部支撑与保健考虑到长时间驾驶可能对腰部造成的压力,座椅设计应包括可调节的腰部支撑,以减轻腰部负担,预防腰肌劳损等健康问题。
2. 透气性与散热八、座椅环保理念1. 可持续材料在座椅材料的选择上,应优先考虑环保和可持续性。
汽车座椅设计与发展趋势探讨

车辆工程技术4车辆技术汽车座椅设计与发展趋势探讨徐 琳(广汽零部件有限公司技术中心,广州 510447)摘 要:我国汽车行业正在迅速发展,汽车座椅作为汽车最大的内饰部件,受到越来越多的关注。
汽车座椅设计师需要不断突破创新,提升开发效率,提高座椅品质。
为此,对现有的汽车座椅市场状况以及未来的发展趋势进行分析探讨,也更有利于汽车座椅的设计开发。
关键词:汽车座椅;骨架设计;要点分析;发展趋势1 概要 随着社会经济水平的不断提升,汽车的发展和应用越来越普及。
汽车在人们出行代步、休闲娱乐、商务接待等过程中发挥了很重要的作用。
汽车座椅作为汽车最主要、且与人们接触最多的内饰部件,也得到大家越来越多的关注和重视。
有市场调查表明,汽车座椅已成为消费者选购汽车的主要因素之一。
因此,高品质的汽车座椅设计成为汽车设计人员的重要研究。
其中,汽车座椅骨架是汽车座椅的重要组成部分,设计出优异的骨架结构对座椅整体的安全性、舒适性、功能性都有很大的作用。
2 汽车座椅概述2.1 汽车座椅结构组成 按照汽车座椅设计过程,座椅主要由骨架、发泡、面套、塑料护板、调节机构、功能附件及头枕总成等几大类组成。
2.2 汽车座椅设计基本要求 (1)静态特征良好:座椅的尺寸大小、形状曲线、硬度分布等满足人体的舒适坐姿,有合理的体压分布,有良好的表面触感,能减少驾驶和乘坐的疲劳感。
(2)动态特征良好:座椅要有足够的强度和硬度,在汽车行驶或发生碰撞时,能够减少及和缓车身传递的冲击和振动,不会或能减轻对乘员的伤害,保证乘员的安全。
(3)调节性良好:座椅的手柄、按钮等操作要满足操作舒适性、操作方便性和视野良好性等。
(4)座椅要有足够的结构强度、刚度、扭转度、寿命等,能够提供足够的安全性。
(5)座椅要有良好的造型走线、色彩等,与汽车内饰相协调。
图1 汽车座椅结构示意图3 座椅骨架设计研究3.1 座椅骨架结构组成 座椅骨架是汽车座椅的主体部分,主要有靠背骨架和座垫骨架组成;骨架结构包括骨架基础结构和功能机构;骨架的基础结构包括靠背骨架和座垫骨架的框架总成、支撑钢丝、支撑悬挂,一般是钣管结构和线状结构,通过焊接的方式组合而成;功能机构一般包括滑轨总成、调角器总成、调高器总成等,可以实现座椅的水平、高度及前后的调节,以适应不同身材的乘客。
汽车结构的轻量化设计措施分析

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 汽车结构的轻量化设计措施分析贾朝贝郑州科技学院 河南省郑州市 450000摘 要: 汽车工业要发展,在目前必须要满足环保要求,汽车轻量化设计可实现节能减排,但轻量化设计不是单纯减重,而是要保证安全性能的前提下去减重,因而如何进行轻量化设计值得探索,本文中重点对此进行了分析讨论,探析了目前市面上主流的轻量化设计方法措施,仅供参考。
关键词:汽车 轻量化设计 方法措施轻量化在当前汽车设计制造产业当中是一个比较主流的方向,与新能源车具有相当的地位,在传统发动机技术发展陷入瓶颈,新能源汽车受限于电池的情况下,轻量化成为了一种非常关键的解决手段,通过轻量化来实现节能减排。
但汽车轻量化,不是单纯减轻汽车的重量,而是在减轻重量的同时提升性能,因此分析讨论如何去进行轻量化设计,具有非常典型的价值意义。
1 轻量化设计概述1.1 轻量化产生背景轻量化设计是目前国内外汽车设计制造技术中的主要发展方向之一,与环保和安全具有同等地位,随着人们环保意识增强,汽车工业要发展,必须要走可持续发展道路,而可持续发展显然必须要实现节约资源、减少消耗,对于汽车工业而言,要达到相关要求,已经得到公认的路径包括提高发动机效率、新能源和轻量化。
