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[原创] 重型汽车的车架成形工艺

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发表于 2011-11-22 00:40:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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随着重型汽车产量的飞速攀升及使用范围的扩展,车架结构的复杂化和材料强度的不断提高要求车架成型工艺进一步完善。选择合适的工艺,对提高产品成形质量和生产效率起到极为关键的作用。
车架是重型汽车的脊梁,车架的成形加工是重型汽车制造过程中重要的工艺之一,车架成形工艺的优劣一定程度上影响着装配工艺的效率和整车的性能。下面笔者根据10多年的工艺工作经验,简要介绍一下重型汽车车架成形工艺的发展情况。
产品结构变化
中国重型汽车自诞生以来一直和军队的需要密切相关。
军用装备主要考虑的是杰出的越野性和良好的可靠性,因此军车设计的安全系数极高,可以抵御很多可能遇到的恶劣环境。由于用途的单一性,车架和驾驶室的设计主要考虑安全性和可靠性,材料选用也是当时极为优越的16Mn和08 AL。动力总成匹配单一,车架的结构比较单一,驾驶室的变化极少,生产效率不高,冲压成形工艺较为简单。20世纪80年代中期,我公司最大的一台压力机只有4000t,匹配了一些其他中低吨位的压力机就完成了年产500辆整车的任务。
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表1 重型汽车车型发展变化


从表1不难看出,随着时代的进步,重型汽车的用途在不断扩展,产量持续攀升,产品结构也在发生重大变化。
车架的结构和材料变化以及产量的需求给纵梁成形工艺带来了新的挑战。大梁幅宽的变化要求压形模具的数量增加,模具的变化影响生产效率的提升,材料强度的提高使得模具设计和调节使用的难度加大,同时产品质量的控制变得越来越困难。在调节不到位的情况下,极易产生开裂报废,给生产经营带来很多障碍。
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图1 等截面大梁


直通大梁的加工工艺
首先发生革命性变化的是直通梁的生产,随着重车需求的不断增长,直通纵梁自身的冲压成形严重制约了产能的提升。笔者曾做过一个粗略的估计:1台4000~5 000t的压力机,1年按300天计,最多可压形8+8(7)的车架5 000付,无法满足用户需求;另外,材料强度的不断提高也要求压力机的吨位不断提升,4 000~5 000万元的大吨位压力机对于等界面梁的生产显得有些奢侈。
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表2 车架结构变化情况


在2000年前后,钢铁企业探讨厚板的深加工,寻求与重型汽车合作的可能,笔者当时作为企业的工艺主管人员,为提高产能和经济效益,先后与数家轧钢厂进行了合作,采用了轧钢厂的滚压成形大梁。
变截面梁的加工工艺
窄车架设计解决了车架宽度不能满足发动机装配的需求问题,采用车架前段削鸭嘴的结构,但这却导致车架前段成为强度的薄弱环节,在使用过程中出现开裂和脱焊,极大影响了整车的声誉。后来为了提高自卸车的稳定性,解决侧翻的问题,车架的宽度被加大到850mm或者865mm后才解决了部分削鸭嘴问题,但随着更大尺寸的发动机匹配进整车,前宽后窄仍然是一个必须解决的问题。
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表3 车架的材料变化


国外先进重型汽车技术的不断涌入和引进,重型汽车出口量的不断扩大,环保排放和清洁生产要求的不断提高,以及公路法规和轻量化革命的要求,对整车的性能提出了更高的要求,为此变截面和不等宽车架的需求越来越急迫。
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表4 不同产量直通大梁采用的生产流程及工艺特点


变截面纵梁和前宽后窄的车架由于变化的多向性使得成形工艺极为复杂,我们既要解决截面本身的变化,又要解决腹面弯曲的问题。目前,仍有企业采用大吨位压力机同时完成,但是无法解决效率和质量的问题,大批量生产时冲孔和成形(两向成形)的工序安排极为讲究。变截面不等宽车架大梁加工存在腹面槽形、截面变化、腹面弯曲和孔加工4个方面的问题。解决这些问题的方法和先后顺序既影响产品质量,又对生产效率的高低起着决定性作用。
工艺安排必须一次性完成腹面槽形和变截面的加工,可以解决加工前宽后窄的问题,同时数控折弯机也可以完成前宽后窄;孔加工可以依据产量和精确度的需要,采用数控平面冲孔和三面冲孔完成;必须解决好材料强度(反弹)与压力机吨位的问题,纵、衬梁同时成形这一矛盾将更为突出,压力机的吨位要求会更高,成本更大,但是产品质量也会更好。
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表5 大梁加工中的难点问题及对策

车架成形工艺的选择,除了技术层面的因素外还应考虑经济因素,投入与产出比可以综合解决好技术与经济的关系,简单的生产工艺可以满足经济型重型汽车的生产,高档车的开发离不开工艺上的高投入。目前,大吨位压力机和三面数控冲孔机及数控折弯机已先后在重汽行业得到应用,相信会对重型汽车质量和性能的提高发挥应有的作用。
发动机横梁的加工
发动机横梁是重型汽车车架上一个极其重要的部件,其断面为“Ⅱ”字形,整体为“Ⅴ”字形,成形工艺最为复杂。首先要形成“Ⅱ”字形断面,然后压出“Ⅴ”字形结构,虽然压力机的吨位要求不高,但是成形极为困难。
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表6 大梁加工几种典型的工艺安排


我们曾先后采用16MnL、09SIVL、510L等材料制作,往往在压制“Ⅱ”字形断面时就产生了裂纹,在“Ⅴ”字形结构完成后,开裂报废的情况更为严重,报废率常达到60%以上。为了解决开裂的问题,我们采用“Ⅱ”字形断面压制后进行一次高温退火,然后进行“Ⅴ”字形结构成形,虽然开裂报废的问题解决了,但同时又带来了构件强度不足的新问题。经过我们与钢铁企业不断的试验和探讨,通过采用低合金低杂质细晶粒高强钢和ST490等钢种很好地解决了这一问题。至此也不难看出,材料技术与冲压成形工艺的关系同样密不可分。
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