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(gè)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(zé)地承載車輛的最大載荷。大多數(shù)司機(jī)都看不到;很少有人再想一想。他們只知道它在那里，在動(dòng)力總成之下的某個(gè)地方。它可能是用鋼制成的?？赡堋Ｈ欢?，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(jié)合了克萊斯勒小型貨車的巨大靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載的結(jié)構(gòu)部件 - 是鋁合金。

對許多人而言，這聽起來幾乎就像是一個(gè)矛盾。結(jié)構(gòu)鋁?畢竟，鋁已經(jīng)建立了輕質(zhì)材料的聲譽(yù)。但專家表示，沒有理由不能將它用于汽車最嚴(yán)苛的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中。

“鋁可能在結(jié)構(gòu)部件中具有一些最佳應(yīng)用，”密歇根大學(xué)汽車運(yùn)輸研究辦公室主任David Cole博士說。“它在那里非常有效。”

事實(shí)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(shí)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(dòng)接合塊組件，泄漏檢測泵，動(dòng)力轉(zhuǎn)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(gè)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(shí)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(jì)認(rèn)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(jīng)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(chǎn)品之一，”當(dāng)搖籃開發(fā)時(shí)擔(dān)任懸架工程經(jīng)理的Bob Gasparovich指出。“它使燃油經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)部件的首選材料。它的強(qiáng)度和低成本使它成為一個(gè)容易的選擇。此外，工程師了解它。它沒有任何未知數(shù)。

但當(dāng)克萊斯勒的工程師開始重新設(shè)計(jì)小型貨車時(shí)，沒有什么是理所當(dāng)然的。對于前懸架支架，它們的首要任務(wù)是功能性。

更重要的是，克萊斯勒的設(shè)計(jì)師采用了駕駛室前進(jìn)配置，后來使LH車輛如此成功。這意味著引擎蓋下的空間會(huì)減少，因此，搖籃的包裝環(huán)境會(huì)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(zhǔn)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(fù)雜的結(jié)構(gòu)，”Gasparovich回憶道。“我們擔(dān)心能否制造出具有我們所需尺寸完整性的鋼件。”

當(dāng)工程師研究鋁作為替代材料時(shí)，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(gè)：在關(guān)鍵領(lǐng)域提供更大的強(qiáng)度;通過消除將多達(dá)五個(gè)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(gè)優(yōu)勢：添加附件很簡單。要做到這一點(diǎn)，裝配工只需鉆一個(gè)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(zhuǎn)換是一種文化轉(zhuǎn)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(dān)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(dòng)機(jī)零件，但我們還沒有制造承重構(gòu)件。”

如果決定采用小批量車輛，那就不會(huì)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(dǎo)著這個(gè)行業(yè)，成為克萊斯勒復(fù)出的基石。年產(chǎn)量在700,000到800,000輛之間。鋁比鋼更昂貴。

本著克萊斯勒新團(tuán)隊(duì)方法的精神，該公司的工程師會(huì)見了在材料，財(cái)務(wù)，采購，設(shè)計(jì)和一系列其他學(xué)科方面具有專業(yè)知識的其他平臺成員。團(tuán)隊(duì)一起將其淘汰出局，最終達(dá)成了曾經(jīng)無法想象的決定。

“我們不會(huì)在10年前做出這個(gè)決定，”小型貨車平臺總經(jīng)理Gordon Rinschler指出。“它永遠(yuǎn)不會(huì)超過工程師眼中閃爍的階段。有人會(huì)說它花費(fèi)太多，而且一切都會(huì)結(jié)束。”

克萊斯勒高管表示，搖籃決策過程是該公司新平臺團(tuán)隊(duì)方法的典型代表。在最終解決鋁問題之前，同一地點(diǎn)的團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)常會(huì)非正式地會(huì)面。這種方法有助于打破部門之間曾經(jīng)存在的隔閡。“每個(gè)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(gè)工程師和設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)開始設(shè)計(jì)新?lián)u籃的任務(wù)。

