摘要：汽车用仪表板横梁通常采用钢管和钢板冲压件组合焊接制造，此类钢制仪表板横梁总成的组成零件数量多，需要焊接组装，不利于尺寸控制，且整体重量大，不符合轻量化理念。而根据文献报道，采用镁合金压铸的仪表板横梁可减重50%以上， 轻量化效果非常明显。主要是因为镁合金是目前应用的金属结构材料中最轻的，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点，因此镁合金仪表板横梁在国外汽车产品中得到广泛的应用。
关键词：镁合金；汽车仪表；横梁；应用
前言：目前镁合金的种类有很多，汽车工业采用较多的是AM系和AZ系合金，常用镁合金牌号主要有AM60B和AZ91D。其A M60B的铝含量较低，由于随着铝含量的降低，材料的韧性逐渐增高，故与AZ91D相比，AM60B的韧性和塑性较好。A M60B是高纯牌号，因此具有和AZ91D一样优良的耐蚀性能，且与A380铝合金相比，耐蚀性更加优秀。
1、镁合金仪表板横梁的特点
镁合金仪表板横梁与钢制仪表板横梁相比具有以
下特点：①轻量化镁合金的密度为1.78g/cm3，仅为钢密度的1/4，减重在50%以上。②零件集成化程度高，尺寸稳定与钢制件相比，镁合金仪表板横梁采用整体压铸的生产工艺，可以把传统钢质CCB的20多个零件集成为一个件。③安装尺寸精度高 由于采用整体压铸，尺寸精度很高，所有的尺寸公差都可以控制在0.5mm以内，解决目前钢骨架安装过程中的干涉和异响等问题。④设计灵活 由于采用压铸工艺，产品工艺性好，零件形状的设计自由度大。⑤绿色环保镁合金材料可以百分之百回收利用。
2、结构设计
2.1钢制仪表板横梁骨架
钢制仪表板横梁骨架总成为左、右侧支架,转向管柱支架，空气囊(PAB) 支架，空调(HVAC) 支架，驾驶员侧支架，副驾驶员侧支架，收音机支架，中控台(CNSL) 支架，安装影音系统的中间支架和仪表板固定支架等11个支架焊接在仪表板横梁上的结构，各支架主要由不同厚度的钢板冲压而成。
2.2挤压镁合金仪表板横梁骨架总成设计
根据企业方的要求以及镁合金材料的特点确定镁合金替代设计原则不改变原部件所具有的功能，不改变关键孔(定位孔、 连接孔) 的位置和大小;新设计以挤压工艺为主, 冲压工艺为辅, 在保证模态和安全等基本性能指标的前提下进行替代设计。根据经验, 镁合金板和钢板在厚度比为1.2：1时，具有相同的强度;在厚度比为1.7：1时，具有相同的刚度；为保证冲压制造工艺的可行性, 镁合金冲压板件的最小弯曲半径为板厚的3倍，在复杂的弯曲结构处，提高最小弯曲半径的要求。根据以上原则，分析仪表板总成各个零部件的特征，寻找多种方案并分析各个方案的可行性，对比各个方案的优缺点，确定最佳方案。
2.2.1挤压件设计
镁合金仪表板骨架总成中的挤压件包括：仪表板横梁、驾驶员/副驾驶员侧支架、转向管柱支架和中间支架。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆下面以仪表板横梁和驾驶员侧支架为例，说明挤压件的设计过程。一是仪表板横梁钢制仪表板横梁为等径三维弯管型，分为4段。4段均处于不同的平面内，弯曲复杂，主要目的是避免与仪表板本体的干涉。另外在横梁两端进行局部整形，方便与左、右侧支架焊接。中间位置压平，以避免与仪表板零件产生干涉。综合考虑各种方案的可行性、经济性和生产效率等，确定新方案仍为等径三维弯管型。新仪表板横梁采用镁合金挤压管材通过弯曲工艺获得，厚度为 2.5mm，外径为
50mm, 所有弯曲半径均设计为 100mm, 两段相邻弯曲位置之间均设计有便于夹紧的直线段，直线段长度均大于等于50mm。其中两端须进行整形、 切边, 便于仪表板横梁的定位以及与支架的焊接。为避免与仪表板部件的干涉和保证固定支架的装配精度，仪表板横梁的中间位置也进行了局部整形。二是驾驶员侧支架原驾驶员侧支架是一整块经过拉延、切边、3次复合弯曲和冲孔的冲压件通过分析可知，要用镁合金板制造出相似的结构，工艺将更加复杂，成本大大增加。另外考虑到支架与地板的装配面以及连接孔的位置不可修改，因此新设计采用挤压工艺。
2.2.2冲压件设计
镁合金仪表板骨架总成中冲压件包括：左/右侧支架、空气囊支架、空调支架以及其他支架。以左侧支架为例，说明冲压件的设计过程。钢制左侧支架形状复杂，主要是为避免与仪表板本体的干涉。在支架中间位置处的切口设计用于支架与仪表板横梁的焊接。但切口会降低支架的刚度和强度，在切口处产生应力集中，另外切口设计对于镁合金难以实现。镁合金左侧支架厚度为2mm，仍采用拉延工艺一次成形，并取消了切口设计。
3、零件性能测试
根据产品性能要求，需在三个状态下对仪表板横梁零件性能进行测试，分别是静态管柱“入侵”、静态侧面负载和转向管柱处横梁刚度三项台架试验。一是静态管柱“入侵” 试验件固定在夹具上(模拟固定在乘客座的A柱处)，并通过钢支架固定在另一夹具上(模拟中间通道的H梁固定)。夹具盘安装在管柱支架安装处，其与管柱支架功能形状一样。试验时，通过加载缸沿X方向加载负荷，加载点位于此夹具盘上。记录力一变形曲线，记录零件在失效前所能承受的最大力。二是静态侧面负载试验件固定在夹具上(模拟固定在乘客座的A柱处)，并通过钢支架固定在另一夹具上(模拟中间通道的H梁固定)。夹具盘连接到驾驶座的A柱处，并与气缸相连。试验时沿Y方向，通过加载缸对零件的驾驶室处的A柱施加负荷，直到零件失效。记录力一变形曲线，记录零件在失效前所能承受的最大力。三是转向管柱处横梁刚度试验件固定在夹具上(模拟固定在乘客座的A柱处)，并通过钢支架固定在另一夹具上(模拟中间通道的H梁固定)。夹具盘安装在管柱支架安装处，其与管柱支架功能形状一样。负荷就加在此夹具上(模拟转向管柱) 。
结语：通过AM60B镁合金材料在仪表板横梁上的成功应用，不但可以达到轻量化效果，同时也为后期在其他零件上应用提供了思路和经验。
参考文献：
[1] 陈飞,陈云霞,李军,王艳青.镁合金在汽车仪表板横梁上的应用[J]. 现代零部件, 2013(08) : 37-39.
[2] 高云凯,刘海立,万党水,高冬.挤压镁合金汽车仪表板横梁骨架的设计与分析[J]. 汽车工程, 2011, 33(02) : 167-171.-171.
论文作者:牛翠芳 王秀伟
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第8期
论文发表时间:2019/7/18
标签：仪表板论文; 支架论文; 横梁论文; 镁合金论文; 管柱论文; 夹具论文; 零件论文; 《工程管理前沿》2019年第8期论文;