创新 东风弹簧 重型商用车轻量化开发

,重型商用车轻量化钢板弹簧的研发,QC成果资料,东风汽车悬架弹簧有限公司DONGFENGMOTORSUSPENSIONSPRINGCO.,LTD,发表人：刘俊时间：2010年5月3日,小组名称微笑QC小组课题类型创新型活动宗旨用我们真诚付出赢得用户满意微笑,一、小组简介,活动时间2009年1月至2010年4月,一、小组简介,降低油耗：国家“十一五”汽车产业发展策略第10条：“汽车产业及相关产业要注重发展和应用新技术，提高汽车燃油经济性。2010年前，汽车新车平均油耗比2003年降低15以上”,二、选择课题,汽车重量与油耗的关系,2007年12月，成立了国家“汽车轻量化技术创新战略联盟”。,二、选择课题,2008年6月，我公司参加了国家“汽车轻量化技术创新战略联盟”的“轻量化材料应用共性技术的研究与应用”课题组，研发重型商用车轻量化钢板弹簧。,钢板弹簧,选择课题：重型商用车轻量化钢板弹簧的研发,三、设定目标,目标：实现重型商用车钢板弹簧减重30%,约束条件：产品的使用寿命8万次（依据GB/T19844标准）,三、设定目标,目标可行性分析：与国外重型商用车汽车钢板弹簧对比,结论：国外重型商用车钢板弹簧自重较国内轻30%-50%,郭孔辉院士受聘为公司技术顾问,陈耀明教授受聘为公司技术顾问,获得8项国家专利。参与制定行业、国家技术标准。2007年，参与编写钢板弹簧国际标准提案，并代表中国在弹簧标准国际会议上进行说明。聘请了中国工程院院士郭孔辉等6位专家为公司技术顾问。,三、设定目标,目标可行性分析：公司有一支实力强大的研发团队,目标：减重30%的重型商用车轻量化钢板弹簧,初步方案提出：从产品结构上实现减重,四、提出方案并确定最佳方案,四、提出方案并确定最佳方案,方案可行性分析与评估：,四、提出方案并确定最佳方案,方案可行性分析与评估：,方案二：产品检测数据表明：以北方奔弛56036000为例，每辆份钢板弹簧自重减轻94.48Kg，减重19.7%。,方案一：产品检测数据表明：以KLQ6100为例，每辆份钢板弹簧自重减轻42.6Kg，减重11%。,四、提出方案并确定最佳方案,为了进一步实现产品轻量化，小组成员提出提高设计应力。,与国外板簧相比：欧美板簧设计应为600MPa，板簧自重减轻30%,设计应力600MPa自重轻，重型卡车300450公斤,设计应力400550MPa自重重，重型卡车600公斤,开发高应力变截面钢板弹簧,关键工艺技术设计,高性能材料开发,产品结构设计,方案的进一步分解：,四、提出方案并确定最佳方案,1.材料化学成分确定2.材料工艺性能开发,1.为确保轻量化重型钢板弹簧的使用寿命，对产品结构进行优化设计,1.为确保轻量化重型钢板弹簧的使用寿命，对加工工艺进行优化设计,重型商用车轻量化钢板弹簧的开发,目标：减重30%约束条件：保证使用寿命,四、提出方案并确定最佳方案,高性能材料的开发材料化学成分的确定,小组成员提出了两种方案：,四、提出方案并确定最佳方案,高性能材料的开发材料化学成分的确定,小组成员研究了德国MAN系列高应力钢板弹簧（设计应力650MPa），确定其材料成分如下表：,检测结果表明：MAN钢板弹簧总成采用的材料为50CrV4(DIN17221)。,通过与钢厂技术部门沟通，考虑到钢厂的生产工艺，对部分元素的化学成分进行了微调，初步确定为51CrV4的化学成分。,四、提出方案并确定最佳方案,高性能材料的开发材料化学成分的设计,首批材料试制规格为26mm90mm，化学成分经检验满足技术协议要求。,材料工艺性能试验-淬透性试验,低倍组织及脱碳层检验,四、提出方案并确定最佳方案,高性能材料的开发材料化学成分的设计,材料力学性能试验,最终确定：材料化学成份为51CrV4,试验结果表明：51CrV4其化学成分、淬透性和力学性能等指标均达到协议要求，且具有高弹性极限和疲劳极限、一定的冲击韧性、良好的淬透性和较低的脱碳敏感性，可以作为设计应力为650MPa级、厚度45mm的高应力钢板弹簧材料。,四、提出方案并确定最佳方案,产品结构设计端部结构的设计,从产品使用寿命角度分析，以变截面钢板弹簧2913Z24-010为例，做台架试验。