專利名稱：擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域，涉及乘用車零部件設(shè)計方法，尤其是在確保乘用車零部件相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的前提下設(shè)計出最輕的擠壓鎂合金儀表板管梁結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
鎂合金具有輕質(zhì)、較高的比剛度和比強(qiáng)度、環(huán)境友好等特點，在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛。此外，鎂的減振系數(shù)遠(yuǎn)高于鋁和鋼鐵，具有優(yōu)良的抗沖擊性能，有利于減振降噪，因此在轉(zhuǎn)向盤骨架、轉(zhuǎn)向管柱支架、氣門室罩蓋等汽車零部件中得到較為廣泛應(yīng)用。我國具有非常豐富的鎂資源，推廣鎂合金在汽車上的應(yīng)用在中國具有得天獨厚的優(yōu)勢。目前國內(nèi)外儀表板管梁認(rèn)為鋼板沖壓件或者鋼管件，鋼制件的加工工藝方法相對發(fā)展成熟，且鋼制儀表板管梁與相鄰件的連接為同質(zhì)材料的連接，采用傳統(tǒng)的鋼制件的工藝分析和連接方法設(shè)計就可以滿足要求。采用擠壓鎂合金制造儀表板管梁具有輕質(zhì)、優(yōu)良機(jī)械力學(xué)性能以及抗沖擊性能，有利于減輕質(zhì)量和減震降噪?，F(xiàn)有的鋼制儀表板管梁的設(shè)計主要包括兩大內(nèi)容首先根據(jù)設(shè)計要求做結(jié)構(gòu)初步設(shè)計，然后采用有限元方法作CAE分析并作改進(jìn)設(shè)計。其中各部件件連接采用傳統(tǒng)的焊接方式，也無需考慮防腐等要求。這種方法適合于鋼制件的設(shè)計，沒有考慮鎂合金以及擠壓鎂合金材料自身的特點。因此，要是設(shè)計出的鎂合金儀表板管梁滿足相應(yīng)法規(guī)要求和技術(shù)要求，同時達(dá)到輕質(zhì)、可靠的要求，需要研究新的設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免目前國內(nèi)外采用的鋼制儀表板管梁設(shè)計方法所帶來的結(jié)構(gòu)設(shè)計反復(fù)較多、連接性等問題，本發(fā)明提供一種擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，根據(jù)設(shè)計要求，在包括承載能力、空間尺寸、連接硬點的基礎(chǔ)上考慮儀表板管梁的功能、與車身的連接、占用空間設(shè)計儀表板管梁的初步結(jié)構(gòu)、模態(tài)分析和剛強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)基本性能，并以這些基本性能不降低為條件、以質(zhì)量最小為目標(biāo)、以截面尺寸為變量進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計出的儀表板管梁在滿足相關(guān)技術(shù)要求和法規(guī)要求的前提下具有質(zhì)量最小，制造工藝分析擠壓鎂合金儀表板管梁各部件的制造可行性，連接工藝分析鎂合金儀表板管梁總成中組成零件的連接方式以及儀表板管梁總成與相鄰鋼制件的連接方法，確保設(shè)計出的鎂合金儀表板管梁滿足低階振動性能、靜態(tài)剛強(qiáng)度性能、制造工藝性、連接工藝性。