克莱斯勒推出了铝革命发布时间: 2019-04-18 21:12:17

   

对普通驾驶员而言,它是隐形的:一个庞大,笨重,无描述的金属块,几乎可以在任何情况下尽职尽责地承载车辆的最大载荷。大多数司机都看不到;很少有人再想一想。他们只知道它在那里,在动力总成之下的某个地方。它可能是用钢制成的。可能。然而,在世界上最受欢迎的车辆之一,情况已不再如此。前悬架支架 - 结合了克莱斯勒小型货车的巨大静态和动态负载的结构部件 - 是铝合金。

对许多人而言,这听起来几乎就像是一个矛盾。结构铝?毕竟,铝已经建立了轻质材料的声誉。但专家表示,没有理由不能将它用于汽车最严苛的结构应用中。

“铝可能在结构部件中具有一些最佳应用,”密歇根大学汽车运输研究办公室主任David Cole博士说。“它在那里非常有效。”

事实上,看看克莱斯勒的铝制摇篮的优势让人怀疑为何该行业早些时候没有这样做。例如,检查现在可以安装在悬架上的物品清单:ABS控制单元,制动接合块组件,泄漏检测泵,动力转向泵油冷却器以及未安装在悬架上的一系列物品钢版。

更重要的是,铝提供了更好的尺寸完整性:在整个零件长度上大约半毫米,相比之下大约是钢的三倍。

然而,最重要的是减轻重量。在工程师疯狂地从车辆上减轻一磅重量的时代,克莱斯勒工程师将小型货车悬架的重量减轻了至少14磅。虽然保守估计认为冲压钢制摇篮的重量超过40磅 - 铝制的重量仅为26磅。

克莱斯勒经理对于消除这么多重量的想法感到欣喜若狂。“重量减轻是为数不多的通用产品之一,”当摇篮开发时担任悬架工程经理的Bob Gasparovich指出。“它使燃油经济性更好。它使车辆性能更好,操控性更好,停止更轻松。它可以做到一切都很好。”

没有简单的选择。回想起来,铝的优势现在显而易见。但并非总是如此。钢材长期以来一直是结构部件的首选材料。它的强度和低成本使它成为一个容易的选择。此外,工程师了解它。它没有任何未知数。

但当克莱斯勒的工程师开始重新设计小型货车时,没有什么是理所当然的。对于前悬架支架,它们的首要任务是功能性。

更重要的是,克莱斯勒的设计师采用了驾驶室前进配置,后来使LH车辆如此成功。这意味着引擎盖下的空间会减少,因此,摇篮的包装环境会更紧凑。为了满足这些封装限制,他们需要保持异常高的对准完整性。

克莱斯勒工程师在1991年首次讨论了替代材料的概念。“我们知道该部件将具有复杂的结构,”Gasparovich回忆道。“我们担心能否制造出具有我们所需尺寸完整性的钢件。”

当工程师研究铝作为替代材料时,他们发现它满足了这些需求。铝制支架可以单件铸造,更多材料放置在任何需要的地方。铸造工艺的好处有两个:在关键领域提供更大的强度;通过消除将多达五个钢件焊接在一起的需要,大大提高了尺寸完整性。

铸铝支架还提供了另一个优势:添加附件很简单。要做到这一点,装配工只需钻一个洞。将组件安装到钢制支架上意味着将支架焊接到位,然后添加螺母和螺栓。

对于克莱斯勒来说,铝的转换是一种文化转变。“我们多年来一直是一家钢铁公司,”Bernie Swanson说道,他在铝制摇篮开发过程中担任小型货车平台的底盘执行工程师。“我们制造了铝制变速箱和发动机零件,但我们还没有制造承重构件。”

如果决定采用小批量车辆,那就不会那么困难了。但这是小型货车 -克莱斯勒小型货车。十多年来,它一直主导着这个行业,成为克莱斯勒复出的基石。年产量在700,000到800,000辆之间。铝比钢更昂贵。

本着克莱斯勒新团队方法的精神,该公司的工程师会见了在材料,财务,采购,设计和一系列其他学科方面具有专业知识的其他平台成员。团队一起将其淘汰出局,最终达成了曾经无法想象的决定。

“我们不会在10年前做出这个决定,”小型货车平台总经理Gordon Rinschler指出。“它永远不会超过工程师眼中闪烁的阶段。有人会说它花费太多,而且一切都会结束。”

克莱斯勒高管表示,摇篮决策过程是该公司新平台团队方法的典型代表。在最终解决铝问题之前,同一地点的团队成员经常会非正式地会面。这种方法有助于打破部门之间曾经存在的隔阂。“每个需要参与摇篮决定的人都可能相距100英尺,”加斯帕罗维奇说。

包装挑战。然而,一旦做出决定,困难的部分就开始了。Swanson和一个工程师和设计师团队开始设计新摇篮的任务。

最困难的方面之一是包装。克莱斯勒产品设计师Ken Dostert配置了新的摇篮,利用铸造工艺的优势,在需要的地方放置更多材料。Dostert塑造了摇篮,以适应多种动力总成和转向配置。他为重负荷区域确定了适当的厚度,并确保在紧密包装的环境中间隙足够。他还为摇篮中的各种附件和“窗户”提供了补贴。

