铝合金分体式I型推力杆及其制备工艺与搅拌摩擦焊装配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种铝合金分体式I型推力杆，该推力杆的材质为铝合金，优选的成分可以是Al‑Cu系合金、Al‑Si系合金、Al‑Mg‑Si系合金、Al‑Zn‑Mg‑Cu系合金或者Al‑Mg系合金，以及在上述铝基合金中添加Sr、La、Ce、Y、Sc、Er、Nb、B、Cr等微量合金化元素的铝合金。该铝合金分体式I型推力杆套管、球头和球铰构成，套管的两端分别安装球头，球铰安装在球头的通孔里；球头的颈部为椭圆形与圆弧形相组合的结合，提高了承载能力。该铝合金推力杆套管和球头采用热挤压成型和/或锻造成型工艺制备。套管与球头采用摩擦焊或搅拌摩擦焊装配得到本发明专利技术推力杆，减重效果可达到40～70％。

【技术实现步骤摘要】
铝合金分体式I型推力杆及其制备工艺与搅拌摩擦焊装配方法
本专利技术涉及汽车用I型推力杆，尤其涉及一种铝合金轻量化推力杆及其制备方法、以及推力杆的装配方法。
技术介绍
面对环保及节能减排的压力，汽车轻量化已成为汽车设计更新换代的必然选择。在载重汽车领域，载重汽车的总质量是汽车载重量和车身自重量的总和，交通法规对总重量有明确要求，超重不仅会带来安全隐患而且违反交通法规。因此随着运输环境对车辆要求的提高，为了提高运输利润，载重汽车零部件的轻量化已成为迫切需要解决的问题。推力杆是载重汽车平衡悬架、空气悬架的关键部件之一，分为直推力杆(或称为I形推力杆)和V型推力杆，在汽车行驶中传力、限位、隔振、缓和冲击等方面起到至关重要的作用。一般地，推力杆由套管、球头和球铰组成。大多数载重车行驶路况差、装载条件差、使用环境恶劣、车辆使用强度大，作为悬架系统起着关键作用的推力杆，运行工况复杂，受到多向载荷作用，容易导致疲劳损坏。目前推力杆一般为钢或者铸铁材质，如45钢、20钢、40Cr等材料，重量较大，不满足汽车进一步轻量化的需求。在当前节能环保减重的压力下，如何在保证推力杆使用性能要求的基础上，尽可能的减少重量，实现推力杆的轻量化，对载重汽车具有重大意义。目前有部分厂家试图通过改变钢质材料推力杆的结构设计，比如将其局部结构设计为空心，但由于材料不变，设计空间小，轻量化效果不明显，且局部空心结构增大了成型工艺难度及制造成本，因此不能被广泛的推广应用。
技术实现思路
针对现有钢材质推力杆重量大轻量化效果差的问题，本专利技术的目的是提供一种新型轻量化推力杆，所述推力杆由铝合金材料构成。为了使铝合金推力杆在汽车行驶传力、限位、隔振、缓和冲击时具备承受多向载荷作用并满足高疲劳寿命的能力，本专利技术对铝合金推力杆进行了结构设计，并开发了可实现推力杆高性能要求的套管和球头的加工工艺及装配工艺，从而得到本专利技术的新型轻量化推力杆。对球头及套管采用锻造成型、挤压成型制备，对制得的球头及套管应用摩擦焊或搅拌摩擦焊装配，所得铝合金推力杆与传统钢材质推力杆相比，不仅具有相当的承载能力，还最大程度地实现了轻量化，减重效果可达40～70％。本专利技术的一种铝合金分体式I型推力杆，其材质为铝合金，优选的成分是Al-Cu系合金、Al-Si系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Zn-Mg-Cu系合金或者Al-Mg系合金，以及在上述铝基合金中添加Sr、La、Ce、Y、Sc、Er、Nb、B、Cr等微量合金化元素的铝合金。本专利技术的一种铝合金分体式I型推力杆，其包括有套管、球头和球铰，套管的两端分别安装球头，球铰安装在球头的通孔里；套管1为一体成型结构件；A球头2A的一端面为A锥形面板2A3A，A球头2A的另一端面为A圆形面板2A3B；BA连接段2A3与套管1一端通过摩擦焊连接；A球头2A的颈部设有A椭圆形段2A5和A圆弧段2A6；B球头2B的一端面为B锥形面板2B3A，B球头2B的另一端面为B圆形面板2B3B；BB连接段2B3与套管1另一端通过摩擦焊连接；B球头2B的颈部设有B椭圆形段2B5和B圆弧段2B6；A球头2A与B球头2B的结构相同，且A球头2A和B球头2B均为一体成型结构件。