最困難的方面之一是包裝?？巳R斯勒產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(yīng)多種動(dòng)力總成和轉(zhuǎn)向配置。他為重負(fù)荷區(qū)域確定了適當(dāng)?shù)暮穸?，并確保在緊密包裝的環(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(bǔ)貼。

例如，全輪驅(qū)動(dòng)版本需要一個(gè)特殊的半圓形切口用于轉(zhuǎn)向的動(dòng)力傳遞軸。切斷后來可以更換轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)搖籃是不可能的。但是通過鑄造，他們可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)計(jì)。該過程的優(yōu)點(diǎn)甚至延伸到應(yīng)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(yīng)力集中進(jìn)行建模。但由于鑄件由單個(gè)元件組成，而不是焊接組件，工程師們不必考慮應(yīng)力集中因素。

“這可能是我們曾經(jīng)擁有的最可重復(fù)的有限元模型，”Swanson說。“我們不必?fù)?dān)心軟件模型和基準(zhǔn)測試之間的來回，以確定正確的應(yīng)力集中因素。”

供應(yīng)商合作關(guān)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(gè)，而是我們是否可以生產(chǎn)80萬個(gè)，”Swanson解釋道

實(shí)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(dòng)機(jī)缸體和缸蓋，以及變速箱和車輪。但是，沒有人制造如此高產(chǎn)量的結(jié)構(gòu)鋁部件(雪佛蘭Corvette采用鋁制懸掛部件，但產(chǎn)量較低)。

為了將搖籃變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，克萊斯勒找到了一家供應(yīng)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(jìn)行交流。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)一起為鑄造工藝重新塑造了產(chǎn)品。他們?yōu)殇X件開發(fā)了特殊的熱處理步驟，然后構(gòu)造了內(nèi)置變形的高科技模具，補(bǔ)償了熱處理。

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

“這個(gè)過程打破了一些舊的范例，”克萊斯勒產(chǎn)品工程師約翰羅曼指出，該工程師被分配到搖籃項(xiàng)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(gè)過程中，克萊斯勒指望其供應(yīng)商做出重大承諾。CMI突然面臨每年建造80萬個(gè)大型鋁制零件的任務(wù)，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(shí)，克萊斯勒與測試設(shè)備供應(yīng)商合作，確保鋁部件符合規(guī)格要求。例如，他們與X射線設(shè)備供應(yīng)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(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)，因此他們設(shè)計(jì)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采用多達(dá)30種不同的鋁制支架視圖來尋找可接受的孔隙度水平。基于知識的計(jì)算機(jī)程序檢查每個(gè)“圖片”以查看該部件是否符合規(guī)格。“當(dāng)你在大批量產(chǎn)品上邁出這么大的一步時(shí)，你最終會(huì)把整個(gè)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(shè)備的公司，”Swanson說。 。

鋁試驗(yàn)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(shè)計(jì)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(dòng)和不平順特性。它還允許前懸架可靠地構(gòu)建并可重復(fù)地定位在自動(dòng)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(huì)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(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和不穩(wěn)定的材料成本，”密歇根大學(xué)的科爾說。“如果這些事情發(fā)生變化，一切都會(huì)改變。”

因此，克萊斯勒工程師將鋁用作移動(dòng)目標(biāo)，并且目標(biāo)不斷變化。“從車輛的角度來看，我們可以說我們已經(jīng)取得了成功，”斯旺森總結(jié)道。“但我們不能完全滿意。保持競爭力的方式永遠(yuǎn)不會(huì)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(shè)計(jì)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(jī)生產(chǎn)80磅的搖籃。

步驟3.多級修邊機(jī)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(shí)間烘箱處理產(chǎn)品。

步驟5.自動(dòng)矯直單元使用激光瞄準(zhǔn)砧，輕輕地將鑄件帶入嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)。

步驟6.在材料實(shí)驗(yàn)室評估機(jī)械和微觀結(jié)構(gòu)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(jīng)過最終加工。

第9步。每次鑄造自動(dòng)化系統(tǒng)X射線。計(jì)算機(jī)化識別系統(tǒng)識別缺陷。

步驟10.鑄件經(jīng)歷下部隔離器的部分組裝。