汽车悬置产品常见质量问题分析

李先洲 李建鲁 王海林

摘  要：汽车悬置大批量生产中最常见失效模式为铝合金托臂断裂，断裂会造成车辆无法行走，断裂原因比较多，有设计强度安全系数不足的原因，也有铸件本身就存在缺陷，象裂纹和内部气孔，裂纹通过外观检查可以发现，而内部气孔除非100% 采用X 光检查，否则难以发现，该文以铸造过程中产生的缩孔而造成断裂为例进行了分析。

关键词：悬置断裂;悬置异响;断裂分析

中图分类号：U464              文献标志码：A

0 引言

近年来，为了改善汽车内的振动情况，在现在汽车动力总成中采用了大量的液压悬置系统。理想的悬置系统应具备以下2点特性：在5 Hz～20 Hz的低频范围内，为了有效衰减路面不平和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大振幅的振动，需具有高刚度、大阻尼的特性;而在20 Hz以上的频带范围内，为了降低车内噪声，提高汽车的操纵稳定性，需具有低刚度、小阻尼的特性。液压悬置克服了传统动力总成橡胶悬置阻尼偏小的局限性，能够更好地满足汽车动力总成隔振的要求。液压悬置具有低频阻尼大，高频动刚度小，减振降噪更为理想等特点，可有效地衰减汽车动力总成振动，因此，液压悬置因其具有良好的隔振性能而被广泛应用于现在的汽车中。

发动机液压悬置主要零件构成为相互扣合的底座，用于限位内套管在底座上的主簧和上罩壳上的连接架，其技术要点是：主簧两侧与上罩壳之间有X向限位缓冲块，另外一侧设有Z向限位缓冲块，主簧通过底部骨架限位在底座和上罩壳之间，而且主簧与骨架之间有空腔结构;底座为空腔结构，底座外侧通过凸台铆接中空的盖板，底座上设计有一体式孔形流道盖板，下流道盖板与骨架之间由内向外依次设有上流道盖板和解耦膜.这样的设计充分利用了空间，抑制了低频大振幅和高频动态硬化及异响，从而提升整车舒适性。评价悬置的主要技术参数为XYZ 3个方向的动静刚度、阻尼角和破坏力，从目前技术来看，悬置厂家在满足技术指标方面已经很成熟，而在批量生产阶段，客户主要抱怨为车辆过颠簸路面时悬置异响和断裂。

1 异响分析

该液压悬置主要由主簧和托臂通过压装组成，托臂为重力铸铝件，主簧由流体腔及上下盖板和主簧片组成。根据实车异响听诊，确定异响不是金属敲击，而来自液体拍打橡胶产生的声音，悬置在解耦来自发动机的震动过程中，内部液体拍打解耦膜不可避免，但是通过优化内部流道设计，选用合适的解耦膜表面结构，调整内部充液量，实践证明是完全可以解决异响，由于在试制阶段，整车经过大量耐久测试没有发生异响，排除内部流道设计的原因，锁定为解耦膜和充液量的波动为主要调查对象，解耦膜为橡胶零件，表面硬度由橡胶配方和硫化工艺决定，结构由模具决定;影响充液量主要取决于主簧内腔体积大小，经过初步因子筛选试验，排除解耦膜橡胶配比和硫化工艺的影响。通过调查试制和量产初期变异源发现解耦膜片和主簧在量产初期发生过变更，为了提高阻尼角，解耦膜片更改过结构;为提高产能，主簧由单模变更为多腔复制模，针对以上变化点，进行正交试验，数据见表1。

从以上数据可以发现，用单腔模生产的主簧和变更前的解耦膜生产的悬置，台架测试没有异响。主簧采用多腔模、采用变更后的解耦膜装配总成后，整车异响比例高达60%，采用单腔模生产的主簧和变更后的解耦膜装配总成后，整车异响比例达5%;进一步对比发现，多腔膜生产的主簧与单腔模生产的主簧密封面高度相差0.3 mm，导致充液量小了10%;变更前后解耦膜密封面高度相差0.5 mm，密封面加大0.5 mm导致阻尼角变大，将主簧尺寸恢复到单腔模状态和解耦膜恢复到变更前的尺寸，异响彻底解决，连续生产1万台车，均无异响。

2 断裂分析

悬置托臂为铝合金铸造件， 有的为金属型重力铸造，有的为高压铸造，为了汽车减重， 大部分欧美企业设计为高压铸造，有些自主品牌为了强度方面的考虑也设计为重力铸造件。对高压铸造铝合金铸件而言，缩孔和缩松是常见缺陷，为铝合金在凝固过程中体积收缩得不到充分补缩而形成。缩孔一般发生在铸件最后凝固的部位，形成管状或枝叉状孔洞，面积较大，金相中有时可见到缩孔及缩孔导致的共晶偏析。缩松一般存在枝晶间细小而分散的孔洞，造成铸件内部组织不致密。压铸件大部分是薄壁件，但也存在局部相对厚大的地方，而这种壁厚的地方往往是最后凝固的区域。在厚大部位尽量掏空设计结构或采用镶块。在产生缩松部位增设辅助内浇口，以提高铸造压力的传递效果。象存在卷气，合理设置慢速压射和快速压射开始点，可以减少金属液包卷气体现象，修改原来工艺中快速切换的位置，快速切换位置选择在铸件两侧壁厚部位（产生缩孔处）之前。金属液浇注温度和模温对缩孔影响也很大，浇注温度越高越容易，越容易出现缩孔、缩松，浇注温度越低，容易拉模和产生缩孔。针对市场退回断裂件， 化学元素分析结果符合ASTM B85-03标准，通过电镜扫描分析发现截面组织局部域存在疏松，孔洞等铸造缺陷（最长达2.7 mm），不符合ASTM E505 等级2。通过缺陷部位进行能谱扫描分析排除了氧化夹渣的可能。对冷模件首模两件产品X光检测找到缺陷部位后破坏，发现产品断面形貌与失效件断面形貌相似，当模温低于正常工艺条件下，产品断口存在疏松现象且力学性能较低，当模温逐步趋于正常范围时产品断口无明显疏松现象力学性能稳定。 进一步调查发现断裂失效件是因新员工在操作时未将停机后的首模两件冷模件产品进行报废处理导致停机后冷模件流入下道工序，从而导致不合格品流出。模温低时，金属充填流动性不足导致压铸机系统压力传替效率降低，金属液过早凝固导致补缩不足导致产品缩松。

3 结语

针对铝合金铸造缺陷的分析，采用电镜扫描确定缺陷类型后再采取进一步措施是进行质量改善的必要步骤，过多依靠经验来判断，会因为每个人的主观经验导致改善周期太长，对于内部铸造缩孔除了浇注系统设计，模温控制在合理水平是影响铸件质量的关键因素，对小型铸造厂而言，不能配置模温机的情况下，对冷模件的管理必須引起重视.而液压悬置异响取决于橡胶主簧和解耦膜的尺寸稳定性，保持生产过程的稳定受控是实施质量改善和保持质量产品一致性的前提。

参考文献

[1]王金太，金吉琰.铝合金压铸件中的气孔分析[J].铸造技术，2008（1）：134-136.

[2]毕娟娟，廖恒成，潘冶， 等.铸造铝合金中氧化夹杂物的研究进展[J].铸造，2009，58（12）：1224-1228.