汽车自行车安装支架设计说明书2015-05-22-REV01doc
五年级 散文 19584字 545人浏览 杨坤62

三箱小汽车尾架旅行用自行车设计

目录

摘要 .................................................................................................................................................. 1

第一章 绪论 . .................................................................................................................................. 1

1.1 设计选题背景 . .................................................................................................................. 1

1.2市场现有产品调研 . ........................................................................................................... 1

1.3消费者的需求分析 . ........................................................................................................... 1

1.4单车架的发展趋势 . ........................................................................................................... 1

1.5设计定位 . ........................................................................................................................... 1

1.6设计内容 . ........................................................................................................................... 1

第二章 单车架设计的技术要求 . .............................................................................................. 1

2.1汽车单车架安装 . ............................................................................................................... 1

2.2 汽车单车架的类型 . .......................................................................................................... 2

2.3 设计思路及方法 . .............................................................................................................. 2

2.4 单车架使用说明 . .............................................................................................................. 2

2.5 材料说明 . .......................................................................................................................... 5

第四章 铝合金备料及成形加工 . .................................................................................................. 1

4.1 铝合金的熔炼 . .................................................................................................................. 1

4.2 铝合金的铸造 . .................................................................................................................. 1

4.3 熔炼及铸造的相关过程 . .................................................................................................. 3

4.4 铝合金的表面处理 . .......................................................................................................... 5

4.5 铝合金加工的工艺流程 . .................................................................................................. 7

4.6 铝合金加工对刀具的要求 . .............................................................................................. 8

4.7 铝合金的表面拉丝 . .......................................................................................................... 8

3、最重要的就是烫金原材料的选择,即烫金纸,选择时要注意与不同的烫印基材相匹配才行,并非一种烫金纸就能通吃所有的材料,这主要是关系到热转印时的粘着牢固度的问题。这个可能不便直接比较,因为两种工艺适用的场合不同,拉丝适用于板金件,而烫金适用于纸、塑料、织物类,如果要做比较的话,还得考虑模具及结构设计的不同所引起的其他成本变化才合理。 如果单纯做个简单比较,比如上面SONY 面板的拉丝与烫金成本的话,拉丝会略微便宜一些。但我想在材料变化时所引起的其他成本差异远超过这个成本量了。 在及强调外观的场合,也有电镀后拉丝的,不过电镀层要厚,拉丝深度也要控制合理,当然成

本提高了。 现在一般的铝合金产品表面并不是电镀,而是通过氧化出的各种颜色。 ..... 9

第五章 有限元分析 . .................................................................................................................... 1

第六章 结论 . .................................................................................................................................. 1

致谢 .................................................................................................................................................. 1

参考文献........................................................................................................................................... 1

摘要

本设计课题是关于小型汽车的单车架设计。所设计的单车架结构形式是前后等宽的载放行李车架,采用的材料是钢管,结构是通过焊接连接。本说明书详细阐明了单车架的设计要求、结构的确定、宽度的确定、单车架连接形式的确定。

关键词:小型汽车、单车架、设计 有限元分析

This design topic is the luggage rack design on small cars. Luggage rack structure design is the same before and after loading luggage frame, the materials used are steel, structure is connected by welding. This manual describes the luggage rack design requirement, structure determination, to determine the width of the luggage rack is connected, to determine the form of.

Keywords: small cars, luggage rack, design

- 1 - 第一章 绪论

1.1 设计选题背景

1.2市场现有产品调研

1.3消费者的需求分析

1.4单车架的发展趋势

1.5设计定位

轻便的铝合金支架,把绳子的一端塞进后备箱门里,关上车门之后调节绳带长短把支架牢牢卡在后门上,接下来就可以把自行车前梁悬挂上去了,并排多放两辆都没关系。金属支架接触车体的部位有弹性橡胶包裹,就算承重时也不会伤害车漆。

1.6设计内容

第二章 单车架设计的技术要求

保证在各种复杂受力的使用情况下单车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度,保证在汽车快速行驶及紧急刹车时,单车架不致有严重的疲劳损伤。

单车架受力极为复杂,设计时不仅应注意各种应力,改善其分布情况,还应该注意使各种应力峰值不出现在同一部位上。例如,拐角处应力集中、应设置成圆角。

2.1汽车单车架安装

汽车单车架的安装要根据自己的车型而定,有些汽车在出厂时就已经安装了单车架。

- 2 - 如果你不喜欢,则可可以换装上自己喜欢的类型或者拆卸下来。有的汽车出厂时没有配装单车架,但在车顶上为车主后期加装单车架预留了位置。车主只要看看车顶上是不是预留支座安装空位和支座支撑位置,一般上面都已经配有预留的螺丝。单车架防漏、防锈工作比较复杂,对于那些没有预留安装位置的汽车,车主最好不要自行安装,以免影响了后期的车辆使用,而且单车架的安全性也没有事先就预留位置的那些车型好。