本专利技术的铝合金分体式I型推力杆采用热挤压工艺制备方法：套管的热挤压成型工艺：101步骤，按照目标成分配制铝合金，并将铝合金坯料在箱式电阻炉中加热到一定温度并保温；102步骤，将挤压模具温度加热到一定温度并保温一段时间，然后将坯料进行热挤压成为所需尺寸的棒材坯料；103步骤，将棒材坯料通过冲孔或者机加工方式加工成为所需空心结构。球头采用径向挤压成型：201步骤，按照目标成分配制铝合金，按照设计尺寸设定球头坯料的尺寸，并将坯料在箱式电阻炉中加热到一定温度并保温；202步骤，将挤压模具温度加热到一定温度并保温一段时间；203步骤，将加热好的坯料快速转移到挤压模具中，凸模与坯料接触后，挤压机以合适的挤压速率进行球头的正向挤压，将球头挤压成空腔；204步骤，将球头进行二次挤压，以形成所设计形状，然后将凸模复位，将球头从模具中取出。本专利技术的铝合金分体式I型推力杆可采用挤压与锻造组合工艺方法：套管的热挤压成型工艺：101步骤，按照目标成分配制铝合金，并将铝合金坯料在箱式电阻炉中加热到一定温度并保温；102步骤，将挤压模具温度加热到一定温度并保温一段时间，将坯料进行热挤压成为所需尺寸的棒材坯料；103步骤，将棒材坯料通过冲孔或者机加工方式加工成为所需空心结构。球头采用锻造成型工艺过程为：211步骤，按照一定的配比配制铝合金，按照设计尺寸设定球头坯料的尺寸，并将坯料加热到一定温度，保温一段时间；212步骤，执行预锻工艺，将加热的球头坯料放入预锻下模模腔中，锻造设备滑块带动预锻上模快以一定的速度移动与下模进行合模，合模后锻造设备锁模机构进行锁模，此后压力机构带动镦粗冲头朝向模具内侧挤压球头坯料中间部分，形成预锻件；213步骤，执行终锻工艺，把预锻件放入终锻下模模腔中，锻造设备滑块带动终锻上模快以一定的速度移动与下模进行合模，合模后锻造设备锁模机构进行锁模，终锻冲头再次挤压球头坯料，得到终锻造毛坯。本专利技术的铝合金分体式I型推力杆采用摩擦焊方法进行装配，其包括有下列步骤：装配步骤一，将球头与套管连接部位加工成比套管稍厚的管结构；装配步骤二，将球头固定在摩擦焊机左右动力主轴上，采用专用夹具加紧套管；装配步骤三，编制摩擦焊设备的PLC控制程序，设定1级摩擦压力，1级摩擦时间，2级摩擦压力，2级摩擦时间，摩擦焊机转速等焊接工艺参数；装配步骤四，启动摩擦焊机，使球头在动力头上高速旋转并沿滑板移动接近套管，利用球头高速旋转接触套管时的摩擦生热，使铝合金软化，同时在动力主轴头上施加一定的顶锻压力，控制顶锻时间，使球头和套管实现固相连接；装配步骤五，推力杆焊接成功后松开夹具，取出推力杆，对其进行尺寸、裂纹缺陷检测。本专利技术的铝合金分体式I型推力杆可采用搅拌摩擦焊方法进行装配，其包括有下列步骤：装配步骤A，根据设计尺寸将球头与套管连接部位加工成与套管同壁厚的管结构；装配步骤B，将球头及套管固定在数控搅拌摩擦焊机专用焊接夹具上；装配步骤C，设定搅拌摩擦焊机搅拌针转速及焊速；装配步骤D，启动搅拌摩擦焊机，搅拌针在旋转的同时伸入球头及套管的接缝中，搅拌针轴肩与球头及套管表面摩擦搅拌生热使待焊铝合金热塑化，并在搅拌头旋转牵引作用下，围绕搅拌头由前向后转移，实现球头和套管的固相连接；装配步骤E，推力杆焊接成功后松开夹具，取出推力杆，对其进行尺寸、裂纹缺陷检测。本专利技术的优点在于：①所述的推力杆为铝合金材质，优选成分可以是Al-Cu系合金、Al-Si系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Zn-Mg-Cu系合金或者Al-Mg系合金，以及在上述铝基合金中添加Sr、La、Ce、Y、Sc、Er、Nb、B、Cr等微量合金化元素的铝合金，相比于钢材质的推力杆，在满足拉伸强度、疲劳强度等使用性能的条件下，减重效果可达到40～70％；且铝合金推力杆成分容易控制。