悬挂衬套钢套压装工艺对衬套整体力学性能的影响

悬挂衬套钢套压装工艺对衬套整体力学性能的影响

摘要：悬挂衬套作为汽车底盘核心缓冲减振部件，由钢套与橡胶层通过硫化结合后，经压装工艺装配为成品，其整体力学性能（刚度、承载能力、抗疲劳性、减振性能）直接决定汽车行驶平稳性与安全性。钢套压装工艺作为衬套制造的关键后续工序，压装力、压装速度、压装间隙及压装定位精度等参数，会直接改变钢套与橡胶层的界面结合状态，引发橡胶层应力集中或损伤，进而影响衬套整体力学性能。本文结合悬挂衬套的结构特点与服役要求，分析钢套压装工艺的核心流程与关键参数，通过试验研究不同压装参数对衬套刚度、承载能力、抗疲劳性的影响规律，识别压装工艺中的关键影响因素与最优参数范围，提出压装工艺优化方案，经试验验证，有效提升衬套整体力学性能与服役可靠性，为悬挂衬套的高质量生产提供理论依据与工程实践指导。

关键词：悬挂衬套；钢套；压装工艺；力学性能；界面结合；工艺优化

一、引言

悬挂衬套是汽车底盘悬挂系统中连接车架、车桥与控制臂的核心柔性部件，其核心作用是传递载荷、缓冲路面冲击、衰减振动，同时补偿部件间的相对位移，保障汽车行驶的平稳性、舒适性与操控安全性。悬挂衬套的核心结构为“钢套-橡胶”复合体系，钢套提供刚性支撑，橡胶层提供弹性缓冲，二者先通过硫化工艺实现牢固结合，再通过压装工艺将钢套与悬挂控制臂、车桥等部件装配，完成衬套的成品制造。

当前，行业内多关注钢套与橡胶的硫化结合工艺对衬套性能的影响，却忽视了钢套压装工艺的重要性。钢套压装过程中，若压装参数不合理、定位精度不足，会导致钢套与橡胶层界面产生附加应力，橡胶层出现挤压损伤、局部脱粘，或钢套发生偏心变形，进而导致衬套整体刚度异常、承载能力下降、抗疲劳性变差，甚至引发衬套早期失效，影响汽车行驶安全。

随着汽车产业向高性能、长寿命方向发展，对悬挂衬套的力学性能提出了更高要求，不仅需要硫化结合界面牢固，更需要合理的压装工艺保障衬套整体性能的稳定性。本文聚焦悬挂衬套钢套压装工艺，系统研究压装参数对衬套整体力学性能的影响，明确最优压装工艺参数，解决压装过程中导致的衬套性能缺陷，为悬挂衬套的高效、高质量生产提供支撑。

二、悬挂衬套钢套压装工艺基础 2.1 压装工艺核心流程

悬挂衬套钢套压装工艺是将硫化成型后的“钢套-橡胶”复合件，通过压装设备施加轴向压力，将钢套精准压入悬挂控制臂或车桥的安装孔内，实现衬套与底盘部件的装配，其核心流程包括：压装前准备、定位夹紧、压装实施、压装后检测四个步骤。

一是压装前准备，检查硫化后的“钢套-橡胶”复合件外观，确保橡胶层无破损、脱粘、气泡等缺陷，钢套尺寸精度符合要求；清理钢套外表面与安装孔内壁的油污、杂质，避免压装过程中产生摩擦划伤；在钢套外表面均匀涂抹专用润滑剂，降低压装过程中的摩擦阻力，减少橡胶层损伤。二是定位夹紧，将安装部件（控制臂/车桥）固定在压装工装台上，通过定位销精准定位，确保安装孔与压装模具同轴；将“钢套-橡胶”复合件放入定位工装，调整位置，确保压装过程中钢套受力均匀。三是压装实施，启动压装设备（四柱液压机或伺服压力机），按照设定的压装力、压装速度，将钢套缓慢压入安装孔内，压装过程中实时监测压力变化，确保压装过程平稳，无冲击载荷。四是压装后检测，压装完成后，检查衬套装配位置是否到位、橡胶层是否有破损、钢套是否偏心，同时抽样检测衬套的刚度、结合强度，筛选不合格产品。

2.2 关键压装工艺参数

钢套压装工艺的关键参数包括压装力、压装速度、压装间隙、定位精度，这些参数直接决定压装质量，进而影响衬套整体力学性能，各参数的核心影响如下：

压装力是压装工艺的核心参数，需根据钢套尺寸、橡胶层硬度、安装孔配合精度合理设定，压装力不足会导致钢套压装不到位，衬套与安装部件配合松动，承受载荷时易产生位移；压装力过大则会挤压橡胶层，导致橡胶层发生塑性变形、撕裂，或钢套偏心变形，破坏硫化结合界面。