加装汽车单车架后,要注意以下事项:(1)定期检查螺丝的紧固程度,最好10天左右检查一次;(2)货物要在单车架上绑紧或固定好,摆放均匀,没有伸缩性的,要加行李网;(3)行驶过程中,尽量避免紧急制动;(4)货物不能超过单车架的设计承重,承重设计一般为30至50千克。

2.2 汽车单车架的类型

按尺寸的大小和特点,汽车单车架可分为单层单车架、双层单车架、澳式单车架、豪华单车架等;

按适用车型分可分为分专业单车架和通用单车架;

按安装不同分,则可以分为简易单车架和组合式单车架。

2.3 设计思路及方法

2.4 单车架使用说明

1. 使用说明:该单车架带有折叠功能,不使用时,可以抬动底板座下金属件进行折叠,占地面积仅为12CM ,收纳方便,适合放入普通家用汽车的后备箱,外出携带很方便。担心室内空间狭窄的用户可以使用折叠功能,不使用的时候折叠起来收纳也非常简单。不会因为场所空间而困惑,无论外出携带还是移动都非常便利.

搭建、拆卸简单快捷 整体结构采用“积木式”组合设计,部件标准化,无散件。

2. 材料说明:单车架整体铝型材

3. 涂料说明:

- 3 - 4. 结构说明:

5. 前腿与后腿:前腿与后腿在配料时由于造型设计采用直行形。

1. 清洁车顶

将车顶雨槽周围清洁干净,最好用沾有酒精的抹布,没有酒精用水也可以,注意:清洁车顶的过程中不要用力过大,以免损伤车漆。

2. 组装单车架

把黑色角安装在单车架杆的两端,注意安装角时的前后方向, 一般较长或较大的角是安装在车的前端,然后上紧螺丝,螺丝是标配的。

4. 定安装位置

将两根单车架放置车顶,, 尾端距离车顶尾门的那条缝大约5cm, 侧端距离黑色雨槽内侧大约1公分。注意:单车架不是装在雨槽上的, 而是装在距离雨槽内侧一公分左右的位置。

5. 安装

定好安装位置后,将单车架置于车顶,然后再近距离观看下,看位置是否合适,如果不合适再调整,直到确定最终位置后用水笔做好记号。确定位置后,进行安装。

- 4 -

一边站一个人,举着行李框,从车后往前走把行李框平放到车顶上了(注意不要在车顶上面滑),行李框净重(加上灯)约16kg 。有一个人帮忙就可以安装。

行李框放到车顶后,一边放三个厚胶垫(注意胶垫只能放在原车白色铝合金上面,不能放在两端黑色塑料上面)。

一边用只能放三个胶垫,多了无益。

固定单车架是靠4个不锈钢专用卡扣锁紧的(一边2个),固定在原车两条铝合金滑槽上面。 行李框有2根横杆上两端各钻有孔,尺寸是和卡扣配套好的,别小看这个卡扣,螺丝锁紧后是相当结实。

安装卡扣时先装一边两个再装另外一边两个,先把一边两个螺杆都穿到单车架管子孔中后再带上螺母,安装时,如果卡扣的孔和管子孔有点偏差,可以把卡扣稍微敲弯一点儿,螺丝能插入就行;

卡扣下面不用带垫片,上面的垫片也可以先不带,待螺母预紧后再拆下螺母,装上垫片,再锁紧;

行李框的四套卡扣都装好后,先不要拧紧,围着车子转一圈,前、后、左、右看下有没有居中或到自己喜欢的位置,减振胶垫位置有没有放好,都满意后再拧紧螺丝,下面的六角螺母拧好后,拧上盖型螺母。

注意拧紧螺母不用拧得太紧,看厚胶垫被压紧,扳手感觉有些用力,然后用力摇行李框,看行李框与车体之间有无松动,正常拧紧了,摇单车架,是单车架和车整体一起晃动,不会出

- 5 - 单车架与车体之间有异动。

盖型螺母一定要和六角螺母拧紧,一个是美观,另外也起到防松作作,正常行李框安装两三周后,检查下螺丝,看看有没有松动。

外观改装安全第一,一定要保证安装结实,牢固。

2.5 材料说明

最早把铝材运用到汽车上的是印度人,据记载,1896年印度人率先用铝制做了汽车曲轴箱。进入20世纪早期,铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用,铝制车身的汽车开始出现,如亨利·福特的Model T 型汽车和二、三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。

铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用,最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料,铝合金作为典型的轻质金属广泛应用于国外汽车上,国外汽车铝合金制部件主要有活塞、气缸盖、离合器壳、油底壳、保险杠、热交换器、支架、车轮、车身板及装饰部件等。。目前,美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家,如德国大众AudiA8、A2,日本的NXS 等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均为引进生产线)用铝合金外,国产以红旗较多,约80~100kg 。有资料表明,用铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻30%~40%,制造发动机可减轻30%,制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。

铝合金的主要优点是重量轻,散热性好。随着发动技术的发展,四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与两气阀发动机相比,每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量,采用全铝合金缸盖是最好的解决办法。