②所述铝合金推力杆的结构既保证了推力杆的高性能又实现了轻量化，且所设计的结构容易制备，所得该种结构的铝合金推力杆强度高，在200～300KN高加载应力条件下无拉脱及破坏现象，可满足推力杆实际应用时高的性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金分体式I型推力杆，其特征在于：推力杆材质为铝合金，优选的成分是Al‑Cu系合金、Al‑Si系合金、Al‑Mg‑Si系合金、Al‑Zn‑Mg‑Cu系合金或者Al‑Mg系合金，以及在上述铝基合金中添加Sr、La、Ce、Y、Sc、Er、Nb、B、Cr等微量合金化元素的铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金分体式I型推力杆，其特征在于：推力杆材质为铝合金，优选的成分是Al-Cu系合金、Al-Si系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Zn-Mg-Cu系合金或者Al-Mg系合金，以及在上述铝基合金中添加Sr、La、Ce、Y、Sc、Er、Nb、B、Cr等微量合金化元素的铝合金。2.根据权利要求1所述的铝合金分体式I型推力杆的材料，其特征在于：一种优选的推力杆成分为：3.根据权利要求1所述的铝合金分体式I型推力杆的材料，其特征在于：一种优选的推力杆成分为：4.一种铝合金分体式I型推力杆，其包括有套管、球头和球铰，套管的两端分别安装球头，球铰安装在球头的通孔里；其特征在于：套管1为一体成型结构件；A球头2A的一端面为A锥形面板2A3A，A球头2A的另一端面为A圆形面板2A3B；BA连接段2A3与套管1一端通过摩擦焊连接；A球头2A的颈部设有A椭圆形段2A5和A圆弧段2A6；B球头2B的一端面为B锥形面板2B3A，B球头2B的另一端面为B圆形面板2B3B；BB连接段2B3与套管1另一端通过摩擦焊连接；B球头2B的颈部设有B椭圆形段2B5和B圆弧段2B6；A球头2A与B球头2B的结构相同，且A球头2A和B球头2B均为一体成型结构件。5.根据权利要求4所述的铝合金分体式I型推力杆，其特征在于：套管1的总长度为L1，套管1的内半径为r1A，球头2A的半径记为r2A1；球头颈部部位满足的尺寸为，圆弧段(2A6、2B6)的起半径为r2，圆弧段(2A6、2B6)的止半径为r4，椭圆形段(2A5、2B5)的下长半径为O3a3、下短半径为O3b3、上长半径O4a4和上短半径O4b4，则有，r2A1＝2r1A，O3a3＝2r1A，上长半径和上短半径O4b4＝r1A。6.根据权利要求4所述的铝合金分体式I型推力杆，其特征在于：套管为实心结构或者为空心结构。7.铝合金分体式I型推力杆采用热挤压工艺制备方法，其特征在于：套管的热挤压成型工艺：101步骤，按照目标成分配制铝合金，并将铝合金坯料在箱式电阻炉中加热到一定温度并保温；102步骤，将挤压模具温度加热到一定温度并保温一段时间，然后将坯料进行热挤压成为所需尺寸的棒材坯料；103步骤，将棒材坯料通过冲孔或者机加工方式加工成为所需空心结构。球头采用径向挤压成型：201步骤，按照目标成分配制铝合金，按照设计尺寸设定球头坯料的尺寸，并将坯料在箱式电阻炉中加热到一定温度并保温；202步骤，将挤压模具温度加热到一定温度并保温一段时间；203步骤，将加热好的坯料快速转移到挤压模具中，凸模与坯料接触后，挤压机以合适的挤压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，张花蕊，
申请(专利权)人：北京航大新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11