所述儀表板管梁各部件包括儀表板管梁橫梁，采用擠壓一次成形，然后進(jìn)行4次面內(nèi)彎曲工藝，兩段相鄰彎曲位置之間設(shè)有便于夾緊的直線段，儀表板管梁橫梁的兩端進(jìn)行整形、切邊，中間進(jìn)行局部整形；儀表板管梁支架，采用拉延工藝一次成形，然后進(jìn)行切邊，在與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的儀表板管梁支架相同的位置處鉆出相應(yīng)的基準(zhǔn)孔、裝配孔；轉(zhuǎn)向管柱，為整件一次性擠壓制成，類似槽型件，在中間位置設(shè)有長焊縫，將現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的轉(zhuǎn)向管柱中的中間板材去掉，采用擠壓型材，兩端鏜孔出相應(yīng)的裝配孔；收音機(jī)支架，避免了切口設(shè)計，采用切邊的方式加工，其采用彎曲一次成形，然后同時進(jìn)行兩端壓鉚螺釘孔及修邊；駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)支架，采用擠壓型材通過一次擠壓拉伸而成，然后進(jìn)行六次面內(nèi)彎曲，兩段相鄰彎曲位置之間設(shè)有便于夾緊的直線段，在與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)支架相同的位置設(shè)置相應(yīng)的線束孔和連接孔，在線束孔和連接孔相對的一側(cè)預(yù)留了扳手的操作空間；中間支架，采用擠壓型材通過擠壓一次成形，然后進(jìn)行翻邊、切邊，最后再沖出相應(yīng)的定位孔以及裝配孔，保證裝配面以及孔位置與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的中間支架相同；空氣囊支架，采用拉延工藝一次成形，然后進(jìn)行切邊，在與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的空氣囊支架相同的位置處鉆出相應(yīng)的裝配孔；空調(diào)支架，通過落料沖孔工藝制作，其將空氣囊支架的底端延伸到空調(diào)支架的上表面，去掉空調(diào)支架與儀表板橫梁焊接段，空調(diào)支架在與空氣囊支架貼合的部分進(jìn)行焊接， 從而避免了剛度較弱的類懸臂梁結(jié)構(gòu)，兩個零件之間可以相互增強(qiáng)。中控臺支架，采用翻邊成形，兩側(cè)支架截面相同，并沖出相應(yīng)的裝配孔，中控臺支架與駕駛員/副駕駛員側(cè)支架對焊，即中控臺支架橫截面焊接在駕駛員/副駕駛員側(cè)支架表面上；固定支架，采用彎曲成形，且裝配面以及孔位置與現(xiàn)有鋼制儀表板相同。所述儀表板管梁的各部件均采用鎂合金材料，各部件間采用氬弧焊進(jìn)行連接，儀表板管梁與車身或儀表板周圍的連接件連接時使用的鋼質(zhì)螺栓進(jìn)行滲鋁處理。根據(jù)儀表板管梁總成幾何模型，抽取零部件的中面，建立有限元模型，儀表板管梁采用殼單元建模，點焊采用焊點單元CWELD模擬，縫焊采用結(jié)點重合模擬，部分無法實現(xiàn)的位置采用剛性單元模擬。所述儀表板管梁總成與車身相連位置的三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度設(shè)為零進(jìn)行約束，以模擬儀表板管梁與車身的相對運(yùn)動關(guān)系。在儀表板管梁各部件截面尺寸優(yōu)化前，先計算儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率對其各部件截面尺寸的靈敏度，得到那些對儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率影響較大的部件，從而使截面尺寸優(yōu)化時設(shè)計變量的選取變得更為有效，不至于盲目選取大量設(shè)計變量，影響計算效率和精度，根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，選取了合適的部件截面尺寸進(jìn)行模態(tài)尺寸優(yōu)化，最終對主要結(jié)構(gòu)件板厚進(jìn)行修改。所述儀表板管梁外徑為50mm，厚度為2. 5mm。所述儀表板管梁橫梁的彎曲半徑均為100mm，兩段相鄰彎曲位置之間的直線段長度均大于等于50mm。所述儀表板管梁支架板厚為2mm。所述轉(zhuǎn)向管柱板厚為2mm，過渡區(qū)域通過圓角過渡，以減小應(yīng)力集中。所述空氣囊支架板厚為2mm。
