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作者：

李明月

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摘要：

座椅骨架目前主要由钢板冲压焊接而成,随着整车对座椅轻量化要求的日益提高,热塑性塑料成型骨架,镁合金骨架以及碳纤维增强复合材料骨架成为现阶段座椅骨架用材料的重要开发方向.热塑性塑料成型骨架成本低,但机械性能和回收性能差;碳纤维增强复合材料骨架的机械性能优异,但价格昂贵且无法回收;镁合金骨架的成本居中,具有良好的机械性能,可回收利用,依托铸造工艺可实现复杂结构的集成化,成为座椅骨架用材料的新方向.本文从轻量化和工艺可行性的角度出发,将国产某型乘用车前排座椅的原钢板冲压焊接结构采用AM50镁合金集成铸件取代.首先,确定了采用高压铸造工艺一次成型该座椅骨架铸件,实现复杂造型,在保证座椅骨架原有强度和硬度的条件下实现座椅的减重;其次,根据汽车正常行驶和碰撞时座椅的受力情况以及座椅骨架设计方案的结构评估结果,在座椅骨架不同部位取样,对本体试样进行显微组织的观察与分析,晶粒尺寸的测量,力学性能测试和断口分析,以观察不同区域的显微组织和力学性能的差异化,并对差异化产生的原因进行分析与讨论;第三,依据上述分析结果对AM50镁合金汽车座椅骨架的结构进行再设计,模具的设计及工艺的设计与优化,从而制造出符合要求的镁合金汽车座椅骨架,为轻量化镁合金座椅骨架铸件提供结构设计及工艺优化的开发依据.本文主要研究结果如下:(1)将座椅骨架的结构设计,模拟和工艺开发紧密结合,实现了替代钢板冲焊部件的整体集成AM50镁合金座椅骨架的结构优化和集成设计;(2)汽车座椅骨架选用AM50镁合金,采用高压铸造工艺一次成型,减少了零件数量,提升了整体精度,工艺上减少了装配过程,不需要焊接,消除了焊缝撕裂的风险,节约时间,铸件拥有更多的自由度,可实现复杂的造型及减轻座椅骨架的重量,最终所得座椅骨架各个部分铸件的质量为:坐盆的质量为922g,左右两个侧板的质量分别为423g和407g,靠背的质量为1476g,总体减重达到49.6%;(3)根据汽车正常行驶和碰撞过程中座椅骨架实际受力情况,并结合座椅骨架设计方案的结构评估结果以及铸件的实际铸造工艺和性能分析结果,在座椅骨架不同部位取样,利用光学显微镜,扫描电镜(SEM)等对座椅骨架不同部位进行显微组织分析,用Image Pro Plus软件对压铸成形后不同部位AM50镁合金的晶粒尺寸等进行研究,并对不同部位的力学性能进行检测与分析,发现座椅骨架不同区域的显微组织和力学性能存在差异,分析认为此差异化的产生,一方面是由于座椅铸件结构复杂,壁厚不均,镁合金液在铸件各区域凝固时的冷却速度不同,各区域的晶粒尺寸存在差异导致;另一方面,高压铸造时,熔融镁合金液在型腔不同部位的充型顺序存在差异,使得镁合金液的凝固顺序存在差异,导致座椅各区域组织和性能存在差异.本论文的研究结果表明,利用高压铸造工艺生产镁合金座椅骨架时,必须与铸件的受力分析相结合,进行座椅压铸模具的优化设计,保证产品的性能满足要求.

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关键词：

AM50镁合金；座椅骨架；结构；工艺；显微组织；力学性能；轻量化

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1017.819104