压装速度影响压装过程的平稳性，速度过快会产生冲击载荷，导致橡胶层瞬间受力过大而损伤，同时可能导致钢套定位偏差；速度过慢则会延长压装时间，降低生产效率，且钢套与橡胶层界面易产生摩擦生热，影响橡胶层性能。

压装间隙指钢套外表面与安装孔内壁的配合间隙，间隙过大易导致钢套压装后偏心，衬套受力不均；间隙过小则会增大压装阻力，加剧橡胶层挤压损伤，甚至导致钢套无法压装到位。

定位精度指压装过程中钢套与安装孔的同轴度，定位偏差会导致钢套偏心压装，橡胶层局部受力集中，长期服役易出现局部磨损、脱粘，降低衬套抗疲劳性。

三、压装工艺参数对衬套整体力学性能的影响试验

为明确压装工艺参数对衬套整体力学性能的影响规律，选取某型号乘用车悬挂衬套为研究对象，其钢套材质为20钢，内径30mm，外径36mm，橡胶层材质为丁腈橡胶（邵氏硬度60HA），硫化结合强度≥4.5MPa。采用单因素试验法，分别改变压装力、压装速度、压装间隙三个关键参数，保持定位精度（同轴度≤0.02mm）不变，每组试验制备10件样品，检测衬套的径向刚度、承载能力、疲劳寿命三项核心力学性能指标，分析参数影响规律。

3.1 压装力的影响

设定压装速度10mm/min，压装间隙0.02mm，分别选取压装力8kN、10kN、12kN、14kN、16kN进行试验，试验结果表明：

当压装力为8kN时，钢套压装不到位，衬套与安装孔配合松动，径向刚度仅为1850N/mm（低于设计要求2000N/mm），承载能力为78kN，疲劳寿命仅为8.5×10⁵次，均未达到设计标准，主要原因是钢套配合松动，承受载荷时易产生位移，橡胶层受力不均。

当压装力为10-12kN时，钢套压装到位，配合紧密，橡胶层未出现损伤，径向刚度稳定在2050-2100N/mm，承载能力达到85-88kN，疲劳寿命≥1.2×10⁶次，均满足设计要求，此时压装力适中，橡胶层受力均匀，界面结合状态良好。

当压装力超过14kN时，压装力过大，橡胶层受到过度挤压，出现局部塑性变形、微裂纹，径向刚度异常升高（14kN时为2300N/mm，16kN时为2500N/mm），承载能力略有下降（14kN时为82kN，16kN时为79kN），疲劳寿命大幅降低（14kN时为9.2×10⁵次，16kN时为7.8×10⁵次），主要原因是橡胶层损伤导致应力集中，长期交变载荷下易出现裂纹扩展，进而引发界面脱粘。

综上，压装力的最优范围为10-12kN，过大或过小都会显著影响衬套力学性能。

3.2 压装速度的影响

设定压装力11kN，压装间隙0.02mm，分别选取压装速度5mm/min、10mm/min、15mm/min、20mm/min、25mm/min进行试验，试验结果表明：

当压装速度为5mm/min时，压装过程平稳，橡胶层无损伤，径向刚度2080N/mm，承载能力87kN，疲劳寿命1.3×10⁶次，性能优良，但压装效率过低（单件压装时间≥30s），不适合批量生产。

当压装速度为10-15mm/min时，压装过程平稳，无冲击载荷，橡胶层未出现损伤，径向刚度2060-2100N/mm，承载能力86-88kN，疲劳寿命≥1.2×10⁶次，同时单件压装时间控制在15-20s，兼顾力学性能与生产效率。

当压装速度超过20mm/min时，压装过程产生明显冲击载荷，橡胶层瞬间受力过大，出现局部撕裂、脱粘，径向刚度波动较大（20mm/min时为2250N/mm，25mm/min时为2400N/mm），承载能力降至80-82kN，疲劳寿命降至9.0×10⁵-8.0×10⁵次，主要原因是冲击载荷导致橡胶层结构损伤，界面结合可靠性下降。

综上，压装速度的最优范围为10-15mm/min，可实现力学性能与生产效率的平衡。

3.3 压装间隙的影响

设定压装力11kN，压装速度12mm/min，分别选取压装间隙0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm进行试验，试验结果表明：

