克萊斯勒推出了鋁革命

對普通駕駛員而言，它是隱形的：一個龐大，笨重，無描述的金屬塊，幾乎可以在任何情況下盡職盡責地承載車輛的最大載荷。大多數(shù)司機都看不到;很少有人再想一想。他們只知道它在那里，在動力總成之下的某個地方。它可能是用鋼制成的?？赡?。然而，在世界上最受歡迎的車輛之一，情況已不再如此。前懸架支架 - 結合了克萊斯勒小型貨車的巨大靜態(tài)和動態(tài)負載的結構部件 - 是鋁合金。

對許多人而言，這聽起來幾乎就像是一個矛盾。結構鋁?畢竟，鋁已經建立了輕質材料的聲譽。但專家表示，沒有理由不能將它用于汽車最嚴苛的結構應用中。

“鋁可能在結構部件中具有一些最佳應用，”密歇根大學汽車運輸研究辦公室主任David Cole博士說。“它在那里非常有效。”

事實上，看看克萊斯勒的鋁制搖籃的優(yōu)勢讓人懷疑為何該行業(yè)早些時候沒有這樣做。例如，檢查現(xiàn)在可以安裝在懸架上的物品清單：ABS控制單元，制動接合塊組件，泄漏檢測泵，動力轉向泵油冷卻器以及未安裝在懸架上的一系列物品鋼版。

更重要的是，鋁提供了更好的尺寸完整性：在整個零件長度上大約半毫米，相比之下大約是鋼的三倍。

然而，最重要的是減輕重量。在工程師瘋狂地從車輛上減輕一磅重量的時代，克萊斯勒工程師將小型貨車懸架的重量減輕了至少14磅。雖然保守估計認為沖壓鋼制搖籃的重量超過40磅 - 鋁制的重量僅為26磅。

克萊斯勒經理對于消除這么多重量的想法感到欣喜若狂。“重量減輕是為數(shù)不多的通用產品之一，”當搖籃開發(fā)時擔任懸架工程經理的Bob Gasparovich指出。“它使燃油經濟性更好。它使車輛性能更好，操控性更好，停止更輕松。它可以做到一切都很好。”

沒有簡單的選擇。回想起來，鋁的優(yōu)勢現(xiàn)在顯而易見。但并非總是如此。鋼材長期以來一直是結構部件的首選材料。它的強度和低成本使它成為一個容易的選擇。此外，工程師了解它。它沒有任何未知數(shù)。

但當克萊斯勒的工程師開始重新設計小型貨車時，沒有什么是理所當然的。對于前懸架支架，它們的首要任務是功能性。

更重要的是，克萊斯勒的設計師采用了駕駛室前進配置，后來使LH車輛如此成功。這意味著引擎蓋下的空間會減少，因此，搖籃的包裝環(huán)境會更緊湊。為了滿足這些封裝限制，他們需要保持異常高的對準完整性。

克萊斯勒工程師在1991年首次討論了替代材料的概念。“我們知道該部件將具有復雜的結構，”Gasparovich回憶道。“我們擔心能否制造出具有我們所需尺寸完整性的鋼件。”

當工程師研究鋁作為替代材料時，他們發(fā)現(xiàn)它滿足了這些需求。鋁制支架可以單件鑄造，更多材料放置在任何需要的地方。鑄造工藝的好處有兩個：在關鍵領域提供更大的強度;通過消除將多達五個鋼件焊接在一起的需要，大大提高了尺寸完整性。

鑄鋁支架還提供了另一個優(yōu)勢：添加附件很簡單。要做到這一點，裝配工只需鉆一個洞。將組件安裝到鋼制支架上意味著將支架焊接到位，然后添加螺母和螺栓。

對于克萊斯勒來說，鋁的轉換是一種文化轉變。“我們多年來一直是一家鋼鐵公司，”Bernie Swanson說道，他在鋁制搖籃開發(fā)過程中擔任小型貨車平臺的底盤執(zhí)行工程師。“我們制造了鋁制變速箱和發(fā)動機零件，但我們還沒有制造承重構件。”

如果決定采用小批量車輛，那就不會那么困難了。但這是小型貨車 -克萊斯勒小型貨車。十多年來，它一直主導著這個行業(yè)，成為克萊斯勒復出的基石。年產量在700,000到800,000輛之間。鋁比鋼更昂貴。

本著克萊斯勒新團隊方法的精神，該公司的工程師會見了在材料，財務，采購，設計和一系列其他學科方面具有專業(yè)知識的其他平臺成員。團隊一起將其淘汰出局，最終達成了曾經無法想象的決定。

“我們不會在10年前做出這個決定，”小型貨車平臺總經理Gordon Rinschler指出。“它永遠不會超過工程師眼中閃爍的階段。有人會說它花費太多，而且一切都會結束。”

克萊斯勒高管表示，搖籃決策過程是該公司新平臺團隊方法的典型代表。在最終解決鋁問題之前，同一地點的團隊成員經常會非正式地會面。這種方法有助于打破部門之間曾經存在的隔閡。“每個需要參與搖籃決定的人都可能相距100英尺，”加斯帕羅維奇說。

包裝挑戰(zhàn)。然而，一旦做出決定，困難的部分就開始了。Swanson和一個工程師和設計師團隊開始設計新?lián)u籃的任務。

最困難的方面之一是包裝。克萊斯勒產品設計師Ken Dostert配置了新的搖籃，利用鑄造工藝的優(yōu)勢，在需要的地方放置更多材料。Dostert塑造了搖籃，以適應多種動力總成和轉向配置。他為重負荷區(qū)域確定了適當?shù)暮穸龋⒋_保在緊密包裝的環(huán)境中間隙足夠。他還為搖籃中的各種附件和“窗戶”提供了補貼。

