白耀明，孫洪斌，杜健

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

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某車型穩(wěn)定桿支架開裂分析

白耀明1，孫洪斌2，杜健3

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

為保證車輛行駛的平順性，SUV或轎車懸架的垂直剛度和側(cè)傾角剛度設(shè)計(jì)得較低，在轉(zhuǎn)彎時(shí)可能產(chǎn)生較大的側(cè)傾，影響行駛穩(wěn)定性。為解決上述問題，汽車中廣泛采用安裝穩(wěn)定桿。穩(wěn)定桿支架是固定穩(wěn)定桿的部件，其開裂會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定桿失效。針對(duì)開裂問題進(jìn)行分析并制定解決方案，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)方案可靠有效。

穩(wěn)定桿；支架；開裂分析

0 引言

汽車產(chǎn)品發(fā)生開裂失效問題，一般原因有以下幾種：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不滿足使用要求，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品CAE分析應(yīng)力大，最大應(yīng)力超過材料屈服強(qiáng)度；產(chǎn)品使用環(huán)境超出規(guī)定的使用環(huán)境，主要表現(xiàn)產(chǎn)品過載斷裂；產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程中存在質(zhì)量缺陷，表現(xiàn)為產(chǎn)品不合格發(fā)生早期失效。作者針對(duì)穩(wěn)定桿支架在臺(tái)架試驗(yàn)中開裂問題，逐步分析找到問題真因并制定整改措施，為今后類似問題提供解決思路及方法。

1 問題描述

1.1 臺(tái)架試驗(yàn)問題

圖1 穩(wěn)定桿支架斷裂部位

臺(tái)架試驗(yàn)中前懸架模塊總成按照整車姿態(tài)安裝，模擬整車使用環(huán)境。在車輪輪心或車輪接地點(diǎn)加載載荷，模擬制動(dòng)、加速、側(cè)向、上跳、下跳5種工況。加載載荷是利用ADAMS軟件根據(jù)整車在上述5種工況中的受力進(jìn)行分解得到的。試驗(yàn)要求按照制動(dòng)、加速、側(cè)向、上跳、下跳工況的順序開展試驗(yàn)，其中上跳工況進(jìn)行25萬次，其余為5萬次。所有工況試驗(yàn)完畢后要求金屬產(chǎn)品無開裂(含裂紋)、開焊等失效問題。在實(shí)際試驗(yàn)中上跳工況進(jìn)行至20萬次開裂，開裂位置見圖1，不滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 穩(wěn)定桿支架的結(jié)構(gòu)

通過焊接將穩(wěn)定桿支架與副車架本體連接，將穩(wěn)定桿安裝到位后，再用螺栓將穩(wěn)定桿支架卡箍連接到穩(wěn)定桿支架上，具體如圖2所示(焊道布置見后文)。

圖2 穩(wěn)定桿支架結(jié)構(gòu)

2 問題分析

2.1 斷口分析

對(duì)斷口進(jìn)行清洗后進(jìn)行電鏡掃描，穩(wěn)定桿支架開裂裂紋疲勞源位于圖3位置1處，裂紋源區(qū)表面被氧化物覆蓋，裂紋擴(kuò)展區(qū)有疲勞條紋，瞬斷區(qū)為剪切撕裂狀態(tài)，如圖4所示。

圖3 失效件斷裂形貌

圖4 斷口檢測(cè)

2.2 失效產(chǎn)品材料分析

2.2.1 失效產(chǎn)品材料化學(xué)元素分析

失效產(chǎn)品材料化學(xué)元素成分分析結(jié)果見表1。

表1 化學(xué)元素成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

2.2.2 失效產(chǎn)品材料機(jī)械性能分析

失效產(chǎn)品材料機(jī)械性能分析結(jié)果見表2。

表2 機(jī)械性能分析

2.2.3 失效產(chǎn)品硬度分析

在失效產(chǎn)品中選取3個(gè)點(diǎn)取樣去測(cè)維氏硬度，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 穩(wěn)定桿支架維氏硬度分析結(jié)果

