某車型穩定桿支架開裂分析

白耀明，孫洪斌，杜健

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

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某車型穩定桿支架開裂分析

白耀明1，孫洪斌2，杜健3

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術研究中心，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傾角剛度設計得較低，在轉彎時可能產生較大的側傾，影響行駛穩定性。為解決上述問題，汽車中廣泛采用安裝穩定桿。穩定桿支架是固定穩定桿的部件，其開裂會導致穩定桿失效。針對開裂問題進行分析并制定解決方案，最終實驗結果表明改進方案可靠有效。

穩定桿；支架；開裂分析

0 引言

汽車產品發生開裂失效問題，一般原因有以下幾種：產品結構設計不滿足使用要求，主要表現為產品CAE分析應力大，最大應力超過材料屈服強度；產品使用環境超出規定的使用環境，主要表現產品過載斷裂；產品生產加工過程中存在質量缺陷，表現為產品不合格發生早期失效。作者針對穩定桿支架在臺架試驗中開裂問題，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 臺架試驗問題

圖1 穩定桿支架斷裂部位

臺架試驗中前懸架模塊總成按照整車姿態安裝，模擬整車使用環境。在車輪輪心或車輪接地點加載載荷，模擬制動、加速、側向、上跳、下跳5種工況。加載載荷是利用ADAMS軟件根據整車在上述5種工況中的受力進行分解得到的。試驗要求按照制動、加速、側向、上跳、下跳工況的順序開展試驗，其中上跳工況進行25萬次，其余為5萬次。所有工況試驗完畢后要求金屬產品無開裂(含裂紋)、開焊等失效問題。在實際試驗中上跳工況進行至20萬次開裂，開裂位置見圖1，不滿足設計要求。

1.2 穩定桿支架的結構

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

圖2 穩定桿支架結構

2 問題分析

2.1 斷口分析

對斷口進行清洗后進行電鏡掃描，穩定桿支架開裂裂紋疲勞源位于圖3位置1處，裂紋源區表面被氧化物覆蓋，裂紋擴展區有疲勞條紋，瞬斷區為剪切撕裂狀態，如圖4所示。

圖3 失效件斷裂形貌

圖4 斷口檢測

2.2 失效產品材料分析

2.2.1 失效產品材料化學元素分析

失效產品材料化學元素成分分析結果見表1。

表1 化學元素成分分析(質量分數)

2.2.2 失效產品材料機械性能分析

失效產品材料機械性能分析結果見表2。

表2 機械性能分析

2.2.3 失效產品硬度分析

在失效產品中選取3個點取樣去測維氏硬度，測試結果如表3所示。

表3 穩定桿支架維氏硬度分析結果

2.2.4 失效產品鋼板材料金相分析

穩定桿支架基體組織金相分析結果如圖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 穩定桿支架基體組織100倍

圖6 穩定桿支架基體組織500倍

2.3 失效產品成型分析

2.3.1 失效產品輪廓尺寸分析

經過掃描穩定桿支架的外形輪廓，與理論設計狀態擬合對比分析，產品實際的輪廓邊線、面與理論偏差最大為0.666 mm(具體偏差為：點1處0.666 mm，點2處0.127 mm，點3處0.182 mm，點4處0.451 mm，如圖7所示)，符合偏差值小于1 mm的設計要求。

圖7 穩定桿支架掃描點云與理論值對比

2.3.2 失效產品磁粉探傷檢測

對穩定桿支架進行磁粉探傷檢測，零部件邊緣及表面未發現裂紋。檢查穩定桿支架邊緣，可以確定沖壓過程產生的光亮帶位于零件的成型內側，因此會消除因產生微小裂紋而引起斷裂的可能。