所述中控臺支架板厚為1. 5mm。所述固定支架板厚為2. 5mm。本發(fā)明涉及的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法是一種綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、連接工藝以及材料自身特性的一種新的設(shè)計方法，涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析技術(shù)、制造工藝分析和連接工藝分析、材料分析，這些分析方法的有效組合可以達(dá)到現(xiàn)有的其他方法所不能達(dá)到的效果，如快速、準(zhǔn)確及方便性。本發(fā)明的有益效果是可以使設(shè)計出的擠壓鎂合金儀表板管梁結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)布置、 桿件截面類型和尺寸達(dá)到最優(yōu)匹配，保證在低階振動特性和必要的剛強(qiáng)度性能以及考慮防腐的連接性，保證在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下就能生產(chǎn)制造。該方法不僅簡化了工作量，而且提高了產(chǎn)品開發(fā)成功率，縮短開發(fā)周期，充分利用了擠壓鎂合金自身的輕質(zhì)和優(yōu)良機(jī)械力學(xué)性能的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。圖2是設(shè)計出的擠壓鎂合金儀表板管梁骨架結(jié)構(gòu)圖。表1是模態(tài)靈敏度分析結(jié)果。表2是模態(tài)尺寸優(yōu)化結(jié)果。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖，主要包括根據(jù)設(shè)計要求，在包括承載能力、空間尺寸、連接硬點等條件的基礎(chǔ)上考慮儀表板管梁的功能、與車身的連接、占用空間設(shè)計儀表板管梁的初步結(jié)構(gòu)，模態(tài)分析和剛強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)基本性能，并以這些基本性能不降低為條件、以質(zhì)量最小為目標(biāo)、以截面尺寸為變量進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計出的儀表板管梁在滿足相關(guān)技術(shù)要求和法規(guī)要求的前提下具有質(zhì)量最小，制造工藝分析擠壓鎂合金儀表板管梁各部件的制造可行性，連接工藝分析鎂合金儀表板管梁總成中組成零件的連接方式以及儀表板管梁總成與相鄰鋼制件的連接方法，確保設(shè)計出的鎂合金儀表板管梁滿足低階振動性能、靜態(tài)剛強(qiáng)度性能、制造工藝性、連接工藝性。圖2是本發(fā)明設(shè)計出的鎂合金儀表板管梁結(jié)構(gòu)圖。1、儀表板橫梁1考慮到結(jié)構(gòu)性能和鎂合金材料性能，等抗彎截面剛度下，隨著外徑的增大，內(nèi)徑逐漸增大，厚度逐漸變小，質(zhì)量不斷減少。從減重角度考慮，增大外徑是提高抗彎截面剛度較好的途徑。由于空間位置的限制，管梁的外徑不可能無限制的增大。綜合考慮以上因素，本發(fā)明的儀表板管梁I(CCB)外徑為50mm，厚度為2. 5mm。儀表板管梁橫梁的制造工藝是采用擠壓一次成形，然后進(jìn)行4次面內(nèi)彎曲(即四次彎曲軸線均在同一平面內(nèi))，考慮到制造可行性和方便性，本發(fā)明的儀表板橫梁采用鎂合金擠壓管材通過彎曲工藝獲得，所有彎曲半徑均設(shè)計為100mm，兩段相鄰彎曲位置之間均設(shè)計有便于夾緊的直線段，直線段長度均大于等于50mm。兩端需進(jìn)行整形，切邊，以方便CCB 的定位以及與支架的焊接，本發(fā)明的設(shè)計保證與支架的裝配面不變；為避免與儀表板的干涉以及固定支架的裝配精度，儀表板管梁的中間位置進(jìn)行了局部整形。