2.2.4 失效產(chǎn)品鋼板材料金相分析

穩(wěn)定桿支架基體組織金相分析結(jié)果如圖5—6所示，可見基體組織主要為鐵素體和少量珠光體，未見其他組織缺陷。

圖5 穩(wěn)定桿支架基體組織100倍

圖6 穩(wěn)定桿支架基體組織500倍

2.3 失效產(chǎn)品成型分析

2.3.1 失效產(chǎn)品輪廓尺寸分析

經(jīng)過掃描穩(wěn)定桿支架的外形輪廓，與理論設(shè)計(jì)狀態(tài)擬合對(duì)比分析，產(chǎn)品實(shí)際的輪廓邊線、面與理論偏差最大為0.666 mm(具體偏差為：點(diǎn)1處0.666 mm，點(diǎn)2處0.127 mm，點(diǎn)3處0.182 mm，點(diǎn)4處0.451 mm，如圖7所示)，符合偏差值小于1 mm的設(shè)計(jì)要求。

圖7 穩(wěn)定桿支架掃描點(diǎn)云與理論值對(duì)比

2.3.2 失效產(chǎn)品磁粉探傷檢測(cè)

對(duì)穩(wěn)定桿支架進(jìn)行磁粉探傷檢測(cè)，零部件邊緣及表面未發(fā)現(xiàn)裂紋。檢查穩(wěn)定桿支架邊緣，可以確定沖壓過程產(chǎn)生的光亮帶位于零件的成型內(nèi)側(cè)，因此會(huì)消除因產(chǎn)生微小裂紋而引起斷裂的可能。

2.3.3 失效產(chǎn)品鋼板紋理方向檢測(cè)

經(jīng)電鏡掃描檢測(cè)，結(jié)果如圖8所示，可見鋼板沖壓成型方向與鋼板材料紋理方向垂直，符合沖壓工藝要求。

圖8 穩(wěn)定桿支架鋼板材料紋理

2.4 失效產(chǎn)品焊道分析

2.4.1 焊道外觀檢測(cè)

經(jīng)檢查焊道高度合格，焊道飽滿，未發(fā)現(xiàn)氣孔、 咬邊、焊偏等缺陷。

2.4.2 焊道金相組織檢測(cè)

穩(wěn)定桿支架焊道金相組織檢測(cè)結(jié)果如圖9所示，可見：焊道組織未見明顯異常，主要組織為貝氏體、索氏體和少量珠光體，焊縫處的晶粒度約為3.5級(jí)。

竟然僅僅只有簡(jiǎn)短的幾句話：“對(duì)不起，你走你的陽光大道，我走我的獨(dú)木橋?！毕窈谝怪袆澾^的一道閃電?！皣W”的一下，我的眼前一片慘白。

圖9 穩(wěn)定桿支架焊道金相組織

2.4.3 焊道熔深檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)焊道熔深，發(fā)現(xiàn)部分熔深不符合要求，甚至熔深為0，焊道熔深明顯存在質(zhì)量缺陷，影響產(chǎn)品耐久性能。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)CAE分析

CAE分析應(yīng)力云圖如圖10所示：穩(wěn)定桿支架最大應(yīng)力為336.2 MPa，應(yīng)力值小于材料的屈服強(qiáng)度440 MPa，安全系數(shù)為1.3，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。

圖10 CAE分析應(yīng)力云圖

4 斷裂原因分析

經(jīng)過上述分析確定如下結(jié)論：

(1)穩(wěn)定桿支架所用材質(zhì)化學(xué)元素、機(jī)械性能及金相組織檢測(cè)結(jié)果表明：鋼板的材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

(2)穩(wěn)定桿支架外觀輪廓、尺寸符合設(shè)計(jì)要求；

(3)經(jīng)對(duì)穩(wěn)定桿支架進(jìn)行磁粉探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋，并且沖壓件的光亮帶位于零件的成型內(nèi)側(cè)，對(duì)鋼板紋理檢測(cè)確定鋼板的紋理方向與穩(wěn)定桿支架的彎曲方向垂直。以上表明沖壓產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)合理，消除因沖壓過程產(chǎn)生裂紋而引起的穩(wěn)定桿支架斷裂可能；

(4)從焊縫形態(tài)觀察焊縫高度符合要求，外形飽滿，且均勻分布于零部件搭接兩側(cè)，未出現(xiàn)焊偏等缺陷，且經(jīng)電鏡檢測(cè)焊縫，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷；

(5)CAE分析確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，但是產(chǎn)品斷裂部位為產(chǎn)品受力最大部位。