目前,轿车发动机部件中不仅活塞、散热器、油底壳缸体采用铝合金材料,而且缸盖、曲轴箱也采用这种材料。在目前的形式下,在发动机上采用铝合金替代铸铁已经成为主流趋势。法国汽车的铝汽缸套已达100%,铝汽缸体达45%。在未来几年里,随着高强度优质铝合金材料的开发成功和制造工艺的不断改进,铝合金材料将愈来愈多的用来制造这一类零部件。

汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多,占80%以上,其中又分为重力铸造件,低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、

- 6 - 箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品种构成虽然有一定的差异,但大体是相同的。其品种构成:铸件占80%左右,锻件占1%~3%,其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例,达36%。

- 1 - 第四章 铝合金备料及成形加工

纯铝的密度小,大约是铁的 1/3,熔点低,铝是面心立方结构,故具有很高的塑性,易于加工,可制成各种型材、板材,抗腐蚀性能好;但是纯铝的强度很低,故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验,人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝,这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度。这样使得其“比强度”胜过很多合金钢,成为理想的结构材料,广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面,飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造,以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接,结构重量可减轻50%以上。

随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金结构件的需求日益增多,使铝合金的加工性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金加工技术的发展,同时加工技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的加工技术正成为研究的热点之一。

4.1 铝合金的熔炼

熔炼是为塑性加工提供坯锭。熔炼炉多用燃气反射炉或燃油反射炉,一般容量为20~40吨或更大;也采用电阻加热反射炉,容量一般为10吨左右。为缩短装炉时间,提高熔化效率,减少吸收气体和卷入氧化膜,工业上已采用倾转式顶装料圆型炉。熔炼时最好应用快速分析仪器分析合金成分,并及时调整。为保证熔体纯洁,防止有害气体的污染和控制化学成分,除了尽可能缩短熔炼时间外,宜用以氯化钾和氯化钠为主的粉状熔剂覆盖,一般用量为炉料重量的0.4~2%。熔炼温度通常控制在700~750℃。

熔化后的金属还需进行精炼和过滤,以除掉金属中的有害气体氢和非金属夹杂物,以提高金属纯洁度。精炼通常用固体精炼剂或气体精炼剂。固体精炼剂一般以氯盐为主,也用以六氯乙烷代替氯盐的精炼剂。早期使用活性强的氯气作气体精炼剂,净化效果虽好,但对环境污染严重, 因此发展出氮-氯混合气体、惰性气和三气体精炼剂, 效果较好。为保证精炼效果,精炼气体中的氧和水分含量一般应分别小于0.03%和0.3克/米3。动态真空除气法也具有较好的除气和除钠效果。

过滤是让熔体金属通过中性或活性材料制成的过滤器,除去熔体中处于悬浮状的夹杂物。常用玻璃丝网、微孔陶瓷管和板、氧化铝粒作过滤床进行过滤,也可用电熔剂精炼、熔剂层过滤。

4.2 铝合金的铸造

- 2 - 铸造一般采用立式或水平式水冷半连续铸造法。为改善立式铸造的坯锭组织和表面质量,还发展出电磁结晶槽、矮结晶槽和热顶铸造法(见金属的凝固)。水冷半连续铸造法是通过流槽将液体金属导入用水冷却的结晶器内,使液体金属冷却形成凝固的外壳,由铸造机底座牵引或靠自身重量均匀下降而脱出结晶器,形成坯锭。工艺参数因合金成分和坯锭尺寸的不同,差异很大。一般应尽量提高铸造速度和冷却速度,降低结晶槽的高度。铸造温度通常比合金的液相线高50~110℃。此外, 还发展出铝板带连续铸轧工艺。板材、带材生产 采用平辊轧制,基本工序为热轧、冷轧、热处理和精整。对化学成分复杂的 LY12、LC4等硬铝合金,热轧前应进行均匀化处理。处理温度一般低于合金中低熔点相的共晶温度10~15℃,保温12~24小时。硬铝合金的包铝是将包铝板放在经过铣面的坯锭两面,借助于热轧焊合。包铝层的厚度一般为板材厚度的4%。热轧一般在再结晶温度以上进行。热轧可在单机架可逆轧机上进行,或在多机架上实行连轧。为提高成品率和生产效率发展大铸锭轧制,锭重达10~15吨以上。年产量在10万吨以下的工厂,一般用四辊可逆热轧和采用热上卷工艺,热轧带材厚度为6~8毫米左右。产量10万吨以上的工厂,多在四辊可逆热轧机开坯后采用单机架或两机架、三机架、五机架连轧,实行热精轧,带材厚度可达2.5~3.5毫米。热轧带材成卷后作为冷轧坯料。为保证金属有最佳的塑性,应在单相组织状态下进行热轧。LY11、LY12等合金的热轧开坯温度为400~455℃。前几道道次变形率一般在10%以内,以后逐渐增大。纯铝和软铝合金道次变形率可达50%,硬铝合金则为40%左右。热轧总变形率可达90%以上。冷轧常在室温下进行,通过冷轧可获得尺寸精确、表面光洁和平整的较薄的板材和带材,并可获得具有特定力学性能的加工硬化的板材和带材。冷轧主要采用带式法生产工艺,应用四辊可逆轧机或四辊不可逆轧机进行冷轧,当前发展不可逆轧机进行冷轧。轧机装备有液压压下、液压弯辊、厚度自动控制系统或测辊缝的厚度自动控制系统及板形控制仪,由微型电子计算机控制、记录、储存各种参数,以获得尺寸精确、板形平整的板带材,如 0.18毫米带材公差可达±5微米。小工厂也有块式法生产板材的。退火后铝的冷变形率可达90%以上。多相的硬铝合金冷加工硬化明显,需中间退火。中间退火后的冷变形率为60~70%。热轧用乳液润滑,冷轧已由乳液发展为全油润滑。采用单独控制喷嘴的多段冷却系统,以减少铝板和轧辊的摩擦,冷却轧辊,控制辊型,洗除铝粉及其他杂质,以获得良好的表面质量及板形。经冷轧和热处理后的带卷常在辊式矫直机上或在拉弯连续矫直机列上进行精整。平整淬火后的板片应在时效孕育期内进行,一般在淬火后30~40分钟内完成。淬火板的平直压光总变形量不应超过2%。1955年试验成功的铝板带连续铸轧可生产