汽车的节能环保通常情况下是降低油耗或提高燃油效率,降低或者清洁排放尾气。
在提高发动机效率方面,由于传统发动机不管是柴油机还是汽油机,实际上都已经达到了一个相当高的水准,现阶段主要是通过对发动机进行微量调整并利用汽车电子技术来提高发动机的效率,但效果并不是很理想,仅仅只能说达标。
而新能源汽车在环保上的效果最佳,但是问题在于由于电池的限制,新能源车的发展还需要走很长的一段路,而轻量化技术,在保证汽车安全性的基础上去降低汽车的自重来实现能耗的下降,它可以作为提高发动机能效,甚至是新能源车能效的一种基础技术手段,在当前发动机技术、新能源车技术尚未出现巨大突破之前,轻量化将是节能减排的主流技术手段。
客车座椅轻量化的CAE优化分析

表 1 轻量化材料对比表
序号
零部件
零件相对成本 材料相对成本 减重幅度/%
1
铸铁
1
1
比较基准
2
铝铸件
1
1.8 ̄2.2
50 ̄60
3
镁铸件
1
3
65 ̄75
4
软钢11Fra bibliotek比较基准
5
高强度钢
1
1.1
20
6
铝合金
2
4
40 ̄50
7
复合材料
0.8
3
25 ̄35
结构拓扑优化的基本概念 :通过进化法与退化法对需 VAVE 优化的拓扑优化求解问题转化为求解优化区域内材料 的最佳分布,使相应分件“优胜劣汰、适者生存”的选择理念 以获得最优化结果,退化法即传统的优化方法,是通过 CAE 分析找到材料共性与临界点的最佳分布状态且能满足产品 物性与力学及耐久的性能要求 ;②现代拓扑优化设计方法中 基本上都要用到有限元方法,在连续体拓扑优化过程中,是 通过有限元法将优化区域内的材料离散为有限个体单元或 壳单元,然后通过连续的优化求解,获得最终的优化结果。
GB11550—2009《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》的法规进行座椅动态测试,介于动态检测验证费用,且存
在较多的不确定性,就必须在开发过程中对座椅进行 CAE 安全带固定点强度与静态分析,对照在厂内实验室的
电脑伺服控制头枕冲击试验机与电脑伺服六轴座椅强度试验机对汽车座椅安全带固定点强度、座椅总成强度以及
标准的 CAE 有限元分析流程:首先运用 Hypermesh 建模 进行前处理,导入 CATIA 数模;在样品、样车前模拟零部件 甚至整椅性能和工作状况避免传统的(设计—试制—测试— 改进设计—再试制)重复过程,减少时间上的浪费,缩短了 开发周期,减少人力、物力各财力的消耗而降低开发成本, 改变为(设想优化—设计—CAE 虚拟试验—建立—试验—产 生利润)。
某轿车后排座椅骨架CAE分析及轻量化设计

某轿车后排座椅骨架CAE分析及轻量化设计随着现代科技的快速发展,汽车作为一个重要的交通工具,不断地在各个方面得到了升级和完善。
其中,座椅骨架作为一项关键的结构部件,其性能和质量直接关系到乘坐者的安全和舒适性。
本文将针对某轿车的后排座椅骨架进行CAE分析和轻量化设计。
首先,进行了有限元分析(FEA),对后排座椅骨架进行了模拟载荷和应力分析,发现主要受力部位为座椅横梁、底横杆和支撑柱。
经过计算和优化,设计出了一种新的轻量化骨架结构——采用高强度铝合金材料,配合特殊的构造,将骨架重量成功减少30%以上。
针对新的骨架结构,进行了数值模拟,发现其强度和刚度性能均达到了设计目标。
同时,在这种轻量化设计的结构下,座椅的舒适性和稳定性也得到了提升。
在性能方面,新的座椅骨架在刚度、耐久性和抗振性方面均有了明显的提升,同时,采用铝合金材料和特殊的结构,也有助于座椅整体重量的降低,使得车辆的油耗和环保性能更加优秀。
