做汽車的都該了解下，汽車縱梁的制造工藝及裝備

2016-10-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

載貨汽車縱梁是各種輕型、中型及重型載貨汽車車架的主要構(gòu)件,載貨汽車車架一般由左右兩根縱梁和幾根橫梁組成,車架作為整個(gè)汽車的基體,是組裝發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等各部件的骨架,承受來自車身內(nèi)外的各種載荷作用。同時(shí),由于載貨車車架的結(jié)構(gòu)尺寸較大,各部件之間的裝配工藝比較嚴(yán)格,其結(jié)構(gòu)形式及加工工藝直接影響到重型載貨汽車的品質(zhì)。

在車架的主要構(gòu)成部件中,左右縱梁是整個(gè)車架的主體,是汽車其他部件的裝配基礎(chǔ),同時(shí)也是汽車的關(guān)鍵承載部件。車型的多樣化和發(fā)動(dòng)機(jī)等核心部件的改型等因素造成車架縱梁的形狀、尺寸和孔的大小及數(shù)量、分布等都有不同程度的差別,同時(shí)由于載貨汽車的承重要求造成其縱梁材料一般較厚、尺寸較長(幾乎與整車相當(dāng)),所以載貨汽車縱梁的制造工藝極為復(fù)雜,其制造成本相對也比較高。

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展及科技的不斷進(jìn)步,縱梁的制造工藝及相應(yīng)工裝設(shè)備也不斷改進(jìn)和優(yōu)化。隨之涌現(xiàn)出各種柔性化的縱梁制造技術(shù)及工藝,汽車縱梁的生產(chǎn)方式逐漸由“單一品種、大批量、小批次”向“多品種、小批量、多批次”轉(zhuǎn)變,本文主要對現(xiàn)代載貨汽車縱梁的制造工藝及相應(yīng)的加工設(shè)備做簡要論述。

制造工藝及裝備

隨著汽車工業(yè)的日益發(fā)展,載貨汽車縱梁的數(shù)量和品種也不斷增加,縱梁的制造工藝和加工設(shè)備也不斷創(chuàng)新和完善?？傮w來說,載貨汽車縱梁的制造工藝主要分為3個(gè)工序內(nèi)容:落料、孔加工和成形加工。其整體制造工藝流程則為上述三種工序內(nèi)容的部分或全部組合。

1. 各工序內(nèi)容及相應(yīng)加工設(shè)備

(1)落料

一般汽車廠直接采購的原材料鋼板都是大塊板料(見圖1),需要根據(jù)不同的產(chǎn)品將板料加工出所需的形狀和尺寸,此工序即為落料。根據(jù)加工設(shè)備的不同,落料工序主要分為剪切落料、模具落料和切割落料三種形式。

剪切落料的設(shè)備是剪板機(jī)(見圖2),根據(jù)其加工板料長度的不同,有3m、6m、8m和12m等不同規(guī)格;剪板機(jī)無需開發(fā)模具,在設(shè)備規(guī)格允許范圍內(nèi)可獲得不同厚度、長度和寬度規(guī)格的料片;但剪板機(jī)只能下矩形料片,只適用于等截面U形梁的生產(chǎn),對于變截面梁則不適用。

模具落料的設(shè)備是大型壓力機(jī),一般壓力機(jī)噸位高達(dá)3 000~6 000t(見圖3),可根據(jù)不同產(chǎn)品的需要來設(shè)計(jì)不同規(guī)格的模具進(jìn)行落料,可用于落異形料片,且生產(chǎn)效率很高。但這種大型壓力機(jī)以及大型模具的投資費(fèi)用巨大,若車型穩(wěn)定、產(chǎn)量又多,模具費(fèi)用按產(chǎn)量分?jǐn)偤笠草^經(jīng)濟(jì)。

切割落料的設(shè)備主要是各種形式的切割機(jī),如等離子切割機(jī)和激光切割機(jī)等,可根據(jù)需要切割出任意板料外形,柔性化程度很高,但切割效率比較低,且切割質(zhì)量一般。目前,該工藝方法多用于做剪切落料的補(bǔ)充工序,用以切割出變截面梁板料的不規(guī)則外形部分。