所述整形是一道沖壓成形工序，是在前一道工序的基礎(chǔ)上再壓制一下，目的是確保此部分尺寸及形狀的準(zhǔn)確性。2、CCB兩側(cè)支架2和支架3現(xiàn)有的CCB支架厚度為1. 5mm，根據(jù)經(jīng)驗，鎂合金板厚與鋼板厚度為12 1時，鎂合金板與鋼板具有相同的強(qiáng)度；鎂合金板與鋼板厚度為1.7 1時，鎂合金板與鋼板具有相同的剛度。本發(fā)明的CCB左右兩側(cè)支架板厚為2mm。CCB兩側(cè)支架的制造工藝是采用拉延工藝一次成形，以保證精度，然后進(jìn)行切邊， 在與現(xiàn)有的支架相同的位置處鉆出相應(yīng)的基準(zhǔn)孔、裝配孔。本發(fā)明的設(shè)計取消了現(xiàn)有設(shè)計中的切口設(shè)計，從而保證CCB支架與儀表板橫梁焊接位置處的剛強(qiáng)度。3、轉(zhuǎn)向管柱支架4替代設(shè)計應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度基本性能指標(biāo)，本發(fā)明的轉(zhuǎn)向管柱板厚設(shè)計為2mm，過渡區(qū)域通過圓角過渡，以減小應(yīng)力集中。由于該結(jié)構(gòu)為整件一次性擠壓制成，類似槽型件， 且在中間位置設(shè)計有長焊縫。本發(fā)明的設(shè)計保證與轉(zhuǎn)向設(shè)備裝配面以及孔位置不變，將現(xiàn)有設(shè)計中的中間板材去掉，采用擠壓型材，兩端鏜孔出相應(yīng)的裝配孔。4、收音機(jī)支架5收音機(jī)支架原有結(jié)構(gòu)為沖壓板的中間位置處有切口，但是切口會降低支架的剛強(qiáng)度，在切口位置處產(chǎn)生應(yīng)力集中，且對鎂合金該工藝性差。本發(fā)明設(shè)計的收音機(jī)支架避免了切口設(shè)計，采用了切邊的方式加工，工藝實現(xiàn)可行；本發(fā)明設(shè)計的收音機(jī)支架首先采用彎曲一次成形，然后同時進(jìn)行兩端壓鉚螺釘孔及修邊，保證與收音機(jī)設(shè)備的裝配面以及孔位置不變。5、駕駛員側(cè)支架6和副駕駛員側(cè)支架7現(xiàn)有的駕駛員側(cè)支架厚度為2mm，是一整塊經(jīng)過拉延、切邊、三次復(fù)合彎曲、沖孔的鈑金件，模具制作復(fù)雜，成本較高。一般情況下，鎂合金沖壓板件的最小彎曲半徑為板厚的3 倍。通過分析可知，要用鎂合金板制造出相似的結(jié)構(gòu)出來，工藝將更加復(fù)雜，成本大大增加。 另外考慮到裝配面以及連接孔的位置不可修改，因此本發(fā)明的設(shè)計擬采用擠壓型材。本發(fā)明的設(shè)計方案通過一次擠壓拉伸而成，然后進(jìn)行六次面內(nèi)彎曲，兩段相鄰彎曲位置之間均設(shè)計有便于夾緊的直線段。在與現(xiàn)有支架相同的位置設(shè)計相應(yīng)的線束孔和連接孔，為保證操作的方便性，在線束孔和連接孔相對的一側(cè)預(yù)留了扳手的操作空間。6、中間支架8現(xiàn)有的中間支架厚度為1. 5mm，是一整塊經(jīng)過拉延、切邊、沖孔的鈑金件，模具制作復(fù)雜，成本較高。中間支架底端設(shè)計有短翻邊，用于支承媒體設(shè)備，同時保證中間支架的整體剛度。根據(jù)鎂合金替代件設(shè)計原則，裝配面以及連接孔的位置保持不變?？紤]到設(shè)計空間以及鎂合金最小彎曲半徑的限制，本發(fā)明的設(shè)計擬采用擠壓型材。本發(fā)明設(shè)計的中間支架結(jié)構(gòu)如圖2所示，板厚為2mm。本發(fā)明的設(shè)計方案采用擠壓一次成形，然后進(jìn)行翻邊，切邊，最后再沖出相應(yīng)的定位孔以及裝配孔；本發(fā)明設(shè)計保證裝配面以及孔位置不變。7、PAB 支架 9現(xiàn)有的空氣囊支架(PAB支架)厚度為1. 5mm,由兩個沖壓而成的對稱件組成，支架周邊設(shè)計不連續(xù)翻邊，以便支架定位以及與空氣囊組件配合。根據(jù)鎂合金替代件設(shè)計原則， 裝配面以及連接孔的位置保持不變?？