重型商用车车架

重型商用车车架纵梁制造技术的研究与应用

一、前言

近几年，随着我国西部大开发和整体国民经济的快速发展及高速公路通车里程的不断增加，重型商用车出现俏销局面，由于国内汽车制造厂一直以生产中型车和轻型车为主，面对新的机遇，各制造厂家积极调整产品结构，以适应市场的变化。生产重型车首先要解决的是底盘问题，底盘中，车架纵梁是关键的零件之一，是制约车架总成质量和能力的瓶颈。我公司作为国内主要三大重型商用车生产厂之一，近两年也推出多种市场热销的重型车，这些新车型的车架纵梁都是全新结构设计，复杂程度及加工难度比以往车架纵梁都大，而且原有模具加工无法利用。在这些新车型车架纵梁的生产准备过程中，如采用常规工艺和常规模具设计方案，不仅不能适应目前市场经济条件下的“多品种、小批量、多批次”的生产方式，而且投入成本很高，准备周期也很长，难以适应产品和市场的变化。在参考国内、外纵梁制造技术和结合自身实际情况的基础上，我们将柔性化制造技术作为目标，一次规划，分期实施具体项目，逐步形成具有企业特色的车架纵梁柔性化制造体系。

二、重型商用车车架纵梁的产品特征

重型商用车车架纵梁普遍采用双梁结构，纵梁与加强梁料厚匹配目前国内主要有：“7+5”、“7+7”、“8+5”、“8+7”等几种。与中型商用车车架纵梁相比，主要变化是“加强、加长、加宽”等，产品特征如下：

材料：高强度钢板16MnL，抗拉强度σb在510~610MPa，甚至更高。

结构：双大梁结构，即纵梁+加强梁

料厚：纵梁：7.0mm，8.0mm

加强梁：5.0mm，7.0mm

断面尺寸：280mm，300mm，甚至更大

长度：5600~11500mm

车架宽度: 780~850mm

纵梁和横梁连接方式：国内产品以翼面连接为主，采用铆钉铆接。

国外产品以腹面连接为主，采用高强度螺栓连接。

纵梁类型：通常有以下几种类型（见图一）

断面形式纵梁形式备注

等断面直线式多数

变断面直线式

等断面前段弯曲式装配大发动机

变断面前段弯曲式装配大发动机

三、国内外车架纵梁目前的制造技术概况

（一）传统的冲压模具制造技术

1、工艺和设备特点

采用冲压模具制造纵梁是一种传统的制造工艺，工艺特点是生产效率高、质量稳定，适用于单一品种的大批量生产。压力机吨位较大，通常在30000KN以上，分油压机和机械式压力机两种，如东风杭汽有一台德国产50000KN油压机，东风柳汽有一台俄罗斯产63000KN

机械式压力机，压力机工作台面长度达12米。

2、典型的冲压工艺方案

纵梁冲压工艺通常有两道工序：10、外形落料并冲孔20、压弯成形（将毛坯压弯成形，同时进行变断面或等断面形状加工）。

模具通常有两至三套：一套落料冲孔模（左/右通用），一套或两套压弯成形模（左/右）。

冲压毛坯由钢厂直接提供单倍尺板料或用多倍尺料剪成（剪床剪切或辊剪线辊剪）单倍尺料。

工艺流程如下：

毛坯料酸洗——剪切——落料冲孔（左/右件）——压弯成形（左/右件）

（二）柔性化的模具及柔性化的孔加工设备制造技术

1、工艺和设备特点

为了实现一套模具能够生产多个品种的需要，在模具结构上采用模块式组合

技术。组合模具的基本思路是一套基础模具上，按照纵梁长短不同、外形不同，配有不同的模块。如不同车型，有些孔和形状是相同的，只是因为轴距变化而变化，在这个基础上，可采用满足各种纵梁不同要求的模块，生产时把这些模块按照顺序排列组合，满足轴距变化的要求。近几年，组合式纵梁模发展较快，例如杭州东风日产柴的一套组合成形模具可生产27个品种，东风公司车架厂一套落料冲工艺孔模和一套成形模也可生产七大系列、三十多个品种的重型车架纵梁，落料冲工艺孔模剖面结构简图如下：

1.上底板

2.退料板

3. 调节板

4.上模固定座

5.T型槽

6. 凹模镶块

7.凹模镶块固定座

8.凹模调节垫块

9.凸模镶块10.凸模镶块固定座11.凸模调节垫块12.T型槽13.下模固定座14.下底板

此外，落料冲工艺孔模具改变传统的整体式结构，采用安装板上装多套分体式小模具结构，这样不仅模具制造周期短、成本低、换型也比较方便，且有利于实现柔性化生产，模具结构示意如下：

压弯成形模剖面结构简图如下：

1.上底板

2.键

3.顶销

4.凸模固定座

5.垫板

6.垫板

7.凸模镶块

8.凹模镶块

9.垫板10.垫板

11.凹模镶块固定座12.安装座13.下底板14.T型螺母15.导正销16.固定座17.导向滑块

组合模的不足：一是换模需要一定时间，二是当冲压长度较短的纵梁时，会产生偏心负荷，对压力机不利。

工艺流程如下：

毛坯料酸洗——剪切——落料冲工艺孔（左/右件）——模具冲孔或数控冲孔或钻孔——压弯成形（左/右件）

孔加工主要考虑采用柔性化程度较高的平面数控冲孔设备，和压弯成形模配套，代替冲孔模，对平板毛坯件冲孔，东风公司车架厂除94年从德国引进一台平面数控冲机外，2002年又从江苏金方圆数控设备有限公司采购回一台相类似的数控冲孔设备，该设备可加工数据如下：

料厚：6—10mm,长度：5000—12000mm

冲孔精度：组空间距：±0.15，组孔与组孔：±0.15/400mm, ±0.3/3000mm,±0.5/12000mm

冲孔规格：φ7—φ50共计20种

生产效率：1片/15分，5000辆/年

2、工艺难点

（1）．投资大

不论是超大型压力机，还是超大型模具，都必须投入较大资金，随着产品的变化，还要不断的改造模具或投入新的模具。

（2）．单倍尺毛坯料质量差，浪费大；多倍尺板料剪切困难

由钢厂提供的厚度4-10mm，长度7.0米以上的单倍尺料，允许有侧弯，按标准：侧弯允许在26mm以内，实物大多在30mm左右。一张10米长的单倍尺毛坯料，由于侧弯造成的材料浪费约20元左右。由于产品品种增加，毛坯料规格多，资金占用大，贮存面积大。

（3）．柔性化程度低

冲压加工其工艺本身就决定了柔性化低，即使模具结构采用模块式组合技术，也无法适应更多的品种，无法适应市场和产品的快速变化。尤其是如果纵梁上的孔变化多，冲压工艺更是难以应付。

国内汽车厂普遍现行的工艺是：用模具冲出一部分不变化的孔，其余的孔通过钻床加工;或全部孔都用摇臂钻床加工。用钻床加工孔，生产效率低，成本高，质量较差，经常有少孔，漏孔，孔位精度差等问题，导致车架装配效率低、质量差。

（4）．纵梁精度不高

用四立柱4000吨大型压力机生产纵梁，其腹板面直线度在20—40mm，压弯后的回弹也难控制。纵梁上的孔是先冲孔后成形，因此，孔位精度受材料和成形状态的影响较大。

（三）纵梁的折弯成形和三面数控冲孔制造技术

折弯成形和三面数控冲孔是与模具冲孔成形完全不同的另一种纵梁制造技术，这一制造技术在欧洲的许多汽车生产厂已采用。