铝挤压件形成更轻更硬的发动机支架

Milwaukee - 汽车工程师有一条经验法则：从车辆上剥去一磅重量，你将在其使用寿命中节省一加仑汽油。那么，如果汽车工程师了解到他们可以从车辆上剥去相当大的重量，加强它并同时降低成本，他们会如何反应?由AO史密斯公司的工程师设计的挤压铝制发动机支架将提供所有这些优势。在测试基础上与克莱斯勒LH轿车相结合，铝制发动机支架重量仅为39磅。相比之下，在同一车辆上使用的钢制支架重量为58磅。更重要的是，新的发动机支架显着提高了车辆的横向刚度，从而转化为更好的操控特性。

挤压铝制支架由20个独立的部件组成，包括一个专门设计的横梁。其中19件由12种不同的零件型材制成，然后用榫槽连接组装，以达到最终的配置。

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设计的关键是使用铝挤压工艺。AO史密斯工程师考虑了其他几种选择，包括冲压和铸件。然而，最终，一些考虑因素导致他们决定挤压。其中最主要的是挤压件允许它们改变零件的厚度，使工程师能够将材料准确地放置在他们想要的位置。“使用挤压件，创建像这样的结构非常容易，因为你可以将材料放在最需要的地方，”Peter Fritz说，

挤压也使他们能够削减成本。“我们的工具费用约为75,000美元，”弗里茨解释道。“有了钢铁，我们的起价将达到一百万美元。”

AO史密斯工程师使用加利福尼亚州圣何塞市Rasna公司的PTI Mechanica软件配置发动机支架。他们采用了13种不同的负载情况，也曾用于同一车辆的钢制发动机支架的设计。这些情况代表了各种负载情况，包括碰撞测试，全开节气门和发动机惯性等。通过在FEA软件中配置系统，而不是在实体模型中，他们能够快速地将成员重塑为“外壳模型”。

总之，他们在最终确定19件和12件型材之前进行了超过250次迭代。一旦他们确定了基本配置，工程团队成员就可以使用Pro / Engineer CAD软件设计零件。然后，凯撒铝业公司，德克萨斯州谢尔曼公司和安大略省伦敦公司挤出了12部分型材。

使用摩擦搅拌焊接连接将诸如悬架控制臂的附件连接到该结构。搅拌焊接是一种相对较新的汽车应用工艺，无需熔化焊接区域的金属。因此，减少了变形并且使热影响区最小化。

AO史密斯工程师说他们最初对铝部件的强度感到惊讶。他们使用6061-T6铝，屈服强度为43.8ksi，极限强度为45.7ksi。这种材料选择导致弯曲能力大致相当于钢的弯曲能力。然而，在横向刚度方面，铝制发动机支架证明远远优于钢。横向刚度测量显示铝制支架比钢制尺寸硬约80%。铝制支架的刚度为100,000磅/英寸，而钢制设计的功率为55,000磅/英寸。

Fritz表示，AO史密斯在铝价格大幅下跌后于1994年推出了铝制摇篮项目，从每磅0.90美元降至每磅0.49美元，使其更具竞争力。

通过采用铝制发动机支架，AO史密斯工程师表示他们改善了车辆的性能特征。弗里茨说，它比带有钢制支架的版本更坚固，更灵活，可以让测试驾驶员更换车道并更快地执行紧急操作。“这显然是一款带铝制摇篮的更安全的车辆，”弗里茨认为。“原因是我们可以将材料放在我们想要的地方。所以即使我们使用的是模数较低的材料，车辆也会变得非常硬。”