紤]到設(shè)計空間以及鎂合金最小彎曲半徑的限制，本發(fā)明設(shè)計的PAB支架結(jié)構(gòu)如圖2所示，板厚為2mm。本發(fā)明的設(shè)計方案采用拉延工藝一次成形，以保證精度，然后進(jìn)行切邊，在與現(xiàn)有支架相同的位置處鉆出相應(yīng)的裝配孔。8、HVAC 支架 10現(xiàn)有的空調(diào)支架(HVAC)厚度為1. 2mm，是一整塊經(jīng)過拉延、切邊、局部整形和沖孔而成的鈑金件，模具制作成本較高。在空調(diào)支架的過渡區(qū)域以及與儀表板橫梁貼合區(qū)域處設(shè)計有三處局部加強(qiáng)筋和兩道長加強(qiáng)筋，以此保證空調(diào)支架在與裝配面垂直方向上的剛度。經(jīng)過分析可知，要用鎂合金沖壓出現(xiàn)有的設(shè)計方案是非常困難的，雖然在過渡區(qū)域可以修改幾何來滿足最小彎曲半徑的要求，但要沖出類似的加強(qiáng)筋對于鎂合金來說比較困難。本發(fā)明的設(shè)計保證裝配面以及孔位置不變。在保證空氣囊支架與空氣囊組件配合表面不變的情況下，將空氣囊支架的底端延伸到空調(diào)支架的上表面，去掉空調(diào)支架與儀表板橫梁焊接段，空調(diào)支架在與空氣囊支架貼合的部分進(jìn)行焊接，從而避免了剛度較弱的類懸臂梁結(jié)構(gòu)，兩個零件之間可以相互增強(qiáng)。制造工序只需落料沖孔即可，大大簡化了制造工藝，降低了模具成本。9、中控臺支架11現(xiàn)有的中控臺支架(CNSL支架)厚度為1mm，由兩個沖壓而成的非對稱件組成。原支架需經(jīng)過拉延，切邊，沖孔等一系列工藝制成，模具成本較高。另外彎曲半徑較小，僅通過修改幾何無法滿足最小彎曲半徑要求，因此簡單的增厚方案不可行。本發(fā)明的設(shè)計方案考慮駕駛員/副駕駛員側(cè)支架為矩形管結(jié)構(gòu)，外表面平整，因此將現(xiàn)有的支架與駕駛員/副駕駛員側(cè)支架搭焊修改為對焊，即支架橫截面焊接在駕駛員 /副駕駛員側(cè)支架表面上。本發(fā)明設(shè)計的CNSL支架結(jié)構(gòu)，板厚為1.5mm。采用翻邊成形，兩側(cè)支架截面相同，然后沖出相應(yīng)的裝配孔；本發(fā)明的設(shè)計保證裝配面以及孔位置不變。10、固定支架12現(xiàn)有的固定支架厚度為1. 5mm，經(jīng)過彎曲，局部整形制成。局部加強(qiáng)筋主要是為了保證固定支架在與裝配面垂直方向上的剛度。由于固定支架尺寸較小，要制出類似的加強(qiáng)筋，對于鎂合金而言是非常困難的。因此本發(fā)明的設(shè)計僅通過增厚來實現(xiàn)，考慮到最小彎曲半徑的限制，本發(fā)明設(shè)計的固定支架結(jié)構(gòu)如3 (j)所示，板厚為2. 5mm.本發(fā)明的設(shè)計方案采用彎曲成形；本發(fā)明的設(shè)計保證裝配面以及孔位置不變。11、儀表板管梁連接工藝構(gòu)成儀表板管梁的各零部件均采用鎂合金材料，因此各零部件間采用氬弧焊進(jìn)行連接，CCB與左右側(cè)支架接觸的端部及側(cè)面實行焊接；CCB與轉(zhuǎn)向管柱接觸的部位焊接；PAB 支架與CCB接觸的位置焊接；駕駛員側(cè)支架與CCB接觸的部位焊接；副駕駛員側(cè)支架與CCB 接觸的部位焊接；固定支架與CCB接觸的部位焊接；中間支架與駕駛員側(cè)及副駕駛員側(cè)支架接觸位置焊接；PAB支架與HVAC支架接觸的部位焊接；CNSL支架與駕駛員側(cè)及副駕駛員側(cè)支架接觸部位焊接。由于鎂合金和鋼之間直接接觸會產(chǎn)生腐蝕，因此在儀表板管梁與車身或儀表板周圍的連接件連接時使用的鋼質(zhì)螺栓進(jìn)行滲鋁處理，以便起到防腐的作用。12、儀表板管梁有限元仿真根據(jù)儀表板橫梁骨架總成幾何模型，抽取零部件的中面，建立有限元模型。儀表板管梁采用殼單元建模，點焊采用焊點單元CWELD模擬，縫焊采用結(jié)點重合模擬，部分無法實現(xiàn)的位置采用剛性單元模擬。