三種形式的落料工藝對比見表1。

(2)孔加工

車架作為整個(gè)載貨汽車的基體,其上需組裝發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等各種部件,這就需要在縱梁上加工所需的裝配及定位孔。一般單根縱梁的孔數(shù)量多達(dá)200~300個(gè),因此,縱梁的孔加工是縱梁制造過程中不可或缺的重要工序內(nèi)容。根據(jù)加工設(shè)備不同,孔加工工藝分為3種:鉆孔、模具沖孔和數(shù)控沖孔。

鉆孔的加工設(shè)備主要是搖臂鉆床、大型數(shù)控鉆床等,一些中小型載貨汽車制造廠家多采用鉆模板/搖臂鉆劃線鉆孔工藝,該工藝投資雖低,但工人勞動(dòng)強(qiáng)度很高,且效率低,制孔精度差,應(yīng)用逐漸減少,目前主要用于對其他孔加工設(shè)備不便加工的孔或漏孔進(jìn)行補(bǔ)鉆。數(shù)控鉆床雖然柔性化程度較高,但生產(chǎn)效率比較低,應(yīng)用也不多。

模具沖孔的設(shè)備為大型壓力機(jī),一般可與前述落料工序同時(shí)完成,生產(chǎn)效率較高,但因模具的開發(fā)周期較長和費(fèi)用較大,不利于產(chǎn)品的升級換代。

數(shù)控沖孔的設(shè)備主要是數(shù)控沖孔生產(chǎn)線,是現(xiàn)代比較流行的一種高柔性化、高生產(chǎn)效率、投資較少的新型縱梁孔加工工藝,該項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)80年代率先應(yīng)用于歐洲汽車工業(yè),2000年開始引進(jìn)我國。生產(chǎn)線主要由上料、對中、送進(jìn)、沖孔和下料等部分組成(見圖4),最初的生產(chǎn)線沖孔主機(jī)為1臺(tái)平板沖,其模具結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)塔式逐漸發(fā)展為直列式;后期主機(jī)數(shù)量由單臺(tái)增加為多臺(tái),沖孔功能也由簡單的平板沖發(fā)展為三面沖,前者適用于平板上的孔加工,后者適用于U形梁腹面及兩翼面共三面上的孔加工,故稱為“三面沖”。現(xiàn)在的數(shù)控沖孔生產(chǎn)線已經(jīng)發(fā)展為平板沖、平兼腹沖、三面沖以及沖割復(fù)合生產(chǎn)線等多樣化的結(jié)構(gòu)形式。該生產(chǎn)線的高柔性化,非常適用于目前汽車行業(yè)的多品種、少批量的生產(chǎn)組織形式,也促進(jìn)載貨汽車行業(yè)走上了快速發(fā)展的快車道。

3種形式的孔加工工藝對比見表2。

(3)成形加工

成形加工是將板料加工成最終的幾何形狀,根據(jù)加工設(shè)備的不同主要分為模具成形、輥壓成形和折彎成形。

模具成形是采用大型壓力機(jī),與前述落料及沖孔工序類似,可根據(jù)產(chǎn)品形狀開發(fā)相應(yīng)的成形模具,等截面梁和變截面梁均能加工,適用范圍比較廣,但不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

輥壓成形則是采用輥壓專用生產(chǎn)線,是將定寬板材卷料經(jīng)在線校平、輥壓成形和定長切斷,使之成為所需的U形等截面梁。輥壓成形的柔性化程度非常高,可以在設(shè)備技術(shù)參數(shù)范圍內(nèi)加工不同板厚、腹寬、翼高等多種規(guī)格的U形縱梁,但只能加工等截面直形梁。由于輥壓生產(chǎn)線的投資較大,且生產(chǎn)線較長,完全打破了原來傳統(tǒng)的縱梁加工工藝布局,目前該工藝在汽車制造廠的應(yīng)用還不是很普遍,部分采用此工藝的汽車企業(yè)不是自己加工,而是直接采購鋼廠成形好的U形鋼材。

折彎成形主要采用折彎機(jī),由于生產(chǎn)效率較低,現(xiàn)在一般與輥壓線配合使用,主要用于對U形等截面直縱梁進(jìn)行前端的彎頭折彎加工,即沿縱向折彎成前寬后窄的車架形狀,以彌補(bǔ)輥壓線的成形缺陷。

