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

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,車架作為整個汽車的基體,是組裝發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、懸架、轉向系統(tǒng)等各部件的骨架,承受來自車身內外的各種載荷作用。同時,由于載貨車車架的結構尺寸較大,各部件之間的裝配工藝比較嚴格,其結構形式及加工工藝直接影響到重型載貨汽車的品質。

在車架的主要構成部件中,左右縱梁是整個車架的主體,是汽車其他部件的裝配基礎,同時也是汽車的關鍵承載部件。車型的多樣化和發(fā)動機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),所以載貨汽車縱梁的制造工藝極為復雜,其制造成本相對也比較高。

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

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備也不斷創(chuàng)新和完善。總體來說,載貨汽車縱梁的制造工藝主要分為3個工序內容: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容的部分或全部組合。

1. 各工序內容及相應加工設備

(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),需要根據不同的產品將板料加工出所需的形狀和尺寸,此工序即為落料。根據加工設備的不同,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。

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

模具落料的設備是大型壓力機,一般壓力機噸位高達3 000~6 000t(見圖3),可根據不同產品的需要來設計不同規(guī)格的模具進行落料,可用于落異形料片,且生產效率很高。但這種大型壓力機以及大型模具的投資費用巨大,若車型穩(wěn)定、產量又多,模具費用按產量分攤后也較經濟。

切割落料的設備主要是各種形式的切割機,如等離子切割機和激光切割機等,可根據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,且切割質量一般。目前,該工藝方法多用于做剪切落料的補充工序,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

車架作為整個載貨汽車的基體,其上需組裝發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、懸架、轉向系統(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200~300個,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容。根據加工設備不同,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,但工人勞動強度很高,且效率低,制孔精度差,應用逐漸減少,目前主要用于對其他孔加工設備不便加工的孔或漏孔進行補鉆。數(shù)控鉆床雖然柔性化程度較高,但生產效率比較低,應用也不多。

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

數(shù)控沖孔的設備主要是數(shù)控沖孔生產線,是現(xiàn)代比較流行的一種高柔性化、高生產效率、投資較少的新型縱梁孔加工工藝,該項技術在20世紀80年代率先應用于歐洲汽車工業(yè),2000年開始引進我國。生產線主要由上料、對中、送進、沖孔和下料等部分組成(見圖4),最初的生產線沖孔主機為1臺平板沖,其模具結構由轉塔式逐漸發(fā)展為直列式;后期主機數(shù)量由單臺增加為多臺,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”?，F(xiàn)在的數(shù)控沖孔生產線已經發(fā)展為平板沖、平兼腹沖、三面沖以及沖割復合生產線等多樣化的結構形式。該生產線的高柔性化,非常適用于目前汽車行業(yè)的多品種、少批量的生產組織形式,也促進載貨汽車行業(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,根據加工設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,與前述落料及沖孔工序類似,可根據產品形狀開發(fā)相應的成形模具,等截面梁和變截面梁均能加工,適用范圍比較廣,但不利于產品的更新?lián)Q代。

輥壓成形則是采用輥壓專用生產線,是將定寬板材卷料經在線校平、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,可以在設備技術參數(shù)范圍內加工不同板厚、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。由于輥壓生產線的投資較大,且生產線較長,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,由于生產效率較低,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,以彌補輥壓線的成形缺陷。

各工藝的主要優(yōu)缺點見表3。

2. 工藝流程

載貨汽車縱梁的制造工藝流程為上述3種工序內容的部分或全部組合,隨著各工序的加工方法及相應工裝設備不斷更新,各大汽車制造廠也在根據自身實際情況對工藝流程進行同步調整。根據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落料、模具成形,下料后的等離子切割工序可根據變截面梁產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品結構的生產,生產效率高,適合大批量生產;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)成熟車型的縱梁產品,后者主要用于變化較快的小批量的縱梁產品。

(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工藝布局,采用了輥壓及三面沖等高柔性化設備,基本不受產品變動的影響,為各種變形產品的問世提供了極為方便的保障。由于輥壓及三面沖設備的局限性,該工藝流程主要用于等截面梁的生產,可在線尾增加一套折彎機,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線技術的不斷成熟,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,前者由于是在平板上進行孔加工,操作比較方便,但孔的精度在成形后容易產生偏差;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面變?yōu)槿齻€面,加工工藝比較復雜。

結語

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品開發(fā)周期,加快新產品的投放,以擴大市場份額;而汽車的同質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)控沖孔生產線、輥壓線等高柔性化的設備為汽車廠加快產品開發(fā)提供了便利,為獲得更大的利益,還需各大汽車廠從產品設計、生產制造等方面嚴格控制成本。以縱梁產品為例,目前我國的縱梁產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,變截面梁產品仍然占據主導地位,而變截面梁的復雜性決定了其制造成本較高。因此,簡化產品結構,優(yōu)化制造工藝,以及工裝設備的柔性化、高效化將是未來載貨汽車縱梁制造技術發(fā)展的趨勢。

另外,隨著汽車輕量化要求的不斷提高,縱梁板材的強度級別逐漸提升,對縱梁的加工設備也提出了更高的要求。以平板數(shù)控沖孔生產線為例,沖孔主機的壓力噸位已由早期的120t提升至現(xiàn)在的160t、200t,這進一步對設備的結構形式和液壓系統(tǒng)等提出了嚴峻考驗。

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