此外,新的座椅骨架还具有其他优点,例如加工成本低、易于维修和更换、可适应多种型号的轿车等等。
同时,为了平衡结构的轻量化和强度性能之间的关系,在设计过程中还采用了多项优化手段,例如推动点优化、材料选择和结构优化等,将座椅骨架的质量和强度性能进行了最优的组合。
综上所述,对某轿车的后排座椅骨架进行了CAE分析和轻量化设计。
新的结构采用高强度铝合金材料,经过数值模拟优化,将骨架重量减少了30%以上,同时其强度、舒适性和可靠性能均得到了提升。
通过优化设计和多种优化手段的应用,使得结构的轻量化和强度性能之间达到了最佳的平衡,为轿车的性能和质量带来了进一步的提升。
随着汽车市场的竞争加剧,轿车厂商越来越注重轿车的舒适性、安全性和环保性能,因此轻量化设计成为汽车设计的重要方向之一。
在这个背景下,轿车座椅骨架的轻量化设计也越来越受到关注。
在本篇文章中,我们将介绍座椅骨架的轻量化设计和其对轿车整体性能的影响。
座椅骨架是座椅的支撑结构,通常由金属材料制成。
新能源汽车座椅轻量化设计的探讨

新能源汽车座椅轻量化设计的探讨
首先,座椅轻量化设计可以提高车辆的能源利用效率。
在动力系统相同的情况下,车
辆整体质量越轻,所需的动力就越小。
轻量化设计可以减轻座椅自身的重量,降低车辆整
体重量,使车辆在同样动力的情况下行驶更远,相应地提高了汽车的能源利用效率。
此外,在新能源汽车中,轻量化设计有助于延长电池的使用寿命,进一步提高能源利用效率。
其次,座椅轻量化设计可以提高汽车的安全性能。
座椅是汽车安全性的重要组成部分,其设计直接影响着汽车的安全性能。
座椅轻量化设计可以通过提高材料强度、结构刚度等
手段来增强座椅的抗冲击力和承载能力,从而提高汽车的安全性能。
此外,轻量化设计还
可以降低汽车的重心,提高整车的稳定性和操控性,提高车辆的安全性。
最后,座椅轻量化设计可以提高汽车的舒适性。
舒适性是用户选择汽车的重要因素之一,而座椅是影响车内舒适性的重要因素。
座椅轻量化设计可以通过优化座椅结构、布艺
材料等方式来提高座椅的舒适性。
轻量化座椅可以提高车辆内部的空间利用率,增加车内
的活动空间和储物空间,从而提高车辆的舒适性。
总之,座椅轻量化设计可以提高车辆的能源利用效率、安全性能和舒适性。
因此,对
于新能源汽车制造商来说,将座椅的轻量化设计作为提高汽车性能的重要手段之一,不仅
有助于提高产品竞争力,还有助于推动整个汽车工业的可持续发展。
新能源汽车座椅轻量化设计的探讨

新能源汽车座椅轻量化设计的探讨随着新能源汽车的快速发展和普及,汽车制造企业对车身轻量化和能源利用效率的要求越来越高。
在这种趋势下,车辆座椅作为汽车零部件之一,在保证舒适性和安全性的前提下,也需要重视轻量化设计。
本文将探讨新能源汽车座椅轻量化设计的现状和展望。
一、座椅轻量化的必要性座椅是汽车内部装配的重要零部件,对于整个汽车的重量占比较大。
根据统计,座椅的重量占整个汽车的5%-7%左右。
因此,座椅轻量化具有十分重要的意义。
1. 提高车辆的能效座椅轻量化可以降低汽车重量,进而减少车辆能源消耗,提高车辆的燃油效率,提升整个汽车的能效。
2. 减少环境污染座椅轻量化可以降低汽车排放的气体量,减少环境污染,符合低碳环保的社会需求。
3. 促进汽车产业的健康发展座椅轻量化可以提高汽车的整体竞争力,促进汽车产业的健康发展。
座椅轻量化的设计思路主要有以下几种:1. 采用轻量化材料轻量化材料的应用可以大幅降低座椅的重量。
目前,座椅轻量化材料主要有碳纤维、铝合金、镁合金、塑料等。
这些材料具有密度小、强度高、耐腐蚀、易成型等优点,是以后座椅轻量化设计的主要发展方向。
2. 优化座椅结构设计座椅的结构设计应该从优化材料布局、减小材料厚度、减少零件数量等方面考虑。
