基于液态模锻的汽车悬架控制臂模具设计研究

常　影，于振文，杨姗姗，梁丽青，修文翠

（吉林农业科技学院机械工程学院，吉林132101）



基于液态模锻的汽车悬架控制臂模具设计研究

常影，于振文，杨姗姗，梁丽青，修文翠

（吉林农业科技学院机械工程学院，吉林132101）

摘要：本文通过对逆向造型后得到的汽车悬架控制臂模型进行性能、特点及其加工工艺分析，并对液态模锻加工工艺进行研究，然后基于液态模锻对汽车悬架控制臂进行了模具设计。较以往的锻造加工来说，液态模锻具有比较明显的优势，既满足了当前对汽车生产的大批量需求，又保证了成形件的质量。同时，大大提升了材料的利用率，节约了能源，降低了生产成本，增强了企业竞争力。

关键词：液态模锻；汽车悬架控制臂；模具设计；加工工艺

汽车悬架控制臂是汽车悬架系统的重要零部件，对汽车行驶的平稳性有着至关重要的作用[1]。近年来，我国汽车需求量越来越大，制造水平也在不断提高，对汽车转向系统的性能及质量要求也逐渐提高。由于汽车悬架控制臂是决定汽车平稳性的重要零件之一，因此对其性能质量要求也更高。以往的汽车悬架控制臂大多应用锻造进行加工，该工艺存在着很多的缺点。针对此问题，本文采用液态模锻对汽车悬架控制臂进行加工。液态模锻是铸锻结合的成形工艺，不仅工艺简单、成本低，而且工件的质量和性能较高，因此在机械领域有着广泛的应用[2]。

1　汽车悬架控制臂的逆向造型

汽车悬架控制臂的曲面结构复杂，不易于获得复杂曲面部分数据，正向建模周期较长，也不利于产品的开发和改进。结合汽车悬架控制臂的结构特点，本文采用逆向建模对汽车悬架控制臂进行模型重建，基于三维软件快速得到汽车悬架控制臂模型。与传统的正向建模方法相比，逆向建模不仅缩短汽车悬架控制臂模型的设计和开发周期，还降低了企业的生产和研发成本。得到汽车悬架控制臂模型实体如图1所示。

图1　汽车悬架控制臂模型实体

2　汽车悬架控制臂的性能分析

为了确保汽车在行驶过程中的安全性，还需对汽车悬架控制臂进行受载状况分析、强度分析及疲劳分析[3]。在实际的工作状况下，汽车悬架控制臂经常会受到不同的扭转力作用，随着受力次数的增加，汽车悬架控制臂的某些部位会出现疲劳破坏。然而汽车悬架控制臂的强度及疲劳特性影响着汽车悬架系统的可靠性。因此，汽车悬架控制臂的疲劳寿命是设计过程中必须要考虑的重要环节之一。本文结合汽车悬架控制臂的实际受载状况，应用软件对汽车悬架控制臂的三维模型进行疲劳分析和仿真分析，验证汽车悬架控制臂模型的设计是否合理。得到有用的疲劳强度数据，为实际生产提高效率并减少成本。

在分析软件中，得到汽车悬架控制臂的应力分布图，如图2所示。从静力学的角度分析，该汽车悬架控制臂的模型符合设计要求，能够满足在实际工况下的安全性能需求。

图2　汽车悬架控制臂的应力图

然后对汽车悬架控制臂进行疲劳分析，分析结果可以得到，汽车悬架控制臂的最小寿命循环为1.99e7次，达到了设计要求的循环次数。

3汽车悬架控制臂的结构特点及加工工艺

汽车悬架控制臂是较复杂、锻造难度较大的零件，以往汽车悬架控制臂常采用锻造工艺进行加工，但难以保证工件的质量。随着我国经济的迅速发展，对汽车的需求量更是持续增长，企业的生产批量逐渐扩大，制造水平也日益提高，人们对汽车的舒适度要求也越来越高。汽车悬架控制臂形状复杂，对其质量要求也是越来越严格，要求满足一定的尺寸精度和表面光滑度。因此，结合中小型企业实际生产需要，采用液态模锻工艺代替传统工艺生产汽车悬架控制臂锻件，其质量将优于传统工艺。而且液态模锻加工控制臂也能满足目前汽车的大批量需求。液态模锻结合了铸造和锻造两种工艺特点，在汽车悬架控制臂的加工制造中更具有优势。