例如,全轮驱动版本需要一个特殊的半圆形切口用于转向的动力传递轴。切断后来可以更换转向架而无需拆下支架,从而降低了维修和保修成本。

工程师说,用这种方式设计摇篮是不可能的。但是通过铸造,他们可以根据需要调整设计。该过程的优点甚至延伸到应力分析程序。过去,分析钢制支架最困难的部分是对焊缝上的应力集中进行建模。但由于铸件由单个元件组成,而不是焊接组件,工程师们不必考虑应力集中因素。

“这可能是我们曾经拥有的最可重复的有限元模型,”Swanson说。“我们不必担心软件模型和基准测试之间的来回,以确定正确的应力集中因素。”

供应商合作关键。对于克莱斯勒的工程师来说,开发铝制摇篮的最大挑战是工艺方面,而不是工程方面。“问题不在于我们是否可以制造一个,而是我们是否可以生产80万个,”Swanson解释道

实际上,铝绝不是克莱斯勒的新材料。汽车制造商已将其用于发动机缸体和缸盖,以及变速箱和车轮。但是,没有人制造如此高产量的结构铝部件(雪佛兰Corvette采用铝制悬挂部件,但产量较低)。

为了将摇篮变为现实,克莱斯勒找到了一家供应商,CMI-Precision Mold,Inc.,Bristol,IN,并开始与其工程师合作。CMI指派两名工程师Chad Bullock和Tim Glilliland就可制造性问题与克莱斯勒进行交流。两个团队一起为铸造工艺重新塑造了产品。他们为铝件开发了特殊的热处理步骤,然后构造了内置变形的高科技模具,补偿了热处理。

CMI的参与一直延伸到软件层面。在克莱斯勒内部,Dostert在CATIA软件上生成了一个线框模型,然后要求CMI工程师“展示”它。CMI工程师还进行了模流分析和热可行性研究。

“这个过程打破了一些旧的范例,”克莱斯勒产品工程师约翰罗曼指出,该工程师被分配到摇篮项目中。“过去的方法是让车辆工程师把它扔到墙上然后走开。我们在这里没有这样做。”

在整个过程中,克莱斯勒指望其供应商做出重大承诺。CMI突然面临每年建造80万个大型铝制零件的任务,其制造空间几乎增加了两倍,从110,000平方英尺增加到300,000平方英尺。

与此同时,克莱斯勒与测试设备供应商合作,确保铝部件符合规格要求。例如,他们与X射线设备供应商合作开发特殊系统,以检查铝部件的孔隙率。由于孔隙度是衡量铝合金强度的关键指标,因此他们设计了一种系统,该系统可以采用多达30种不同的铝制支架视图来寻找可接受的孔隙度水平。基于知识的计算机程序检查每个“图片”以查看该部件是否符合规格。“当你在大批量产品上迈出这么大的一步时,你最终会把整个行业拖到你身边 - 从制造零件的公司到制造X射线和弯曲设备的公司,”Swanson说。 。

铝试验台。随着1997款小型货车的推出,新款悬架摇篮悄然首次亮相,为克莱斯勒带来了众多优势。其设计使克莱斯勒工程师能够采用完全隔离的前悬架,从而改善车辆的噪音,振动和不平顺特性。它还允许前悬架可靠地构建并可重复地定位在自动装配夹具中以安装到车辆中。

尽管最近该行业对铝的使用有所增长,但专家表示,其受欢迎程度可能会随着增长而迅速下降。“这种材料在车辆中的未来非常依赖于燃油经济性标准和不稳定的材料成本,”密歇根大学的科尔说。“如果这些事情发生变化,一切都会改变。”

因此,克莱斯勒工程师将铝用作移动目标,并且目标不断变化。“从车辆的角度来看,我们可以说我们已经取得了成功,”斯旺森总结道。“但我们不能完全满意。保持竞争力的方式永远不会令人满意。”

铝制支架是如何制造的

为了开发铝制摇篮的制造工艺,克莱斯勒工程师与位于印第安纳州布里斯托尔的CMI-Precision Mold公司的设计师合作。两家公司共同开发了一种高科技,10步工艺,用于铸造,热处理,拉直和检查铝制零件:

步骤1.反射炉熔化A-356合金并将熔融材料引入187'加热的流槽中。

步骤2.重力压铸机生产80磅的摇篮。

步骤3.多级修边机锯切和铣削。铸造减少到约30磅。

步骤4.连续辊 - 炉底通过溶液炉,聚合物淬火和双时间烘箱处理产品。

步骤5.自动矫直单元使用激光瞄准砧,轻轻地将铸件带入严格的公差范围内。

步骤6.在材料实验室评估机械和微观结构特性。

步骤7.六工位传输线符合加工铸件的要求

步骤8.铸件经过最终加工。

第9步。每次铸造自动化系统X射线。计算机化识别系统识别缺陷。

步骤10.铸件经历下部隔离器的部分组装。

来源: 平安财经网

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