本發(fā)明的儀表板橫梁骨架總成采用的材料為鎂合金交大鎂合金一號JDMl，密度為 1. 85X 10-9t/mm3,彈性模量45000MPa，泊松比0. 37。將儀表板管梁總成與車身相連位置的三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度設(shè)為零進(jìn)行約束，以模擬儀表板管梁與車身的相對運(yùn)動關(guān)系。在部件截面尺寸優(yōu)化前，先計算了儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率對其各部件截面尺寸的靈敏度，得到那些對儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率影響較大的部件，從而使截面尺寸優(yōu)化時設(shè)計變量的選取變得更為有效，不至于盲目選取大量設(shè)計變量， 影響計算效率和精度。根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，選取了合適的部件截面尺寸進(jìn)行模態(tài)尺寸優(yōu)化，最終對主要結(jié)構(gòu)件板厚的修改提出了相應(yīng)的建議。所有部件的截面尺寸參數(shù)取變量。分析不同部件對儀表板橫梁骨架總成結(jié)構(gòu)模態(tài)的響應(yīng)靈敏度，找出影響一階整體固有頻率的靈敏部件，對模態(tài)靈敏度分析時設(shè)計變量的選取和尺寸優(yōu)化的結(jié)果分析提出一定的指導(dǎo)意見。具體是由靈敏度分析可得出對模態(tài)頻率的值最敏感的部件，然后以這些部件的尺寸為變量進(jìn)行截面尺寸優(yōu)化，截面優(yōu)化過程中可能對原有截面尺寸產(chǎn)生變化，從而反過來影響模態(tài)頻率。表1是模態(tài)靈敏度計算結(jié)果。這樣可以從儀表板橫梁骨架總成輕量化角度來評價儀表板橫梁骨架總成零部件質(zhì)量變化對其一階整體固有頻率影響量。增加圖中靈敏度系數(shù)為正的部件的板厚能提高儀表板橫梁骨架總成一階整體模態(tài)頻率，降低靈敏度系數(shù)為負(fù)的部件的板厚能提高儀表板橫梁骨架總成一階整體模態(tài)頻率，這些部件也可作為減重對象。由表1可以看出，中間支架，駕駛員側(cè)支架，副駕駛員側(cè)支架，CCB支架，儀表板橫梁的截面尺寸對儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率的靈敏度系數(shù)相對較大，作為尺寸優(yōu)化變量。設(shè)計變量為中間支架，駕駛員側(cè)支架，副駕駛員側(cè)支架，CCB支架，儀表板橫梁的截面尺寸。由于本發(fā)明設(shè)計中為了減少模具的數(shù)量，駕駛員側(cè)支架和副駕駛員側(cè)支架使用相同的擠壓模具，因此優(yōu)化時將駕駛員側(cè)支架和副駕駛員側(cè)支架的截面尺寸歸為一個變量。 另外CCB支架的厚度受到彎曲半徑的限制，因此上限設(shè)為2mm。優(yōu)化目標(biāo)為儀表板橫梁骨架總成質(zhì)量最??；狀態(tài)變量為儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率(大于66. IHz)。經(jīng)過5 次迭代，目標(biāo)函數(shù)儀表板橫梁骨架總成的質(zhì)量達(dá)到最小值。表2是模態(tài)尺寸優(yōu)化結(jié)果。上述由擠壓鎂合金制造的儀表板管梁骨架最終質(zhì)量為1. 95Ag，與鋼質(zhì)儀表板管梁骨架相比減重比達(dá)到64. 7%。本發(fā)明所提供的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法是一種綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、連接工藝以及材料自身特性的一種新的設(shè)計方法，涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析技術(shù)、制造工藝分析和連接工藝分析、材料分析，這些分析方法的有效組合可以達(dá)到現(xiàn)有的其他方法所不能達(dá)到的效果，如快速、準(zhǔn)確及方便性。