- 3 - 薄板和铝箔坯料。中国于70年代初开始用此法生产薄板。

4.3 熔炼及铸造的相关过程

为了保证制品最终性能的热处理称为成品热处理,包括成品退火、固溶处理、淬火、自然时效和人工时效处理;此外,还发展出分级时效和形变热处理工艺。时效处理不仅改善制品的力学性能,而且改善制品的抗应力腐蚀性能和断裂韧性。固溶加热后至淬火前的转移时间一般应控制在30秒以内。淬火的冷却速度,既要保证获得过饱和固溶体,又要不使制品产生过大的淬火应力和弯曲变形。带卷和板材在强有力循环通风的箱式炉、井式炉、立式板材连续退火炉或气垫式连续退火炉中进行退火,新式炉采用保护气氛。淬火一般在盐浴槽中进行加热,新工艺采用气垫式连续淬火炉淬火。

按工件在变形过程中的受力与变形方式分类

按此法铝及铝合金加工可分为轧制、挤压、拉拔、锻造、旋压、成形加工及深度加工等。

A. 轧制

轧制是锭坯依靠摩擦力被拉进旋转的轧辊间,借助于轧辊施加的压力,使其横断面减小,形状改变,厚度变薄而长度增加的一种塑性变形过程。根据轧辊旋转方向不同,轧制又可分为纵轧、横轧和斜轧。纵轧时,工作轧辊的转动方向相反,轧件的纵轴线与轧辊的轴线相互垂直,它是铝合金板、带、箔材平辊轧制中最常用的方法;横轧时,工作轧辊的转动方向相同,轧件的纵轴线与轧辊轴线相互平行,在铝合金板带材轧制中很少使用;斜轧时,工作轧辊的转动方向相同,轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定的倾斜角度。在生产铝合金管材和某些异形产品时常用双辊或多辊斜轧。根据辊系不同,铝合金轧制可分为两辊系轧制,多辊系轧制和特殊辊系(如行星式轧制、V 形轧制等) 轧制:根据轧辊形状不同,铝合金轧制可分为平辊轧制和孔型辊轧制等。根据产品品种不同,铝合金轧制又可分为板、带、箔材轧制,棒材、扁条和异形型材轧制,管材和空心型材轧制等。

B. 挤压

挤压是将锭坯装入挤压筒中,通过挤压轴对金属施加压力,使其从给定形状和尺寸的模孔中挤出,产生塑性变形而获得所要求的挤压产品的一种加工方法。按挤压时金属流动方向不同.挤压又可分为正向挤压、反向挤压和联合挤压。正向挤压时,挤压轴的运动方向和挤出金属的流动方向一致,而反向挤压时,挤压轴的运动方向与挤出金属的流动方向相反。

- 4 - 按锭坯的加热温度,挤压可分为热挤压和冷挤压。热挤压时是将锭坯加热到再结晶温度以上进行挤压,冷挤压是在室温下进行挤压。

C. 拉拔

拉拔是拉伸机(或拉拔机) 通过夹钳把铝及铝合金坯料(线坯或管坯) 从给定形状和尺寸的模孑L 中拉出来,使其产生塑性变形而获得所需的管、棒、型、线材的加工方法。根据所生产的产品品种和形状不同,拉伸可分为线材拉伸、管材拉伸、棒材拉伸和型材拉伸。管材拉伸又可分为空拉、带芯头拉伸和游动芯头拉伸。拉伸加工的主要要素是拉伸机、拉伸模和拉伸卷筒。根据拉伸配模,拉伸可分为单模拉伸和多模拉伸。

D. 锻造

锻造是锻锤或压力机(机械的或液压的) 通过锤头或压头对铝及铝合金铸锭或锻坯施加压力,使金属产生塑性变形的加工方法。铝合金锻造有自由锻和模锻两种基本方法。自由锻是将工件放在平砧(或型砧) 间进行锻造;模锻是将工件放在给定尺寸和形状的模具内,然后对工件施加压力进行锻造变形,而获所要求的模锻件。

