压铸镁合金的汽车方向盘制造工艺

1、压铸镁合金的汽车方向盘制造工艺 一、历史背景 随着汽车工业的飞速发展，汽车的速度越来越快，外形越来越漂 亮，内部装饰越来越复杂多样，内在的科技含量越来越高。方向盘也 发生了不小的变化。镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度高，阻 尼、吸震及降噪性能优越，铸造成形、机加工和表面装饰性能好，易 回收等优点。镁合金应用于方向盘可实现轻量化，又可降低路面和 控 制系统的震动，同时发生意外时，镁合金方向盘可吸收更多能量，保 证驾驶员安全，因此具有低碳钢、工程塑料等传统方向盘无法比拟 的 性能优势。因此，利用镁合金取代钢铁、铝合金等其他传统材料制造 汽车方向盘骨架，将是一种必然的趋势。 二、技术方案 1.

2、 合金材料选用 以铝作为主要合金化元素，随着含铝量的减少，合 金的韧性逐渐 增加，因此，低铝型AM系列镁合金比较适合于方向盘等安全部件。但 是，随着铝含量的降低，一定程度上降低了合金的铸造性，所以，在 选择能够达到所需力学性能的合金时，应确保较高的含铝量以保证其铸 造性，因此，选用具有较高强度和良好韧性同时具有一定铸造性能的 AM60作为该方向盘的材料。 根据从网上搜索到的资料分析，该系列镁合金力学性能良好，弹 性模量E可达到45 GPa,泊松比为0. 35 ,抗拉强度。b200MPa屈服 强度（Ts 130MPa延伸率S6% （50mn标距）。在重量上，比 传统铁、 铝合金在材料减轻30%以

3、上；镁合金方向盘的工艺合格率与铝合金方向盘 相当，达到85%以上;性能完全符合方向盘的要求。 2. 零件图 3.模型设计及制造工艺 方向盘主要承受因扭转而产生的交变应力。根据方向盘力学性能试 验标准要求，静扭破坏力矩应大于300 Nm，方向盘本体结构应以有限 元分析得到的方向盘再设计三维结构数据模型为基础。 压铸成型过程具有高压力和高速度充型的特点，可以压铸壁薄、形状 复杂以及具有很小孔和螺纹的铸件，还可压铸镶嵌件，压铸件的强度和 表面硬度较高，是生产镁合金零部件有效方法。 针对方向盘的整体结构，结合镁合金本体材料疲劳性能对内在缺陷 非常敏感的特点，对新材料结构的成形工艺因素进行分析，在获得最

4、佳性 能结构的同时获得能确保铸件质量的最佳工艺结构及工艺参数组合，满足 构件对铸件内在质量及相关疲劳性能的需求，为实现新材料在方向盘上的 合理应用奠定生产基础。针对上述情况，根据压铸工艺要求，初步设计 方向盘压铸模浇注系统。镁合金压铸成型技术主要包括镁合金熔化及保 护、压铸设计、工艺过程控制，承力零部件的后续热处理等。 用数值模拟软件对设计的压铸工艺方案进行压铸过程模拟，通 过 对充型过程、凝固过程及压铸过程中铸造缺陷进行分析，进一步优 化方 向盘浇注、排溢系统和工艺参数组合。最终的方案为生产出品质 优良的 方向盘压铸件提供重要的参考。可利用现有普通冷压室压铸机生产镁合 金压铸件。 充型温度为

5、700 C ,压铸模温度为220 C ,冲头速度为2. 34 m/ s 时，能够获得理想的方向盘骨架。按照计算工艺优化结果试生产岀了合 格的AM60镁合金方向盘骨架。采用万能试验机测试了方向盘骨 架的疲劳 性能及力学性能。结果表明，其平均疲劳寿命达到了 11万次，抗拉强 度为220 MPa ,伸长率为5 %。 4镁合金方向盘骨架的试制及性能测试 按照Flow23D的模拟结果,采用优化的工艺参数，在8 000 kN压 铸机上对方向盘进行了试生产，获得了合格的产品。对所生产的AM60 镁合金方向盘骨架在万能方向盘测试仪上进行了疲劳性能测试。测试时 将方向盘中心固定，在轮缘处的垂直方向反复施加士 2

6、50 kN的力，直到 方向盘断裂，所测得的循环次数即为方向盘骨架的疲劳寿命。所生产的 方向盘骨架的疲劳寿命平均为11万次，其断裂位置见图4 ,而企业标 准为10万次，说明方向盘骨架的疲劳性能已达到了企业要 求。 图5为方向盘骨架疲劳断口的宏观及微观组织 从图5a中可以看岀，疲劳裂纹产生于轮缘的外侧，这是由于方向盘骨架 在凝固过程中，由于轮缘外侧安放有较多的集渣包，因此其相对于 轮缘内侧最后凝固，因此缺陷相对较多，这是疲劳裂纹源产生于轮缘 外侧 的可能原因。而轮缘断裂位置是其在加载过程中受到交替的拉、 压应力最大的部位。图 5b为疲劳裂纹扩展区，具有典型的疲劳辉纹 特征。疲劳瞬断区见图5c ,显示出穿晶断裂特征。图5d为断口区域 的疏松组织照片，从图5d中可知，在疲劳断口上存在疏松组织 ，这是 由于在压铸过程中压力波动所引起的。对方向盘骨架进行了力学性能测 试，抗拉强度为220 MPa ,伸长率为5 %。虽然取样位置不同,但测 试结果显示其力学性能区别不大，这说明了方向盘骨架经过计算工艺优 化后的压铸组织比较均匀。 三、市场预测及价格分析 据国外预测，未来汽车都将安装安全气囊。因镁合金方向盘轻、减震 和安全。汽车安装安全气囊后，几乎所有汽车都要100%地换成镁合金方 向盘。因私人轿车