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汽车纵梁加工工艺及设备的选择

陕西重型汽车有限公司（以下简称陕重）是一家以生产重型军用越野车、重型卡车、大客车为主的大型汽车公司。为了提升公司汽车产能，更好地提高市场占有率，陕重在北郊成立了重卡产业园。在产能目标大幅攀升的情况下，如何提升车架的生产能力，提高车架的产品质量，成为工艺人员亟待考虑的问题。而随着我国汽车工业的飞速发展，客户个性化需求越来越多，各种变形车架层出不穷，传统的加工制造方法已不能满足上述要求。

传统加工工艺及存在的问题

汽车纵梁加工的内容主要包括：成形和制孔。加工工艺可分为成型前加工孔和成型后加工孔，制孔的方式又分为冲孔加工和钻孔加工。

目前，陕重的汽车纵梁加工采用的是买成形纵梁料，通过摇臂钻床钻孔。选用钻孔方式最大的优点是设备投资少，但缺点也很多：加工效率低、需要制造多种钻模，生产准备周期长，很难适应多品种、小批量多批次产品的生产节拍。

图1 传统纵梁加工方法

现在，随着陕重的斯太尔产品产能的大幅提升，同时MAN产品逐步上升为主导产品，传统的加工工艺已无法适应产能提升和产品变形的需求，纵梁孔位加工能力不足已成为车架生产的“瓶颈”问题，寻求新的纵梁加工工艺迫在眉睫。

因为斯太尔产品为等截面梁，MAN产品为变截面梁（见图2），这两种车架的纵梁结构不同，加工工艺差别较大，因此选择纵梁加工工艺和设备时应兼顾此两种产品结构的加工。

图2 斯太尔等截面梁、MAN变截面梁

常用加工工艺及所用设备

传统上车架纵梁成形和制孔可采用摇臂钻床钻孔的方法，但效率低、精度差、生产准备时间长，因此，此种加工方式已经被淘汰。目前车架纵梁成形和制孔的主要方法有：

1、等截面汽车纵梁（斯太尔产品）的加工工艺及设备

（1）先制孔后成型的工艺：板料→数控平板冲孔→压力机成型；所用的主要设备：数控平板冲孔机、大吨位压力机。

（2）先成型后制孔的工艺：板料→压力机成型→数控三面冲冲孔；所用的主要设备：数控三面冲孔机、大吨位压力机。

（3）同时成形制孔的工艺：板料→大压机一次冲孔并成形；所用的主要设备：大吨位压力机。

2、变截面汽车纵梁（MAN产品）的加工工艺及设备

（１）大批量定型产品的生产工艺：板料→大型压力机一次冲孔成型；所用的主要设备：大型压力机。

（２）小批量、多批次纵梁加工工艺：

方法1：板料→数控平板冲冲孔→大型压力机成型；所用的主要设备：数控平板冲、大型压力机。

方法2：大压机成型→数控三面冲冲孔；所用的主要设备：大压机数控三面冲。

图3 陕重汽汽车大梁种类

加工工艺及所用设备的特点

目前，汽车纵梁加工工艺普遍采用了数控冲孔，汽车纵梁数控冲孔生产线的研制，改变了以往的加工工艺，提高了特殊梁的加工效率，具有较大的柔性，特别适合多品种、小批量的制造模式，可提高汽车制造厂的快速反应能力，增加了市场的竞争力，可产生较高的经济效益。其特点如下：

1、生产效率高，劳动强度小

新产品生产准备时间短，对于纵梁孔的变化，生产准备仅为编程时间，输入CAD图形，可以自动生成加工程序，可以充分快速地满足市场和每个用户的要求，解决了现有摇臂钻床孔效率差、生产准备时间长、劳动强度低的问题。

采用原有方法，冲一个孔，带上下料最慢需要1.2s，钻一个孔最快需要10s。当加工5595 mm长、200余孔的S35车纵梁时，5人需要14min，而采用数控冲只需4min。加工1105 0mm长、350余孔O40车纵梁，5人需要28min，而采用数控冲加工350个孔只需8min。

2、产品质量高

数控冲加工解决了摇臂钻床钻孔时，漏孔和孔距尺寸超差而影响铆接和总装配进度及质量的问题，并且数控冲加工的孔没有毛刺，精度高于钻孔。

3、柔性化程度高

数控冲解决了传统钻孔方式所导致的孔加工能力不足的问题，而且对于不同车型纵梁孔的变化，生产准备时间仅仅是编程时间，缩短了新产品的开发周期，实现了产品由“单品种、大批量、少批次”向“多品种、小批量、多批次”转变，使精益生产得到推进和深化，为公司占领市场赢得了时间。

图4 大型压力机纵梁加工生产线

新工艺的选择和比较

基于冲孔加工的优点和特点，笔者认为，陕重的纵梁制孔工艺应该由钻孔加工改为冲孔加工，而纵梁加工工艺可使用3面数控冲、平板数控冲、大型压力机等设备。现将3种冲孔加工方案分析如下：

1、采用平板数控冲

先制孔后成型，即平板数控冲+大型压力机的加工方法。不用钻模及冲孔模，斯太尔等截面梁和MAN变截面梁都可以加工，无论从适用范围、加工的柔性等都是最佳的，而且，平板数控冲国内技术较成熟，完全可以满足加工工艺的需要。

2、采用三面数控冲

目前三面数控冲大致有两种形式：

（1）用于等截面加工的3面冲。采用该方法可一次装卡完成纵梁上下翼面及腹面全部孔位的加工。基本型为3个主机，由于汽车纵梁腹面上的孔径规格和数量占95%以上，翼面上的孔数极少，为了提高效率可做成4个主机，迅速提高车架生产能力。其缺点是：MAN变截面梁不能加工，斯太尔产品（等截面）退出市场后限制使用。

（2）适用于等截面和变截面槽形梁的3面数控冲。从加工范围看，选择1台5个主机的多功能3面冲，既可解决目前斯太尔等截面直梁制孔中产能、质量问题，也能兼顾将来MAN 变截面梁孔位加工的问题。其缺点是：

□ 设备结构复杂，可靠性相对差，控制难度和价格相应增加；

□ 由于孔到纵梁翼面的距离小，数控冲冲模模座宽，倾斜翼面部分三角区内的个别孔不能冲，还需增加一步补孔工序，仍然没有解决一次加工完成所有纵梁孔的问题；

□ 冲位于倾斜翼面附近处的孔循环时间约增加2.5s，增加了冲一根纵梁的时间，影响生产节拍；

□ 从工艺流程分析，相比平板冲制孔加压力机成型的工艺，采用MAN产品变截面梁的先“成型”后“制孔”是将制孔由“易”便“难”。

3、采用大型压力机

将板料利用大型压力机直接进行冲孔并压形。

采用大型压力机，压形冲孔效率高，对于大批量的产品适用，但对于小批量、多批次的产品，由于大型压力机柔性不足，需要制造冲孔模，生产准备时间长，模具费用大，模具更换频繁，换模时间长，因此并不适合。而陕重的产品多为小批量、多批次，所以，完全依靠大型压力机加工纵梁不适宜陕重的产品特点。

结论

通过以上对汽车纵梁加工工艺及设备的分析和对比，结合陕重汽车车架的年生产纲领和产品结构，本着投资合理的原则，笔者认为，对于陕重今后车架纵梁的成形和制孔，可按照以下方式进行：

１、板料——大型压力机成形冲孔（适用于大批量成熟车型）

２、板料——平板冲冲孔——大型压力机成型（适用于多品种、小批量、多批次车型）