锻造的修伤工艺

修伤是铝合金模锻工艺中的重要一环。由于铝合金在高温下较软,粘性大,流动性差,容易粘模并产生各种表面缺陷(折叠、毛刺、裂纹等) ,在进行下一道工序前,必须打磨、修伤,将表面缺陷清除干净,否则在后续工序中缺陷将进一步扩大,甚至引起锻件报废。

修伤用的工具有风动砂轮机、风动小铣刀、电动小铣刀及扁铲等。修伤前先经腐蚀查清缺陷部位,修伤处要圆滑过渡,其宽度应为深度的5~10倍。

E. 铝材的其他塑性成形方法

目前,人们还研究开发出了多种新型的铝材加工方法,它们主要是:

(1)压力铸造成形法,如低、中、高压成形,挤压成形等。

(2)半固态成形法,如半固态轧制、半固态挤压、半固态拉拔、液体模锻等。

(3)连续成形法,如连铸连挤、高速连铸轧、Conform 连续挤压法等。

(4)复合成形法,如层压轧制法,多坯料挤压法等。 (5)变形热处理法等。 铝及铝合金加工材中以压延材(板、带、条、箔材) 和挤压材(管、棒、型、线材) 应用最广,产量最大,据近年的统计,这两类材料的年产量分别占世界铝材总年产量(平均) 的58%和39%左右,其余铝加工材,如锻造产品等,仅占铝材总产量的百分之几。

(二)按工件在加工过程中的温度特征分类

- 5 - 铝及铝合金塑性成形方法很多,通常按工件在加工时的温度特征和工件在变形过程中的受力与变形方式(应力一应变状态) 来进行分类。按工件在加工过程中的温度特征,铝及铝合金加工可分为热加工、冷加工和温加工。

A. 热加工

热加工是指铝及铝合金锭坯在再结晶温度以上所完成的塑性成形过程。热加工时,锭坯的塑性较高而变形抗力较低,可以用能力较小的设备生产变形量较大的产品。为了保证产品的组织性能,应严格控制工件的加热温度、变形温度与变形速度、变形程度以及变形终了温度和变形后的冷却速度。常见的铝合金热加工方法有热挤压、热轧制、热锻压、热顶锻、液体模锻、半固态成形、连续铸轧、连铸连轧、连铸连挤等。

B. 冷加工

冷加工是指在不产生回复和再结晶的温度以下所完成的塑性成形过程。冷加工的实质是冷加工和中间退火的工艺组合过程。冷加工可 得到表面光洁、尺寸精确、组织性能良好和能满足不同性能要求的最终产品:最常见的冷加工方法有冷挤压、冷顶锻、管材冷轧、冷拉拔、板带箔冷轧、冷冲压、冷弯、旋压等。

C. 温加工

温加工是介于冷、热加工之间的塑性成形过程。温加工的主要目的是为了降低金属的变形抗力和提高金属的塑性性能(加工性) :最常见的温加工方法有温挤、温轧、温顶锻等。

4.4 铝合金的表面处理

铝合金表面处理工艺主要有涂装和电镀,过去的那种单纯的阳极氧化膜处理工艺已逐步被淘汰。普通车型的铝合金在外观上考虑的较少,散热性好是一项基本要求,工艺上基本采用涂装处理,成本比较经济而且颜色靓丽、保持时间长久。涂装工艺是重要的表面处理技术之一,它不仅适宜于形状复杂的铸造铝合金轮毂,而且所形成的涂层有较高的硬度和良好的电绝缘性,并有良好的抗蚀、耐磨、防护、装饰效果。但涂装工艺中涂料及涂膜的病态或缺陷会严重影响涂装质量。比如涂装前涂料在贮存过程中的沉淀结块、发浑、变稠或起皮等;涂装过程中涂料的流挂、涂膜的慢干或返黏以及涂膜上的气泡、起泡、刷痕等;涂装后涂膜的变色、失光、粉化或开裂剥落等。而且涂层附着力相对于电镀层较低,耐蚀性、耐磨性较电镀也有所不及。

电镀工艺是当今使用最为广泛的铝合金表面处理工艺。其工艺流程完善,生产体制健全、缺陷分析及防护到位。镀层的耐磨性、抗蚀性、散热性均很好,镀层结合力高,而且色泽鲜亮生动、炫丽、保持时间长久。只是由于使用强酸、强碱及氰化物、铬酐等有毒有害化学品,产生的废水成分复杂,对环境影响相对于涂装较高。但是中高档汽车大多选择电镀工艺作为其首选表面处理工艺。镀层硬度高、耐蚀性及散热性好、且色泽保持时间长久,质优价高,

- 6 - 尤为高档轿车所喜爱。 我此次的工艺设计就是针对高档汽车铝制配件所设计,某些工序为追求镀层高质量以及考虑到环保问题,适当选择了价格较高的配方、设备等。近年来针对电镀的不足而出现的新工艺层出不穷。根据这些新工艺,对传统工艺进行了适当的改进,将部分可以避免或降低的不良因素消除或降低。

