汽车铝合金轮毂13度冲击失效的几种解决方法

汽车铝合金轮毂13度冲击失效的几种解决方法

耿家勤

广东省佛山市南海奔达模具有限公司

摘要：对铝合金轮毂在13度冲击试验的失效分析，并通过运用ANSYS软件的模拟分析并结合试验验证，可得出3种有效改善铝合金轮毂13度冲击失效的方法，分别是：补强法、应力分散法、工艺加强冷却法。通过ANSYS模拟分析，这3种方法都对改善铝合金轮毂13度冲击失效有效果，通过合理运用这几种方法，大大提高铝合金轮毂13度冲击的合格率，获得良好的经济效益。这些方法对于相同类型产品失效具有同样的效果，对解决复杂铝合金金冲击失效具有指导意义。

关键词：铝合金轮毂、13度冲击、ANSYS、CAE模拟、试验

前言：

在铝合金轮毂的制造生产中，通常都要做三大试验，弯曲疲劳试验、径向疲劳试验、13度冲击试验，大多数工厂的试验反馈来看，容易通过的是径向疲劳、其次是弯曲、最难通过或容易失效的是13度冲击，这让很多生关轮毂的企业很头痛，因此找到解决或改善13度冲击试验的方法成为重要目标。

1. 问题描述

图1是铝合金轮毂13度冲击试验失效位置（红圈处），图2为CAE模似分的结果,其最大主应力是161.6MPa，超过许用应力值145MPa(超10%）,和左图试验完全匹配。

2.改善失效方法

2.1补强法

就是在开裂处补强，如图3所示，在开裂部位加大圆角，由原来的R5改到R10，不仅能消除应力集中，且加大了此部位的厚度及横截面积，这就能减少此部位所受的压应力，达到改善效果，图4是模似效果，应力由原来的161MPa下降到136MPa,改善幅度15%，改善效果较明显。此方法的效果最明显，也容易实施，在大部分的强度改善中都会用此方法；

2.2应力分散法

   通过调整加工线，改变轮毂筋条的厚薄，如图5示绿色线为调整的加工线，其目的就是把筋条尾端车薄（吸收更多的冲击力，降低冲击力对筋条前端的冲击），同时加厚开裂处背面的厚度，加工线的调整改变了筋条厚薄度，增加力矩和受力面积，达到应力分散的效果，从而改善轮毂的强度，经过模拟如图6，强度提升13%；

2.3工艺冷却加强法

  如图7，在开裂部位增加冷却孔（绿色孔）这种点水冷方式局部强冷会提高此部位的机械性能，会改善此部位的组织质密度，达到改善轮毂强度的效果，如图8，经过模拟，提升10%的强度。

3.试验结果

  补强法：用3个样轮进行了试验验证，有2个轮毂OK，有一个样轮有裂纹，说明不稳定，还不能100%通过试验；应力分散法：有1个样轮OK，另外2个有裂纹，说明只有30%的可通过性；工艺冷却加强法：3个样轮都有小裂纹，说明此方法有改善，但不能解决问题；三个方法一起：3个样轮全部OK。

4.结论

经过对3个方案的模拟与试验，可得出对于13度冲击试验中，可根据轮毂裂纹的大小强度来决定使作哪种方法，小裂纹的，且不是所有车轮都有裂纹的，可采用工艺冷却加强法就可解决、裂纹不大也不深的，可采用应力分散法、裂纹明显，且每根筋都有的，则要用补强法、裂纹很深或有断裂情况的则3种方法一起用。在试际生产中，可根据试验轮毂的开裂情况的严重成度来决定用哪种方法来改善轮毂的强度。

参考文献：

[1]赵宇.基于ANSYS Workbench的汽车铝合金车轮强度分析[D].河北工业大学，2011.

[2]方伦浩.基于有限元法的铝合金轮毂耐冲击研究[J].轻型汽车技术，2008(Z3):26-31.

[3]王晨至.基于ANSYS 的汽车轮毂性能试验专用分析程序开发[D].南京理工大学，2008.

[4]王新荣同，陈永波.有限元法基础及ANSYS应用[M].北京：科学出版社，2008.