座椅的结构设计可以根据座椅功能需求进行分析,以达到材料最优使用的效果。
3. 座椅部件的标准化设计座椅部件的标准化设计可以降低生产成本,提高生产效率,同时也有助于降低座椅材料的使用量和减少产生浪费。
座椅的轻量化不仅仅是单一的座椅部件轻量化,还需要考虑座椅系统的整体优化设计,包括座椅内部结构、舒适性体验、车辆空间利用等方面。
未来座椅轻量化的发展趋势主要是朝着高性能、高品质、轻量化、数字化、智能化、乘客定制化等方向发展。
未来座椅需要在保证安全性、舒适性的前提下,要求具有更高的性能,如更加高效的能量吸收、更快的反应速度、更好的支撑性和缓冲性等。
2. 高品质座椅的高品质主要包括座椅材料的选用和工艺的改进,可以提高座椅品管水平,增强车辆的品牌形象。
新能源汽车座椅轻量化设计的探讨

新能源汽车座椅轻量化设计的探讨随着全球环境问题的日益突出,新能源汽车在各国的政策扶持下正逐渐成为汽车行业的发展方向。
而座椅作为汽车的重要部件之一,轻量化设计对于新能源汽车的高效能源利用和减少环境污染具有重要作用。
本文将探讨新能源汽车座椅轻量化设计的相关问题。
新能源汽车座椅轻量化设计的目标是降低整车的重量,从而提高能源利用效率。
传统的汽车座椅多采用金属材料,如钢铁、铝合金等,这些材料比较重,对整车的重量产生较大影响。
新能源汽车座椅的轻量化设计需要选择轻质材料,如高强度轻质合金材料、高性能复合材料等。
还需优化座椅的结构设计,减少材料使用量,提高材料利用率。
新能源汽车座椅轻量化设计需要兼顾座椅的安全性和舒适性。
座椅是汽车中与乘坐者直接接触的部件,安全性和舒适性是其设计的重要指标。
新能源汽车座椅的轻量化设计不能牺牲座椅的安全性和舒适性。
在选择轻质材料的还需要保证座椅的结构强度和稳定性,以及舒适性的设计,如提供良好的支撑和坐姿调节功能。
新能源汽车座椅轻量化设计的成功还需要充分考虑座椅的制造成本和可持续性。
目前,新能源汽车的市场需求正在不断增加,为了降低产品成本和提高竞争力,座椅的制造成本也需要得到控制。
在轻量化设计中,需要选择经济适用的材料和工艺,同时充分考虑材料的可回收性和可再利用性,以实现座椅的可持续发展。
新能源汽车座椅轻量化设计需要与整车的整体设计相结合。
座椅作为汽车内部的一个功能部件,需要与其他部件进行协调,以实现整车的整体设计目标。
在轻量化设计中,需要与整车工程师、座椅设计师和材料科学家等进行紧密配合,尽可能在不影响整体性能的前提下降低座椅的重量。
新能源汽车座椅轻量化设计需要选择轻质材料、优化结构设计,兼顾安全性和舒适性,控制制造成本,实现可持续发展,并与整车的整体设计相结合。
这将为新能源汽车的高效能源利用和减少环境污染提供重要支持。
新能源汽车座椅轻量化设计也是汽车行业技术创新的重要方向之一。
希望本文的探讨能够为新能源汽车座椅轻量化设计提供一些有益的思路,并促进相关技术的进一步发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
汽车座椅轻量化结构设计与优化摘要:随着汽车总保有量的不断增加,汽车与能源、环保之间的矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。
面对低碳时代的到来和节能减排的巨大压力,汽车轻量化是解决这一问题最有效、最现实的途径之一。
从而推动了新材料新工艺在汽车工业中的应用和发展。
其中,尤为引人注目的是铝合金在汽车轻量化中的应用和发展。
本文从座椅骨架材质轻量化、结构优化设计及成形工艺分析等方面入手对汽车座椅进行了轻量化设计研究。
关键词:汽车座椅;轻型化;结构设计;铝合金;低压铸造随着汽车总保有量和新增量的不断增加,汽车耗油量及汽车二氧化碳、有害气体及颗粒的排放量也在快速增加。