4.3 化学预处理

1、碱蚀法

这是最常见的方法。碱蚀后的表面光亮,细腻。以前我国常用过碱蚀法消除挤压纹路,但此种方法铝耗太高,日本采用了AL (OH )3回收装置,得到较好效果和效益。但在我国因设备投资较高和挤压机吨位不匹配等原因,未能加以推广,我中多采用欧洲方法使用缓蚀剂。这种方法的优点是使铝表面更细化,缺点是废物排放将来很难闻达到环保要求。

2、酸腐蚀

这种技术的雏形在五六十年代就有,其原理是利用氟离子在酸性条件下拥有较负的电极电位,对铝表面形成点状腐蚀。这种技术最早是广东某厂家从日本引进的,(这种技术在日本有少部分铝业集团在使用)。这种技术的特点是铝耗低,表面均匀,缺点是表面不光亮。往往酸腐蚀后都要加一分钏的碱腐蚀废水比较难处理(并不是不能处理)。对铝材成分要求较高,对操作人员要有严格的安全防护。尽管如此,因为酸腐蚀后涂消光电泳漆的话,确实十分美观,故在日本,在中国甚至将来在欧美都会大有市场。

3、化学抛光

化学抛光的表面可以轻松达到镜面效果,且因为装饰面与非装饰面的一致性,使铝材档次提高,这种技术在欧洲,尤其在土耳其应用比较广泛。这种技术的缺点是:三酸或者两酸抛光成本较高,污染较大,一些技术问题不易解决(如槽液保温、槽液老化等问题)同时,化学抛光的实质应该叫做化学增亮法,因为,这种方法确实可以使铝材表面光亮但是,不能去除挤压纹,反而使挤压纹更明显。

二、机械预处理

1、机械抛光

我国一些厂家从西班牙引进了一些机械抛光机。其实这种技术是早期的机械扫纹。机械拉丝技术的延展。通过机械抛光处理可使铝材达到镜面效果的话,一台抛光机一年最多也只能抛两仟吨左右的铝材,故镜面铝材产量不大。也有人抛光孔后再抛光,可达到电泳涂装的亮度。但这种铝材往往膜厚只有6-7μ,耐蚀性太差,不值得推广。机械抛光可使表面均匀,细化纹路,降低铝耗,缺点是费电,产量低和办能抛装饰面。

2、机械抛丸和机械喷砂

最早此类设备应用于钢板或铸铁件的表面处理。后来我国福建某厂家从意大利引进设备用于铝表面处理,收到极好效果。根据使用的原材料又可将此类技术分为抛不锈钢丸、抛不锈铁丸、抛铝丸和喷石英砂四类。这种设备都已国产化,此类技术可消除铝表面的挤压痕,降低铝耗,使表面达到亚光的效果。最近笔者注意到美国肯德基快餐店的大门,基本都使用了抛丸电泳,确实显得身份高贵。

- 7 - 三、粉末喷涂

应该说粉末喷涂因其色彩多样,对底材材质要求不是很严等原因,越来越受到众多铝材厂和大众消费者的欢迎,它也满足了个性化设计,根据用户爱好选择颜色。断热型材的开发和普及为粉末喷涂型材又开辟了一个重要的空间,粉末喷涂的外观也更加多种多样。转印法使我们能轻松地把铝材做成木纹、大理石样。现在的隔栅喷涂法甚至可直接喷出有手感的木纹效果。但是尽管世界上的粉末研究日新月异(现在还出来了氟碳粉、透明粉等),但是这些大的粉末喷涂厂家有多少会把优秀的技术拿到中国来生产,则是一个令人关注的问题。像电泳涂装一样,我们生产这么多年,质量始终不能赶上日本。

四、电泳涂装

1、有光透明电泳

这种电泳线在中国有一百六十集团,高低档次不齐,这种情景更有点像九十年代初,铝材在中国大干快上一样,当时有严把质量关的,也有不氧化、不封孔就卖的。现在国内的电泳铝材80%以上是无法外销的。这也是相应的国标定的标准比较宽松的主要原因之一。电泳铝材好不好,涂膜合不合格,第一看他使用哪里的涂料,第二看他使用什么设备。现在有些国产设备 也已完全合格,但是涂料大家要注意,即使是日本 涂企业,他也不一定把最好的涂料卖到中国。因此选择前一定要慎重、多请教、多做测试。

2、消光透明电泳

这种产品在欧美非常少见,但在日本目前已占到市场的。消光电泳涂装比透明电泳涂装具有更好的耐蚀性、硬度,同时又避免了光污染等隐患,看上去更加高贵典雅,因此越来越受到欢迎,目前在中国只有广东某厂引进了一条生产线。

3、有色电泳

为了弥补电泳色泽单调和三次电解着色成材率不高的,日本开发出了有色电泳。目前主要有白色、乳白色、奶黄色、绿色系、灰色系和柔段色系等几种,尤其是后面几种都是复合色。以灰色系为例,如果底色是银白色,电泳后为浅咖啡色;底色是古桐色,电泳后为灰色;底色是黑色时,电泳后为深蓝色,这种生产线,目前在我国只有福建某厂家引进了一条,白色电泳则很多。