例如，全輪驅動版本需要一個特殊的半圓形切口用于轉向的動力傳遞軸。切斷后來可以更換轉向架而無需拆下支架，從而降低了維修和保修成本。

工程師說，用這種方式設計搖籃是不可能的。但是通過鑄造，他們可以根據(jù)需要調整設計。該過程的優(yōu)點甚至延伸到應力分析程序。過去，分析鋼制支架最困難的部分是對焊縫上的應力集中進行建模。但由于鑄件由單個元件組成，而不是焊接組件，工程師們不必考慮應力集中因素。

“這可能是我們曾經擁有的最可重復的有限元模型，”Swanson說。“我們不必擔心軟件模型和基準測試之間的來回，以確定正確的應力集中因素。”

供應商合作關鍵。對于克萊斯勒的工程師來說，開發(fā)鋁制搖籃的最大挑戰(zhàn)是工藝方面，而不是工程方面。“問題不在于我們是否可以制造一個，而是我們是否可以生產80萬個，”Swanson解釋道

實際上，鋁絕不是克萊斯勒的新材料。汽車制造商已將其用于發(fā)動機缸體和缸蓋，以及變速箱和車輪。但是，沒有人制造如此高產量的結構鋁部件(雪佛蘭Corvette采用鋁制懸掛部件，但產量較低)。

為了將搖籃變?yōu)楝F(xiàn)實，克萊斯勒找到了一家供應商，CMI-Precision Mold，Inc.，Bristol，IN，并開始與其工程師合作。CMI指派兩名工程師Chad Bullock和Tim Glilliland就可制造性問題與克萊斯勒進行交流。兩個團隊一起為鑄造工藝重新塑造了產品。他們?yōu)殇X件開發(fā)了特殊的熱處理步驟，然后構造了內置變形的高科技模具，補償了熱處理。

CMI的參與一直延伸到軟件層面。在克萊斯勒內部，Dostert在CATIA軟件上生成了一個線框模型，然后要求CMI工程師“展示”它。CMI工程師還進行了模流分析和熱可行性研究。

“這個過程打破了一些舊的范例，”克萊斯勒產品工程師約翰羅曼指出，該工程師被分配到搖籃項目中。“過去的方法是讓車輛工程師把它扔到墻上然后走開。我們在這里沒有這樣做。”

在整個過程中，克萊斯勒指望其供應商做出重大承諾。CMI突然面臨每年建造80萬個大型鋁制零件的任務，其制造空間幾乎增加了兩倍，從110,000平方英尺增加到300,000平方英尺。

與此同時，克萊斯勒與測試設備供應商合作，確保鋁部件符合規(guī)格要求。例如，他們與X射線設備供應商合作開發(fā)特殊系統(tǒng)，以檢查鋁部件的孔隙率。由于孔隙度是衡量鋁合金強度的關鍵指標，因此他們設計了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采用多達30種不同的鋁制支架視圖來尋找可接受的孔隙度水平?；谥R的計算機程序檢查每個“圖片”以查看該部件是否符合規(guī)格。“當你在大批量產品上邁出這么大的一步時，你最終會把整個行業(yè)拖到你身邊 - 從制造零件的公司到制造X射線和彎曲設備的公司，”Swanson說。 。

鋁試驗臺。隨著1997款小型貨車的推出，新款懸架搖籃悄然首次亮相，為克萊斯勒帶來了眾多優(yōu)勢。其設計使克萊斯勒工程師能夠采用完全隔離的前懸架，從而改善車輛的噪音，振動和不平順特性。它還允許前懸架可靠地構建并可重復地定位在自動裝配夾具中以安裝到車輛中。

盡管最近該行業(yè)對鋁的使用有所增長，但專家表示，其受歡迎程度可能會隨著增長而迅速下降。“這種材料在車輛中的未來非常依賴于燃油經濟性標準和不穩(wěn)定的材料成本，”密歇根大學的科爾說。“如果這些事情發(fā)生變化，一切都會改變。”

因此，克萊斯勒工程師將鋁用作移動目標，并且目標不斷變化。“從車輛的角度來看，我們可以說我們已經取得了成功，”斯旺森總結道。“但我們不能完全滿意。保持競爭力的方式永遠不會令人滿意。”

鋁制支架是如何制造的

為了開發(fā)鋁制搖籃的制造工藝，克萊斯勒工程師與位于印第安納州布里斯托爾的CMI-Precision Mold公司的設計師合作。兩家公司共同開發(fā)了一種高科技，10步工藝，用于鑄造，熱處理，拉直和檢查鋁制零件：

步驟1.反射爐熔化A-356合金并將熔融材料引入187'加熱的流槽中。

步驟2.重力壓鑄機生產80磅的搖籃。

步驟3.多級修邊機鋸切和銑削。鑄造減少到約30磅。

步驟4.連續(xù)輥 - 爐底通過溶液爐，聚合物淬火和雙時間烘箱處理產品。

步驟5.自動矯直單元使用激光瞄準砧，輕輕地將鑄件帶入嚴格的公差范圍內。

步驟6.在材料實驗室評估機械和微觀結構特性。

步驟7.六工位傳輸線符合加工鑄件的要求

步驟8.鑄件經過最終加工。

第9步。每次鑄造自動化系統(tǒng)X射線。計算機化識別系統(tǒng)識別缺陷。

步驟10.鑄件經歷下部隔離器的部分組裝。