试验条件：刚度指标279152233；静负荷弧高指标156；疲劳寿命预加12.0mm振幅21.0mm试验频率2.0Hz试验结果如下：,四、提出方案并确定最佳方案,产品结构设计端部结构的设计,从应力分析的角度，以2913Z24-010为例，测试：,四、提出方案并确定最佳方案,产品结构设计端部结构的设计,从台架试验和应力测试结果可知：不同载荷情况下，第一片应力值高于其他三片22%32%。,四、提出方案并确定最佳方案,产品结构设计端部结构的设计,针对第一片应力值高，容易断裂，小组成员提出了三种方案：,四、提出方案并确定最佳方案,产品结构设计端部结构的设计,试验结果表明：方案1和方案2不能有效改善第一片与其余片间的应力差，但方案3通过调整支点距，使各片工作时，作用点的位置基本相近，有效改善第一片和其余片间的应力差。,第二轮应力测试：,方案一：弧高调整,方案二：端部增加垫片,方案三：端部增加垫片,四、提出方案并确定最佳方案,产品结构设计端部结构的设计,根据试验结果，小组成员对现有端部结构进行优化设计：,四、提出方案并确定最佳方案,关键工艺技术设计端部工艺的设计,由于轻量化重型板簧端部结构比较复杂，尤其是热加工工艺，因此小组成员提出了2种方案,经过5轮调试后的端部成形工艺参数和工装模具,四、提出方案并确定最佳方案,关键工艺技术设计端部工艺的设计,四、提出方案并确定最佳方案,关键工艺技术设计喷丸工艺的设计,喷丸是提高钢板弹簧寿命的一种有效方式，为了保证轻量化钢板弹簧的使用寿命，小组成员对目前喷丸工序做了进一步分析。,四、提出方案并确定最佳方案,关键工艺技术设计喷丸工艺的设计,从重型变截面板簧断裂的断口分析，发现：大部分疲劳源均为侧面圆角处,侧面无喷丸,疲劳源,仅对上表面喷丸,四、提出方案并确定最佳方案,关键工艺技术设计喷丸工艺的设计,通过以上分析，小组成员对目前喷丸进行改进，以保证重型商用车轻量化钢板弹簧的使用寿命。,新喷丸机技术协议,开发高应力变截面钢板弹簧,关键工艺技术设计,高性能材料开发,产品结构设计,四、提出方案并确定最佳方案,1.材料化学成份设计2.材料工艺性能设计,1.为确保轻量化重型钢板弹簧的使用寿命，优化产品结构设计2.部分加工工艺优化设计,重型商用车轻量化钢板弹簧的开发,减重30%,通过以上分析和评估，小组找出了实现目标的最佳方案：,1.用51CrV4弹簧钢2.端部采用面接触，压弯结构3.采用端部一次热加工成形工艺4.采用喷丸表面及侧面强化喷丸工艺,五、制定对策,六、对策实施,通过与陕西重汽沟通，选定DZ92259521003产品，依据厂家要求，将我们的设计方案形成了相应的产品文件。,样件试制计划,六、对策实施,51CrV4采购订单及检验报告,六、对策实施,高应力生产车间,为确保高应力板簧的生产，09年公司投资建设了高应力生产车间，目前已形成制造1000吨高应力汽车钢板弹簧制造阵地。,六、对策实施,强化喷丸设备,端部一次热加工复合模具,六、对策实施,DZ92259521003产品主要生产工序照片,六、对策实施,热处理金相检验及总成性能试验,试验结果表明：金相组织为中等细致的回火屈氏体2级，满足JB3782-84标准要求总成性能满足GB/T19844-2005要求，疲劳寿命12万次。产品已通过路试,七、效果检查,目标验证：,目标：减重30%的轻量化汽车钢板弹簧,产品检测数据表明：SX4255NR车型，每辆份钢板弹簧自重减轻149.7Kg，减重32%产品性能试验报告表明：疲劳寿命12万次，满足GB/T19844-2005要求。,目前，小组已将这种设计方案运用到其他产品的开发，2009年10月-2010年4月，共为陕西重汽、北方奔驰、郑州宇通、厦门金旅等厂家开发了多个品种的轻量化钢板弹簧，实现销售额8260.67万元。,七、效果检查,产品销售：,统计表明：到2020年，商用车燃油消耗比例要降低至30%！,轻量化汽车由于自重降低，用户的载重量可以增加，也就可以多载货物，为用户直接创收。,2005年：70%,2020年：30%,七、效果检查,产品的市场前景：,轻量化产品市场前景广阔！,明确的上限值,八、标准化,国家专利,该成果已