4、氟碳电泳

将氟碳涂料用于电泳这也算是日本人的发明,目前在世界上只有新日轻的船桥工厂有一条这样的生产线,该电泳为透明消光电泳,其产品的室外使用寿命在海上石油平台已达15年未出现异常。该电泳涂料由日本立邦公司开发,价格相当于透明电泳涂料的确良0倍但相对于氟碳喷涂,还是便宜多了,每平米大约合人民币18元左右,是幕墙业和机场等标志性建筑的首选,香港机场就采用了很多这种产品。它唯一的缺点是透明,即无色,不象氟碳喷涂那样多姿多彩。这种技术能否引进到中国,笔者正与日本有关方面积极接触。

4.5 铝合金加工的工艺流程

毛坯检查→机械化学抛光→水洗→上挂具→化学准备(超声波除蜡→水洗→化学除油→水洗)→碱蚀→水洗→酸蚀→水洗→活化→水洗→预镀镍→水洗→酸性光亮镀铜→水洗→铜保护→风干→下挂具→铜层抛光→上挂具→超声波除蜡

- 8 - →水洗→化学除油→水洗→酸活化→水洗→镀半光亮镍→镀高硫镍→镀光亮镍→镍封→水洗→活化→水洗→镀铬→回收→水洗→热水洗→烘干→下挂具。

4.6 铝合金加工对刀具的要求

工业铝合金零件的加工对刀具有很高的要求,尤其是航空工业中的铝合金,刀具在具有高性价比的同时还必须满足高质量加工的需求。由于整体硬质合金刀具具有非常锋利的切削刃和槽型,其在铝合金精加工中切削力小,并且具有容屑空间大,排屑顺畅等优点,因此整体硬质合金刀具逐渐取代了传统的高速钢刀具。

此外,硬质合金的弹性模量大约是钢的3倍,这就意味着在负载相同的情况下,整体硬质合金刀具的变形量仅为可转位刀具的三分之一。整体硬质合金立铣刀还可以做成螺旋刃,这样就能平稳地进行切入和切出,排屑也很平稳顺畅,这些都有助于减小切削力的波动从而抑制由此带来的振动趋势。可转位刀片刀具系统可以为铝粗加工和精加工带来潜在的优势,特别是使用25至100mm 的中等至大直径刀具时。用于铝合金加工的可转位立铣刀无需重磨,具有更好的安全性、通用性和更高的金属去除率,具有无与伦比的性能。然而,很多情况下的精加工都不能达到所需的水平。

在研发用于铝合金加工的新型立铣刀概念时,可以通过修改一系列参数来取得使用可转位刀片进行径向铣削时关键性的突破。主要的技术难点包括:平稳的切削作用、良好的切屑形成、极高的材料去除率、低功耗、很好的表面粗糙度和最小的接刀痕迹等等,确保高转速下刀具的安全性。

4.7 铝合金的表面拉丝

工艺铝合金的表面拉丝工艺 拉丝可根据装饰需要,制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。

直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦(如在有*现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷)获取。改变不锈钢刷的钢丝直径,可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理:采用两组同向旋转的差动轮,上组为快速旋转的磨辊,下组为慢速转动的胶辊,铝或铝合金板从两组辊轮中经过,被刷出细腻的断续直纹。 乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下,使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工,对铝或铝合金板的表面要求较高。 波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动,在铝或铝合金板表面磨刷,得出波浪式纹路。 旋纹也称旋光,是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上,用煤油调

- 9 - 和抛光油膏,对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。 螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机,将其固定在桌面上,与桌子边沿成60度左右的角度,另外做一个装有固定铝板压茶的拖板,在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹竞度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动,在铝板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。 当然要先拉丝后电镀了。 要在折弯等成型前,一般是平板拉丝。其实表面处理对基材的前处理有很高要求,不然表面处理后反而回放大基材的缺陷 塑胶件的表面拉丝一般是通过烫金来做的,在烫金机的高温高压作用下,将烫金膜上的物质转移到塑胶表面。选用不同的烫金膜,可得到不同光泽和粗细的纹路效果,这种工艺在影碟机面板上用的很多。现在在视听产品上用的很多的魔术镜面装饰件,就是在PMMA 板材上烫印的反光膜(也有用电镀的) 铝材表面处理除拉丝外,还常用喷沙工艺,同样可以起到掩盖划痕和美化外观的作用 另外还有一种“烫金”工艺(电化铝转移),可以在塑料件的表面也做出类似这样的效果来。

1、 有关烫印板,即施压头部份的材料选取,以红铜材料为最佳,因为红铜散热性、传热性比较好,在金属中属于中性材料,既不太软也不太硬,不仅便于加工,有一定弹性,耐用性很好;不过实际使用时,很多厂商为降低材料成本,选择的多是铝合金印板,这样在烫板制作成本上可以省一些,不过因为铝材太软,使用寿命差,如果批量很大,用一段时间还得重新制版,制版费也不便宜了,所以应该要综合考虑材料选择问题。