這種方法在儀表管梁類似零部件的設(shè)計的推廣將會極大提高設(shè)計質(zhì)量和縮短設(shè)計周期。表1模態(tài)靈敏度計算結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于根據(jù)設(shè)計要求，在包括承載能力、空間尺寸、連接硬點的基礎(chǔ)上考慮儀表板管梁的功能、與車身的連接、占用空間設(shè)計儀表板管梁的初步結(jié)構(gòu)、模態(tài)分析和剛強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)基本性能，并以這些基本性能不降低為條件、以質(zhì)量最小為目標(biāo)、以截面尺寸為變量進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計出的儀表板管梁在滿足相關(guān)技術(shù)要求和法規(guī)要求的前提下具有質(zhì)量最小，制造工藝分析擠壓鎂合金儀表板管梁各部件的制造可行性，連接工藝分析鎂合金儀表板管梁總成中組成零件的連接方式以及儀表板管梁總成與相鄰鋼制件的連接方法，確保設(shè)計出的鎂合金儀表板管梁滿足低階振動性能、靜態(tài)剛強(qiáng)度性能、制造工藝性、連接工藝性。
2.如權(quán)利要求1所述的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于所述儀表板管梁各部件包括儀表板管梁橫梁，采用擠壓一次成形，然后進(jìn)行4次面內(nèi)彎曲工藝，兩段相鄰彎曲位置之間設(shè)有直線段，儀表板管梁橫梁的兩端進(jìn)行整形、切邊，中間進(jìn)行局部整形；儀表板管梁支架，采用拉延工藝一次成形，然后進(jìn)行切邊，在與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的儀表板管梁支架相同的位置處鉆出相應(yīng)的基準(zhǔn)孔、裝配孔；轉(zhuǎn)向管柱，為整件一次性擠壓制成，在中間位置設(shè)有長焊縫，將現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的轉(zhuǎn)向管柱中的中間板材去掉，采用擠壓型材，兩端鏜孔出相應(yīng)的裝配孔；收音機(jī)支架，避免了切口設(shè)計，采用切邊的方式加工，其采用彎曲一次成形，然后同時進(jìn)行兩端壓鉚螺釘孔及修邊；駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)支架，采用擠壓型材通過一次擠壓拉伸而成，然后進(jìn)行六次面內(nèi)彎曲，兩段相鄰彎曲位置之間設(shè)有直線段，在與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)支架相同的位置設(shè)置相應(yīng)的線束孔和連接孔，在線束孔和連接孔相對的一側(cè)預(yù)留扳手的操作空間；中間支架，采用擠壓型材通過擠壓一次成形，然后進(jìn)行翻邊、切邊，最后再沖出相應(yīng)的定位孔以及裝配孔，保證裝配面以及孔位置與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的中間支架相同；空氣囊支架，采用拉延工藝一次成形，然后進(jìn)行切邊，在與現(xiàn)有鋼制儀表板管梁的空氣囊支架相同的位置處鉆出相應(yīng)的裝配孔；空調(diào)支架，通過落料沖孔工藝制作，其將空氣囊支架的底端延伸到空調(diào)支架的上表面， 去掉空調(diào)支架與儀表板橫梁焊接段，空調(diào)支架在與空氣囊支架貼合的部分進(jìn)行焊接。中控臺支架，采用翻邊成形，兩側(cè)支架截面相同，并沖出相應(yīng)的裝配孔，中控臺支架與駕駛員/副駕駛員側(cè)支架對焊，即中控臺支架橫截面焊接在駕駛員/副駕駛員側(cè)支架表面上；固定支架，采用彎曲成形，且裝配面以及孔位置與現(xiàn)有鋼制儀表板相同。