4　模具设计

4.1汽车悬架控制臂加工工艺方案

采用液态模锻加工汽车悬架控制臂工件，其模具的凸模通过直接加压于金属液成形。由于汽车悬架控制臂整体曲面结构复杂，所以凹模采用左右两部分。液态模锻加工汽车悬架控制臂时，凹模需要固定在机床的工作台上，成形时通过凸模对金属液直接加压成形；成形结束后，先将凸模抽出，然后分开左右两个凹模，即可取出汽车悬架控制臂的液态模锻成形工件。

4.2汽车悬架控制臂参数设计

由于金属液的冷却，加工工件的体积收缩值会很大，所以在对汽车悬架控制臂液态模锻模具进行设计加工时需要考虑这个影响。材料选取铝合金，其性能满足汽车零部件需求。查常用合金的体收缩率％表[4]，铝合金的体收缩率为3.7～ 4.1％，取4.0％；线收缩率为0.36～0.6％，取0.5％。

4.3汽车悬架控制臂模具设计

应用CATIA三维软件设计出汽车悬架控制臂液态模锻模具爆炸图，如图3所示。

图3　模具爆炸图

5　结论

本文对汽车悬架控制臂的建模、加工工艺及液态模锻加工工艺进行了探索与研究，该研究对汽车悬架控制臂的生产加工具有一定的借鉴意义，弥补了汽车悬架控制臂传统加工方法的不足。对于汽车悬架控制臂这样复杂零件，铸造和锻造可以快速的形成产品，但在加工过程中也会产生一系列的误差，应用液态模锻加工工艺加工汽车悬架控制臂，它不仅可以提升材料的利用率，而且还节约能源，提高了产品的质量，降低了生产成本，增强了企业的竞争力。

参考文献:

[1]阎树田，张俊峰，张雪，等．汽车主动悬架控制策略研究及分析［J］．机械与电子，2013（3）：6-9.

[2]罗贻正，王家宣，方敏，等．液态模锻成形薄板件产生缺陷的原因及对策［J］．特种铸造及有色合金，2011，31(3)：195-196.

[3]刘永臣，王国林，孙丽.车辆控制臂疲劳损伤分析与寿命预测，农业工程学报，2013，29(16)：83-91.

[4]过福权.铝合金在铁道车辆上应用的探讨［J］.中国金属通报，2011(2)：1-8.

责任编辑：建德锋

The Automobile Suspension Control Arm’s Mold Design Based on Liquid Die Forging

CHANG Ying,YU Zhenwen,YANG Shanshan,LIANG Liqing,XIU Wencui
( Jilin Agricultural Science and Technology University School of Mechanical Engineering,Jilin 132101)

Abstract：In this paper，automotive suspension control arm model is obtained by reverse modeling,and it is analyzed.Firstly its properties,characteristics and processing technology are analyzed.And then the liquid die forging processing technology is studied.Finally,the automobile suspension control arm’s mold is designed.Due to the curved surface structure of the automobile suspension control arm is complex,so it needs to have higher precision and quality.Compared with the previous forging processing,liquid die forging has the obvious advantages.Not only it satisfys the current mass demand for cars,and ensures the quality of the forming parts.At the same time,in the case of energy hortage,it can not only improve the utilization rate of materials,but also save energy and reduce the production cost,enhance the enterprise competitiveness

Key words：liquid die forging; automobile suspension control arm; mold design; processingtechnology

作者简介：常影（1988-），女，吉林省长春市人，助教，研究方向：模具设计、数控加工及逆向建模等。

收稿日期：2015-11-19

中图分类号：U463.33

文献标识码：A