当压装间隙为0.01mm时，配合过紧，压装阻力过大，橡胶层受到挤压损伤，径向刚度2280N/mm，承载能力81kN，疲劳寿命8.8×10⁵次，且部分样品出现钢套偏心变形，无法满足使用要求。

当压装间隙为0.02-0.03mm时，配合精度适中，压装阻力合理，橡胶层受力均匀，无损伤，径向刚度2070-2120N/mm，承载能力86-89kN，疲劳寿命≥1.2×10⁶次，界面结合状态良好，满足设计要求。

当压装间隙超过0.04mm时，配合过松，钢套压装后易出现偏心，橡胶层局部受力集中，径向刚度降至1950-1880N/mm，承载能力79-76kN，疲劳寿命降至9.5×10⁵-8.2×10⁵次，主要原因是钢套偏心导致橡胶层局部磨损加快，抗疲劳性下降。

综上，压装间隙的最优范围为0.02-0.03mm，确保钢套配合紧密且无偏心。

四、压装工艺优化方案与验证 4.1 工艺优化方案

结合上述试验结果，针对传统压装工艺存在的参数不合理、定位精度不足、质量管控缺失等问题，提出以下优化方案：

一是优化压装参数，确定最优参数组合：压装力10-12kN、压装速度10-15mm/min、压装间隙0.02-0.03mm，定位精度（同轴度）≤0.02mm，确保压装过程平稳，橡胶层无损伤，钢套配合紧密。

二是提升定位精度，优化压装工装，采用双定位销定位，增加导向机构，确保钢套与安装孔的同轴度；在压装工装表面增加弹性缓冲垫，减少压装过程中的冲击载荷，保护橡胶层。

三是完善压装过程管控，采用伺服压力机替代传统液压机，实时监测压装力-位移曲线，当曲线出现异常（如压力骤升、骤降）时，设备自动停机，避免不合格产品流出；压装前增加钢套与安装孔的尺寸检测，筛选尺寸偏差超标的部件，确保压装间隙符合要求。

四是优化压装前预处理，采用专用清洗剂清理钢套与安装孔内壁，去除油污、杂质，避免摩擦划伤；选用与丁腈橡胶兼容性好的专用润滑剂，均匀涂抹，减少压装阻力。

4.2 优化效果验证

采用优化后的压装工艺，批量生产该型号悬挂衬套1000件，与传统压装工艺生产的产品进行力学性能对比，验证优化效果，试验结果如下：

优化后，衬套径向刚度稳定在2050-2100N/mm，合格率达到99.6%，较传统工艺（92.1%）提升7.5%；承载能力平均为87.5kN，较传统工艺（80.2kN）提升9.1%；疲劳寿命平均为1.25×10⁶次，较传统工艺（9.0×10⁵次）提升38.9%。同时，压装过程中的橡胶层损伤、钢套偏心等缺陷发生率从8.5%降至0.4%，生产效率提升20%，单件压装时间缩短至18s。

验证结果表明，优化后的压装工艺能够有效解决传统工艺存在的缺陷，显著提升衬套整体力学性能与产品合格率，兼顾生产效率与质量稳定性，满足汽车悬挂系统的使用要求。

五、结论与展望

本文通过试验研究，系统分析了悬挂衬套钢套压装工艺参数对衬套整体力学性能的影响，得出以下结论：一是压装力、压装速度、压装间隙是影响衬套径向刚度、承载能力、疲劳寿命的关键参数，参数过大或过小都会导致衬套力学性能下降，最优参数范围为压装力10-12kN、压装速度10-15mm/min、压装间隙0.02-0.03mm；二是传统压装工艺存在参数不合理、定位精度不足等问题，导致衬套力学性能不稳定、缺陷率较高；三是通过优化压装参数、提升定位精度、完善过程管控，可显著提升衬套整体力学性能与产品合格率，同时提升生产效率。

展望未来，随着汽车产业向电动化、轻量化方向发展，悬挂衬套将向薄壁化、高性能化方向升级，对压装工艺的要求将进一步提高。后续可从三个方面开展深入研究：一是结合有限元仿真技术，精准模拟压装过程中的应力分布，优化压装参数与工装结构，减少试验成本；二是研发智能化压装设备，整合在线检测、自动调整参数功能，实现压装工艺的全流程智能化管控，提升产品一致性；三是研究新型压装工艺（如热压装、液压伺服精密压装），适配新型轻量化衬套的压装需求，进一步提升衬套力学性能与服役寿命，推动悬挂衬套制造技术的持续升级。