經(jīng)過以上分析判定穩(wěn)定桿支架開裂性質(zhì)為疲勞斷裂。斷裂部位位于焊道起弧位置，且該處產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為曲面弧形搭接，焊接質(zhì)量不易控制。并且CAE分析顯示該斷裂位置為產(chǎn)品應(yīng)力最大部位。

5 制定整改對(duì)策

將焊道起弧位置向外延伸10 mm，起弧位置避開產(chǎn)品應(yīng)力集中位置。

具體參照?qǐng)D11與圖12進(jìn)行更改。

圖11 產(chǎn)品變更前

圖12 產(chǎn)品變更后

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照上述方案制作產(chǎn)品樣件3臺(tái)套，按原試驗(yàn)方法連續(xù)進(jìn)行3次臺(tái)架試驗(yàn)，每次試驗(yàn)均順利完成，未發(fā)生任何失效，表明產(chǎn)品更改方案可靠有效。

7 結(jié)束語

焊接質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的可靠性至關(guān)重要，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就要考慮焊接質(zhì)量，焊縫起弧、收弧位置避開產(chǎn)品應(yīng)力集中點(diǎn)，焊縫搭接位置盡量避免位于曲面位置，如有必要需要增加雙側(cè)焊道，以滿足產(chǎn)品可靠性要求。

【1】劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

【2】陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

【3】郭成，儲(chǔ)家佑.現(xiàn)代沖壓技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

德爾福后市場(chǎng)新產(chǎn)品亮相德國(guó)法蘭克福汽配展

在2016年9月13—17日舉行的2016德國(guó)法蘭克福汽配展期間，德爾福產(chǎn)品與服務(wù)解決方案事業(yè)部在4.0展廳C12展臺(tái)展出其產(chǎn)品和服務(wù)。

在德國(guó)法蘭克福汽配展期間，德爾福展示其售后市場(chǎng)產(chǎn)品組合如何為技術(shù)人員提供維修件和服務(wù)，涵蓋所有可能出現(xiàn)的問題：從制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、到發(fā)動(dòng)機(jī)管理和燃油噴射，以及診斷儀器和柴油機(jī)測(cè)試。

德爾福代表在現(xiàn)場(chǎng)為參觀者提供最新的柴油機(jī)和售后市場(chǎng)產(chǎn)品、診斷儀器和培訓(xùn)活動(dòng)信息，并介紹我們升級(jí)版的客戶服務(wù)以及不斷擴(kuò)展的德爾福服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和德爾福柴油機(jī)中心網(wǎng)絡(luò)。

此外，德爾福展示了新型48 V輕度混合動(dòng)力技術(shù)。德爾福的48 V輕度混合動(dòng)力技術(shù)利用電氣化降低直噴發(fā)動(dòng)機(jī)排量，將燃油經(jīng)濟(jì)性提高15%。針對(duì)即將到來的2021年歐洲監(jiān)管目標(biāo)，48 V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)將填補(bǔ)常規(guī)動(dòng)力汽車和高度混合動(dòng)力車及電動(dòng)車之間的差距。到2025年，預(yù)計(jì)全球銷售的汽車中將有1/10屬于48 V輕度混合動(dòng)力車。

其他亮點(diǎn)包括：診斷儀器，特別是新推出的德爾福診斷解決方案 FlashTM直通設(shè)備；新型、再制造和維修噴油器和渦輪增壓器；Hartridge將展出 Hurricane柴油顆粒過濾器(DPF)主機(jī)，并展示HK1400通用三角座、共軌噴油器(CRri)-PC和YDT-35。

(來源：德爾福汽車有限公司)

Crack Analysis for Stead Rod Support of a Certain Vehicle

BAI Yaoming1, SUN Hongbin2, DU Jian3

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China;2.Automotive Engineering Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000,China)

To ensure the vehicle ride comfort, the suspension vertical stiffness and camber stiffness of SUV or car are designed lower and in turn greater roll may be produced, affecting the stability of vehicle. In order to solve the problem, stabilizer bars are widely installed in vehicle. Stabilizing rod bracket is a component to fix the rod, and its cracking can cause failure of stabilizer bar. The cracking problem was analyzed and the solution was formulated. The experimental results show that the solution is reliable and effective.

Stabilizer bar;Support;Crack analysis

2016-06-16

白耀明(1983—)，學(xué)士，助理工程師，從事汽車底盤設(shè)計(jì)工作。E-mail：bym8888@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.011

U461.91

A

1674-1986(2016)09-050-04