3.如權(quán)利要求1所述的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于所述儀表板管梁的各部件均采用鎂合金材料，各部件間采用氬弧焊進(jìn)行連接，儀表板管梁與車身或儀表板周圍的連接件連接時使用的鋼質(zhì)螺栓進(jìn)行滲鋁處理。
4.如權(quán)利要求1所述的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于根據(jù)儀表板管梁總成幾何模型，抽取零部件的中面，建立有限元模型，儀表板管梁采用殼單元建模，點焊采用焊點單元CWELD模擬，縫焊采用結(jié)點重合模擬，部分無法實現(xiàn)的位置采用剛性單元模擬。
5.如權(quán)利要求1所述的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于所述儀表板管梁總成與車身相連位置的三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度設(shè)為零進(jìn)行約束，以模擬儀表板管梁與車身的相對運(yùn)動關(guān)系。
6.如權(quán)利要求1所述的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于在儀表板管梁各部件截面尺寸優(yōu)化前，先計算儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率對其各部件截面尺寸的靈敏度，得到那些對儀表板橫梁骨架總成一階整體固有頻率影響較大的部件，從而使截面尺寸優(yōu)化時設(shè)計變量的選取變得更為有效，不至于盲目選取大量設(shè)計變量，影響計算效率和精度，根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，選取了合適的部件截面尺寸進(jìn)行模態(tài)尺寸優(yōu)化，最終對主要結(jié)構(gòu)件板厚進(jìn)行修改。
7.如權(quán)利要求2所述的擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，其特征在于 所述儀表板管梁外徑為50mm，厚度為2. 5mm ；所述儀表板管梁橫梁的彎曲半徑均為100mm，兩段相鄰彎曲位置之間的直線段長度均大于等于50mm ；所述儀表板管梁支架板厚為2mm ；所述轉(zhuǎn)向管柱板厚為2mm，過渡區(qū)域通過圓角過渡；所述空氣囊支架板厚為2mm ；所述中控臺支架板厚為1. 5mm ；所述固定支架板厚為2. 5mm。
全文摘要
一種擠壓鎂合金儀表板管梁設(shè)計方法，根據(jù)設(shè)計要求，在包括承載能力、空間尺寸、連接硬點的基礎(chǔ)上考慮儀表板管梁的功能、與車身的連接、占用空間設(shè)計儀表板管梁的初步結(jié)構(gòu)、模態(tài)分析和剛強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)基本性能，以這些基本性能不降低為條件、以質(zhì)量最小為目標(biāo)、以截面尺寸為變量進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計出的儀表板管梁在滿足相關(guān)技術(shù)要求和法規(guī)要求的前提下具有質(zhì)量最小。本發(fā)明不僅簡化了工作量，而且充分考慮了擠壓鎂合金的特性，提高了產(chǎn)品開發(fā)成功率，縮短開發(fā)周期，有利于擠壓鎂合金同類產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)。
文檔編號B62D25/08GK102211525SQ201110095750
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者余海燕, 高云凱, 高大威 申請人:同濟(jì)大學(xué)