2、有关烫印工艺条件方面比较容易理解,就是烫印压力、烫印温度和烫印时间。

3、最重要的就是烫金原材料的选择,即烫金纸,选择时要注意与不同的烫印基材相匹配才行,并非一种烫金纸就能通吃所有的材料,这主要是关系到热转印时的粘着牢固度的问题。这个可能不便直接比较,因为两种工艺适用的场合不同,拉丝适用于板金件,而烫金适用于纸、塑料、织物类,如果要做比较的话,还得考虑模具及结构设计的不同所引起的其他成本变化才合理。 如果单纯做个简单比较,比如上面SONY 面板的拉丝与烫金成本的话,拉丝会略微便宜一些。但我想在材料变化时所引起的其他成本差异远超过这个成本量了。 在及强调外观的场合,也有电镀后拉丝的,不过电镀层要厚,拉丝深度也要控制合理,当然成本提高了。 现在一般的铝合金产品表面并不是电镀,而是通过氧化出的各种颜色。

- 1 - 第五章 有限元分析

有限元分析(FEA ,Finite Element Analysis )的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用,例如用多边形(有限个直线单元)逼近圆来求得圆的周长,但作为一种方法而被提出,则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法,应用于航空器的结构强度计算,并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力,随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫(Clough )教授形象地将其描绘为:“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”,即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解(往往是困难的)满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法,有限元法将函数定义在简单几何形状(如二维问题中的三角形或任意四边形)的单元域上(分片函数),且不考虑整个定义域的复杂边界条件,这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。

对于不同物理性质和数学模型的问题,有限元求解法的基本步骤是相同的,只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为:

第一步:问题及求解域定义:根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步:求解域离散化:将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域,习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小(网络越细)则离散域的近似程度越好,计算结果也越精确,但计算量及误差都将增大,因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。

- 2 - 第三步:确定状态变量及控制方法:一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示,为适合有限元求解,通常将微分方程化为等价的泛函形式。

第四步:单元推导:对单元构造一个适合的近似解,即推导有限单元的列式,其中包括选择合理的单元坐标系,建立单元试函数,以某种方法给出单元各状态变量的离散关系,从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。

为保证问题求解的收敛性,单元推导有许多原则要遵循。 对工程应用而言,重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如,单元形状应以规则为好,畸形时不仅精度低,而且有缺秩的危险,将导致无法求解。

第五步:总装求解:将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组),反映对近似求解域的离散域的要求,即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行,状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。

第六步:联立方程组求解和结果解释:有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量,将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。

简言之,有限元分析可分成三个阶段,前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型,完成单元网格划分;后处理则是采集处理分析结果,使用户能简便提取信息,了解计算结果。

- 1 - 第六章 结论

汽车性能及外观的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能和组装,而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合,汽车单车架的布置也是非常重要的。从技术先进性、生产合理性和使用要求出发,正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数,提出上顶单车架总体设计方案,为各部件设计提供整车参数和设计要求,保证汽车主要性能及外观指标实现,使零部件通过合理的车顶单车架布局更好的结合在一起,使整车的性能、外观、可靠性达到设计要求。 本次毕业设计已经接近尾声了,在这次设计我感到自己在各种技能和知识层面上有很多不足的地方,同时自己也学习到很多新的知识。这次毕业设计将我们四年来学习到的知识综合的应用起来,同时我学习了新的知识,如 CAD 制图,这是以前很少接触和使用的实用知识,在这次毕业设计中我从学习到应用,虽然中间的过程是辛苦的但是收获的喜悦是无法用言语所能表达的,总的来说这次毕业设计让我收获颇丰,使我为即将到来的工作和将来的学习打下了坚实的基础。

致谢

这次毕业设计是在老师的指导帮助下完成的,首先我向老师表示衷心的感谢,感谢她孜孜不倦的教诲。老师平易近人,深厚扎实的专业知识功底和严谨认真的治学态度使我受益良多。感谢老师!同样也感谢在这次毕业设计中帮助我的同学,感谢他们给予我的大力支持。 在这次毕业设计中,我有很多收获,首先把我几年来所学的知识做了一次系统的复习,更深一步了解了所学的知识,培养了我综合运用所学知识,独立分析问题和解决问题的能力,也使我学会怎样更好的利用图书馆、网络查找资料和运用资料,还使我学会如何与同学共同讨论问题,这对我以后的工作有很大的帮助。今后我会在工作中不断的学习, 努力提高自己的水平。经过本次设计,我切实体会到作为一个优秀的设计人员的艰难性。在设计过程中,我经常遇到各种各样的问题,有的是知识方面的不足导致的,有的是设计经验方面不足导致的。这些问题有时使得我束手无措,不过在指导老师刘丽梅老师帮助和自己的努力下,终于使得我顺利完成了设计。

虽然我的设计存在很多不足的地方,但在这三个多月的时间里,我学到了很多有用的知识,也积累了一定的设计经验,这些对于我即将要走向社会工作岗位,将起到很关键的作用。

- 1 - 参考文献

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