方向盤骨架是什麼金屬

一、 歷史背景

隨著汽車工業的飛速發展， 汽車的速度越來越快，外形越來越漂亮，內部裝飾越來越複雜多樣，內在的科技含量越來越高。方向盤也發生了不小的變化。鎂合金是最輕的金屬結構材料，具有比強度高，阻尼、吸震及降噪效能優越，鑄造成形、機加工和表面裝飾效能好，易回收等優點。鎂合金應用於方向盤可實現輕量化，又可降低路面和控制系統的震動，同時發生意外時，鎂合金方向盤可吸收更多能量，保證駕駛員安全，因此具有低碳鋼、工程塑膠等傳統方向盤無法比擬的效能優勢。因此， 利用鎂合金取代鋼鐵、鋁合金等其他傳統材料製造汽車方向盤骨架，將是一種必然的趨勢。

二、 技術方案

1。 合金材料選用

以鋁作為主要合金化元素，隨著含鋁量的減少，合金的韌性逐漸增加，因此，低鋁型AM 系列鎂合金比較適合於方向盤等安全部件。但是，隨著鋁含量的降低，一定程度上降低了合金的鑄造性，所以，在選擇能夠達到所需力學效能的合金時，應確保較高的含鋁量以保證其鑄造性，因此，選用具有較高強度和良好韌性同時具有一定鑄造效能的AM60 作為該方向盤的材料。

根據從網上搜索到的資料分析，該系列鎂合金力學效能良好，彈性模量E 可達到45 GPa ，泊松比ε為0。 35 ，抗拉強度σb≥200MPa，屈服強度σs≥130MPa，延伸率δ≥6%（50mm標距）。在重量上，比傳統鐵、鋁合金在材料減輕30%以上；鎂合金方向盤的工藝合格率與鋁合金方向盤相當，達到85%以上；效能完全符合方向盤的要求。

2。 零件圖

3。 模型設計及製造工藝

方向盤主要承受因扭轉而產生的交變應力。根據方向盤力學效能試驗標準要求，靜扭破壞力矩應大於300 N ·m ， 方向盤本體結構應以有限元分析得到的方向盤再設計三維結構資料模型為基礎。

壓鑄成型過程具有高壓力和高速度充型的特點，可以壓鑄壁薄、形狀複雜以及具有很小孔和螺紋的鑄件，還可壓鑄鑲嵌件，壓鑄件的強度和表面硬度較高，是生產鎂合金零部件有效方法。

針對方向盤的整體結構，結合鎂合金本體材料疲勞效能對內在缺陷非常敏感的特點，對新材料結構的成形工藝因素進行分析，在獲得最佳效能結構的同時獲得能確保鑄件質量的最佳工藝結構及工藝引數組合，滿足構件對鑄件內在質量及相關疲勞效能的需求，為實現新材料在方向盤上的合理應用奠定生產基礎。針對上述情況，根據壓鑄工藝要求，初步設計方向盤壓鑄模澆注系統。鎂合金壓鑄成型技術主要包括鎂合金熔化及保護、壓鑄設計、工藝過程控制，承力零部件的後續熱處理等。

用數值模擬軟體對設計的壓鑄工藝方案進行壓鑄過程模擬，透過對充型過程、凝固過程及壓鑄過程中鑄造缺陷進行分析，進一步最佳化方向盤澆注、排溢系統和工藝引數組合。最終的方案為生產出品質優良的方向盤壓鑄件提供重要的參考。可利用現有普通冷壓室壓鑄機生產鎂合金壓鑄件。

充型溫度為700 ℃，壓鑄模溫度為220 ℃，衝頭速度為2。 34 m/ s 時，能夠獲得理想的方向盤骨架。按照計算工藝最佳化結果試生產出了合格的AM60 鎂合金方向盤骨架。採用萬能試驗機測試了方向盤骨架的疲勞效能及力學效能。結果表明，其平均疲勞壽命達到了11 萬次，抗拉強度為220 MPa ，伸長率為5 %。

4。 鎂合金方向盤骨架的試製及效能測試

按照Flow23D 的模擬結果，採用最佳化的工藝引數，在8 000 kN 壓鑄機上對方向盤進行了試生產，獲得了合格的產品。對所生產的AM60 鎂合金方向盤骨架在萬能方向盤測試儀上進行了疲勞效能測試。測試時將方向盤中心固定， 在輪緣處的垂直方向反覆施加±250 kN的力，直到方向盤斷裂，所測得的迴圈次數即為方向盤骨架的疲勞壽命。所生產的方向盤骨架的疲勞壽命平均為11 萬次，其斷裂位置見圖4 ，而企業標準為10 萬次，說明方向盤骨架的疲勞效能已達到了企業要求。

圖4

圖5 為方向盤骨架疲勞斷口的宏觀及微觀組織

從圖5a 中可以看出，疲勞裂紋產生於輪緣的外側，這是由於方向盤骨架在凝固過程中，由於輪緣外側安放有較多的集渣包，因此其相對於輪緣內側最後凝固，因此缺陷相對較多，這是疲勞裂紋源產生於輪緣外側的可能原因。而輪緣斷裂位置是其在載入過程中受到交替的拉、壓應力最大的部位。圖5b 為疲勞裂紋擴充套件區，具有典型的疲勞輝紋特徵。疲勞瞬斷區見圖5c ，顯示出穿晶斷裂特徵。圖5d 為斷口區域的疏鬆組織照片，從圖5d中可知，在疲勞斷口上存在疏鬆組織，這是由於在壓鑄過程中壓力波動所引起的。對方向盤骨架進行了力學效能測試，抗拉強度為220 MPa ，伸長率為5 %。雖然取樣位置不同，但測試結果顯示其力學效能區別不大，這說明了方向盤骨架經過計算工藝最佳化後的壓鑄組織比較均勻。

三、 市場預測及價格分析

據國外預測，未來汽車都將安裝安全氣囊。因鎂合金方向盤輕、減震和安全。汽車安裝安全氣囊後，幾乎所有汽車都要100%地換成鎂合金方向盤。因私人轎車需求的增加和西部大開發等原因，今後幾年對汽車總需求量的平均增長率為10%左右。

利用鎂合金取代鋼鐵、鋁合金等其他傳統材料製造汽車方向盤骨架，建成鎂合金壓鑄汽車方向盤生產線。採用一片壓鑄工藝，可以減低生產成本。