在能源日益紧缺,环境同益恶化的今天,这种矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。
面对能源危机和低碳环保的巨大压力,解决这一矛盾最有效、最现实的方法之一,也是当今世界汽车工业发展的潮流,就是实现汽车的轻量化。
1.汽车轻量化概念汽车轻量化(Lightweight of Automobile)就是必须在保证汽车使用性能,如强度、刚度和安全性的前提下,降低汽车的重量,从而提高汽车的动力性能,燃油经济性,并且降低废气污染。
汽车轻量化并不只是简单地降低汽车重量,还包含了许多新理论、新材料、新工艺。
根据美国铝协会研究,若汽车整车重量降低10%,其燃油效率可提高6%~8%;汽车整车重量每减少100kg,其百公里油耗可降低O.3~0.6L,二氧化碳排放量可减少约59/km。
总的来说,实现汽车轻量化主要有2种途径:一是利用有限元方法,拓扑优化方法改进汽车整车结构及零部件结构,实现结构件材料分布最优化;二是利用各种轻量化材料,包括高强度钢板材料和轻质材料。
结构轻量化设计就是利用有限元法和现代优化设计方法进行结构分析和结构优化,以减轻汽车车身、各零部件如发动机、承载件件和内饰件的重量。
结构优化设计即在保证产品达到某些性能目标(如强度、刚度)并满足一定约束条件的前提下,改变某些设计变量,使结构的重量最轻,这不但节省了材料,也便于运输和安装。
优化设计以数学规划为理论基础,将设计问题的物理模型转换成数学模型,运用最优化数学理论,以计算机和商业软件为优化工具,在充分考虑多种约束的前提下满足设计目标的最佳设计方案。
有限元法在结构设计中被广泛使用,它可以使任何复杂的工程问题,简化为有限元模型进行分析研究。
目前广泛使用的结构优化工具Altair Optistruct,以有限元法为基础,提供拓扑优化、尺寸优化、形貌优化、自由形状优化等多种优化方法,可以对汽车车架结构及各零部件结构进行分析和优化。
在有效满足设计功能及外型要求的前提下,先经过概念设计在到详细设计,寻找设计区域最优的材料分布,使得结构最轻,性能最佳,尽可能使零部件中空化、薄壁化、小型化、复合化,大大提高设计效率。
汽车轻量化材料主要有两大类:一类是具有较低密度的轻质材料,诸如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等;另一类是高强度材料,如高强度钢板,超高强度钢板等。
目前,汽车轻量化主要以汽车轻量化材料为主要实现途径。
汽车制造工业中已大量应用的轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金和塑料、碳纤维、树脂基复合材料等。
汽车轻量化材料的研发和选用需考虑的因素有:一是具有较小的密度、较高强度的轻质材料,像铝合金、镁合金、塑料类材料、各种复合材料;二是在同样密度和弹性模量下而比强度高、工艺性能好的材料,这种材料做成的结构件可以采用较小的截面抵抗较大的载荷;三是基于新型材料成形技术的轻量化结构材料,如金属基复合材料板激光焊接板材、连续挤压变截面铝合金型材、适合各种精密铸造成形的铸造铝合金材料等。
方案一和二是通过更换汽车零部件材料种类来实现轻量化目的,方案三是通过采用新型材料结合先进成形技术来达到轻量化。
在各轻质材料中,铝合金材料在汽车上的应用尤为显著,一些非金属材料的比例也逐步增加。
2.汽车座椅轻量化设计方法及发展趋势汽车座椅结构优化的目的,首先是保证甚至提高座椅的静态性能及动态性能,其次是减轻自重,降低制造成本,提高经济性。
座椅的轻量化设计,主要是座椅骨架的轻量化,实现座椅轻量化的途径跟上述汽车轻量化一致。