2.3.3 失效產品鋼板紋理方向檢測

經電鏡掃描檢測，結果如圖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 穩定桿支架鋼板材料紋理

2.4 失效產品焊道分析

2.4.1 焊道外觀檢測

經檢查焊道高度合格，焊道飽滿，未發現氣孔、 咬邊、焊偏等缺陷。

2.4.2 焊道金相組織檢測

穩定桿支架焊道金相組織檢測結果如圖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。

竟然僅僅只有簡短的幾句話：“對不起，你走你的陽光大道，我走我的獨木橋。”像黑夜中劃過的一道閃電。“嘩”的一下，我的眼前一片慘白。

圖9 穩定桿支架焊道金相組織

2.4.3 焊道熔深檢測

經檢測焊道熔深，發現部分熔深不符合要求，甚至熔深為0，焊道熔深明顯存在質量缺陷，影響產品耐久性能。

3 產品結構CAE分析

CAE分析應力云圖如圖10所示：穩定桿支架最大應力為336.2 MPa，應力值小于材料的屈服強度440 MPa，安全系數為1.3，產品結構滿足設計要求。

圖10 CAE分析應力云圖

4 斷裂原因分析

經過上述分析確定如下結論：

(1)穩定桿支架所用材質化學元素、機械性能及金相組織檢測結果表明：鋼板的材質符合標準要求；

(2)穩定桿支架外觀輪廓、尺寸符合設計要求；

(3)經對穩定桿支架進行磁粉探傷未發現裂紋，并且沖壓件的光亮帶位于零件的成型內側，對鋼板紋理檢測確定鋼板的紋理方向與穩定桿支架的彎曲方向垂直。以上表明沖壓產品工藝設計合理，消除因沖壓過程產生裂紋而引起的穩定桿支架斷裂可能；

(4)從焊縫形態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，未出現焊偏等缺陷，且經電鏡檢測焊縫，未發現氣孔、夾渣等缺陷；

(5)CAE分析確定產品結構滿足產品設計要求，但是產品斷裂部位為產品受力最大部位。

經過以上分析判定穩定桿支架開裂性質為疲勞斷裂。斷裂部位位于焊道起弧位置，且該處產品結構為曲面弧形搭接，焊接質量不易控制。并且CAE分析顯示該斷裂位置為產品應力最大部位。

5 制定整改對策

將焊道起弧位置向外延伸10 mm，起弧位置避開產品應力集中位置。

具體參照圖11與圖12進行更改。

圖11 產品變更前

圖12 產品變更后

6 試驗驗證

按照上述方案制作產品樣件3臺套，按原試驗方法連續進行3次臺架試驗，每次試驗均順利完成，未發生任何失效，表明產品更改方案可靠有效。

7 結束語

焊接質量對產品的可靠性至關重要，在產品設計初期就要考慮焊接質量，焊縫起弧、收弧位置避開產品應力集中點，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焊道，以滿足產品可靠性要求。

【1】劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

【2】陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

【3】郭成，儲家佑.現代沖壓技術手冊[M].北京：中國標準出版社，2005.

德爾福后市場新產品亮相德國法蘭克福汽配展

在2016年9月13—17日舉行的2016德國法蘭克福汽配展期間，德爾福產品與服務解決方案事業部在4.0展廳C12展臺展出其產品和服務。

在德國法蘭克福汽配展期間，德爾福展示其售后市場產品組合如何為技術人員提供維修件和服務，涵蓋所有可能出現的問題：從制動、轉向、到發動機管理和燃油噴射，以及診斷儀器和柴油機測試。

德爾福代表在現場為參觀者提供最新的柴油機和售后市場產品、診斷儀器和培訓活動信息，并介紹我們升級版的客戶服務以及不斷擴展的德爾福服務網絡和德爾福柴油機中心網絡。

此外，德爾福展示了新型48 V輕度混合動力技術。德爾福的48 V輕度混合動力技術利用電氣化降低直噴發動機排量，將燃油經濟性提高15%。針對即將到來的2021年歐洲監管目標，48 V輕度混合動力系統將填補常規動力汽車和高度混合動力車及電動車之間的差距。到2025年，預計全球銷售的汽車中將有1/10屬于48 V輕度混合動力車。

其他亮點包括：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，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—)，學士，助理工程師，從事汽車底盤設計工作。E-mail：bym8888@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.011

U461.91

A

1674-1986(2016)09-050-04