各工藝的主要優(yōu)缺點(diǎn)見表3。

2. 工藝流程

載貨汽車縱梁的制造工藝流程為上述3種工序內(nèi)容的部分或全部組合,隨著各工序的加工方法及相應(yīng)工裝設(shè)備不斷更新,各大汽車制造廠也在根據(jù)自身實(shí)際情況對工藝流程進(jìn)行同步調(diào)整。根據(jù)孔加工和成形加工的順序不同,現(xiàn)代載貨汽車縱梁的制造工藝流程主要有以下兩種:

(1)成形前加工孔

典型工藝流程為:剪板機(jī)剪切落料→(等離子/激光切割不規(guī)則外形部分)→模具沖孔/數(shù)控沖孔(平板沖)→模具成形。該工藝流程采用剪板機(jī)落料、模具成形,下料后的等離子切割工序可根據(jù)變截面梁產(chǎn)品的需要以獲得端頭不規(guī)則外形部分,因而能夠滿足等截面和變截面兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的生產(chǎn),生產(chǎn)效率高,適合大批量生產(chǎn);孔加工方面,模具沖孔和數(shù)控平板沖孔兩種方式并行存在,前者主要用于少數(shù)成熟車型的縱梁產(chǎn)品,后者主要用于變化較快的小批量的縱梁產(chǎn)品。

(2)成形后加工孔

典型工藝流程為:開卷→輥壓成形→數(shù)控沖孔(三面沖)→(彎曲)。該工藝流程完全打破了原有的生產(chǎn)工藝布局,采用了輥壓及三面沖等高柔性化設(shè)備,基本不受產(chǎn)品變動(dòng)的影響,為各種變形產(chǎn)品的問世提供了極為方便的保障。由于輥壓及三面沖設(shè)備的局限性,該工藝流程主要用于等截面梁的生產(chǎn),可在線尾增加一套折彎機(jī),將U形等截面直形梁前端沿縱向折成前寬后窄的車架形狀。隨著縱梁輥壓成形工藝及三面沖孔生產(chǎn)線技術(shù)的不斷成熟,越來越多的汽車制造廠開始選用此類工藝流程。

以上兩種工藝流程各有優(yōu)缺點(diǎn),前者由于是在平板上進(jìn)行孔加工,操作比較方便,但孔的精度在成形后容易產(chǎn)生偏差;后者在成形后再加工孔,孔的精度得到了保證,但孔加工的方位由原來的一個(gè)面變?yōu)槿齻€(gè)面,加工工藝比較復(fù)雜。

結(jié)語

近幾年來,我國汽車市場高需求量以及車型的多元化,要求汽車廠必須縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,加快新產(chǎn)品的投放,以擴(kuò)大市場份額;而汽車的同質(zhì)化又要求汽車廠必須降低制造成本,才能獲得最大化的利益。數(shù)控沖孔生產(chǎn)線、輥壓線等高柔性化的設(shè)備為汽車廠加快產(chǎn)品開發(fā)提供了便利,為獲得更大的利益,還需各大汽車廠從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等方面嚴(yán)格控制成本。以縱梁產(chǎn)品為例,目前我國的縱梁產(chǎn)品中等截面梁和變截面梁兩種形式并存,尤其是在重載貨汽車車型中,變截面梁產(chǎn)品仍然占據(jù)主導(dǎo)地位,而變截面梁的復(fù)雜性決定了其制造成本較高。因此,簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),優(yōu)化制造工藝,以及工裝設(shè)備的柔性化、高效化將是未來載貨汽車縱梁制造技術(shù)發(fā)展的趨勢。

另外,隨著汽車輕量化要求的不斷提高,縱梁板材的強(qiáng)度級別逐漸提升,對縱梁的加工設(shè)備也提出了更高的要求。以平板數(shù)控沖孔生產(chǎn)線為例,沖孔主機(jī)的壓力噸位已由早期的120t提升至現(xiàn)在的160t、200t,這進(jìn)一步對設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和液壓系統(tǒng)等提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才