一是通过使用轻质材料,二是利用有限元对骨架进行结构优化设计,三是通过采用新的制造工艺来达到轻量化的目的。
实际工程中,一般会综合运用两种或两种以上手段相互结合的方法。
2.1. 轧制型材钢管座椅骨架用轧制钢管座椅骨架代替冲压钢板骨架是目前大部分国产客车座椅轻量化设计的主要手段,这种轧制钢管材质一般为Q235钢,具有良好的强度和刚度,而且座椅结构简单、生产工艺简单、模具成本低、需要的压力机吨位小,更具经济性,所以轧制钢管座椅开始大量应用在客车、卡车和低档轿车上。
但是这种座椅相比轻合金座椅,重量较大,对于一般客车(50.60座),座椅重量占整车相当大比例,不符合轻量化发展之潮流。
2.2. 铝合金座椅骨架采用铝合金代替原Q235钢设计制造汽车座椅骨架,这是采用轻质材料实现汽车座椅轻量化的一个代表,它的优势主要体现在:2.2.1.大大减轻了座椅的重量,使大型客车整车质量下降,提高燃油经济性,且铝合金座椅减震效果好,提高了乘坐舒适性。
2.2.2.采用铸造铝合金整体式零部件,能够有效减少零件的数量,明显减少了零件焊点数量,焊接应力减小,座椅的总成静强度提高。
另外装配工序减少,降低了制造成本。
2.2.3.采用低压铸造成形工艺,能有效提高材料利用率。
另外,压力下充型平稳可控,铸件组织致密,具有良好的综合机械性能。
低压铸造件还可热处理强化,进一步提高铸件的强度。
汽车座椅轻量化设计,作为汽车轻量化的一部分,在国际汽车行业内的发展讯速,但是我国在这一方面起步较晚,技术还不成熟,所以利用有限元等先进手段进行镁铝合金在汽车座椅零部件上的应用研究,具有广阔的前景和极高的工程应用价值。
3.低压铸造成形在汽车轻量化中的应用3.1.低压铸造的优越性低压铸造具有充型能力强、平稳可控,生产效率高,经济性好等诸多优点而被广泛用于汽车用铝合金铸件生产。
此外,低压铸造件还可以热处理强化,因此该方法主要应用于中、大型复杂薄壁、优质铸造铝合金件上。
低压铸造的优越性概括起来主要有:3.1.1.充型能力强。
低压铸造中压力作用提高了合金液的流动性,有利于生产复杂薄壁铸件。
3.1.2.充型平稳可控。
根据铸件的不同结构和铸型的不同材料来确定不同的加压规范。
这种加压可控性减少或避免了合金液在型腔内的冲击、飞溅现象,从而减少了氧化夹渣的形成,避免或减少铸件的缺陷,提高了铸件质量,合格率一般可达95%左右。
3.1.3.补缩能力强。
铸件在压力作用下结晶和凝固,补缩能力强,组织致密,综合机械性能高。
3.1.4.金属利用率高,工艺出品率可达80~95%。
低压铸造可以不用或少用冒口且浇注系统简单,尚未凝固的金属液可流回坩埚中,减少金属的损耗。
3.1.5.低压铸造基本上可用于各种铸造合金,对合金材料的适用范围广,有色合金和铸铁、铸钢均可使用此工艺。
3.1.6.易于实现自动化、机械化,较压铸投资小。
3.2. 大型铝合金薄壁件低压铸造发展趋势铝合金具有前述的一系列优点,被称为汽车轻量化最理想的材料。
低压铸造具有充型能力强、充型平稳可控、结晶凝固时补缩能力强,铸件质量好等优点,是一种比较先进的反重力铸造工艺,越来越被各国所重视,逐步扩大该工艺在汽车用大型铝合金结构件上的应用规模。
低压铸造自20世纪20年代发明后,已得到较大发展。
欧美发达国家早在上世纪80年代就利用低压铸造生产出了大型铝合金铸件,已广泛应用于航空、军工、电工电子、汽车等领域。
俄罗斯GNPP Splav公司开发的局部水冷低压铸造法成功生产出一种铝合金防空导弹壳体;美国采用低压铸造法生产巡航导弹舱体;我国也有不少企业利用低压铸造生产一些大型军用,民用产品。
大型复杂铝合金铸件的成形问题是主要问题,而低压铸造的特性恰恰能很好的解决这一问题,因此低压铸造是大型薄壁件最适宜的生产方法。
大型复杂铝合金铸件的砂型低压铸造技术及适宜设备正在发展之中,有不少问题值得研究,例如,目前电磁泵充型的低压铸造机只用于较小的铸件,将来能否用于大型件;气压充型液面加压系统控制水平如何进一步提高,以获得更理想的充型速度:低压铸造条件下大型件的冒口补缩能力及保压压力对铸件补缩特征的影响;低压铸造用铸型涂料的基本特征对铸件质量影响等。
3.3. 低压铸造数值模拟低压铸造同样会产生许多铸造缺陷,铸件质量难以保证,这些缺陷的产生与低压铸造工艺密切相关。
传统低压铸造工艺的制定、改进及优化需反复试验、分析才能最终确定,从而导致整个产品的开发周期过长,开发成本较高,严重制约了低压铸造技术的发展。
近年随着计算机硬件及软件技术的发展,计算机模拟仿真也进入了铸造行业,各种商业仿真软件大量出现,如Procast,Magmasoft,Flow一3D,Anycasting,华铸CAE等。
应用数值模拟软件对低压铸造充型凝固过程进行数值模拟,可通过计算机屏幕直接观察金属充型和凝固过程,分析整个低压铸造过程中各因素(如加压速率、升液管直径、背压、升液速度和模温)对铸件成形质量的影响,从而有助于及早发现铸件中可能存在的缺陷,可对工艺进一步修改和优化提供理论依据。
这样便减少了试制次数,缩短了开发周期,节约开发成本。
低压铸造数值模拟技术尚不完善,目前正在深入研究的方向一是考虑多种边界条件和完善热物性参数,使得充型过程数值模拟更能接近于实际充型情况,同时非线性加压工艺的研究也是一大热点。
二是研究压力条件下的缩松判据,使得低压铸造数值模拟更加准确,闻星火等学者已在此方面做出很大贡献。
三是研究大型铸件应力场的数值模拟。
主要侧重于铸件应力、变形的影响因素以及工艺参数对模具热疲劳、寿命的影响等问题。
国内外很多研究人员直接使用大型通用分析软件ANSYS,NASTRAN,ABAQUS,MARC,PANTRAN等进行铸造应力场的模拟仿真。
4. 结束语汽车的轻量化就是在保证整车强度和刚度的前提下,通过结构的轻量化设计及轻量化材料的使用,达到减轻整车质量的目的。
此举可以有效降低二氧化碳等有害气体及颗粒的排放,提高燃油经济性,因此,汽车轻量化是现代汽车设计的主流。
总体来说,轻量化的发展主要有3个方向:一是利用CAE有限元分析优化整车骨架及各零部件结构,二是采用各类轻量化材料及成型方法。
目前普遍应用的轻量化材料一类是高强度钢板,另一类就是轻金属材料如镁、铝合金,塑料及碳纤维材料等;新的成形方法主要有液压成形、激光拼焊板成形,及针对金属材料开发的半固态成形、各种压力成形、粉末冶金等。
参考文献:[1]张纯亮,李临涪,李赞.汽车轻量化技术综述[J].河南科技,2011(11):72.[2]陈晨.客车轻量化的措施与瓶颈[J].商用汽车,2008(8):38—39.[3]裴建杰,许志华.汽车轻量化材料的应用[J].内燃机与配件,201 1(1 0):18—20.[4]高元伟.浅析“低碳”经济下的汽车轻量化[J].科技风,2011(3):52—53.[5]石秀忠,孟延东.汽车轻量化进程中铝材的应用趋势[J].黑龙江科技信息,2009(29):51-52.[6]蔡立群.汽车车身的铝化及其成型[J].世界汽车,1995(4):16—17.[7]孙丹丹.铝合金一未来汽车材料的先导[J].上海汽车,2003(6):38—40.[8]孙凌玉等,姚迎宪.车身薄壁梁结构轻量化设计的理论研究[J].北京航空航天大学学报,2004,30(12):1163-1167.[9]范叶,杨沿平,孟先春等.汽车轻量化技术及其实施途径[J].汽车工业研究,2006(7):40—42.[10]鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].轻型汽车技术,2007(6):22—25.6。