汽车制造工艺学六

第3章车架、车轮制造工艺12333.1汽车车架结构及材料3.2车架零件的冲压及车架总成制造工艺3.3车轮制造工艺返回3.1汽车车架结构及材料1.车架的功用车架俗称“大梁冶,它是汽车的装配基础,汽车发动机、变速器、传动轴、前后桥和车身等绝大多数零部件和总成都要安装在车架上。2.车架类型和构造车架类型主要包括:边梁式车架、中梁式车架、组(综)合式车架和无梁式车架等。目前汽车上多数采用边梁式车架和无梁式车架。下面分别予以介绍和讨论。(1)边梁式车架边梁式车架结构如图3-1所示,它是由两根纵梁和若干根横梁构成的平行式结构。纵梁和横梁之间常用铆接方法连接。下一页返回3.1汽车车架结构及材料图3-2所示为常见各类汽车车架结构形式。图3-2(a)和图3-2(b)所示为前窄后宽纵梁;图3-2(c)~图3-2(e)四例为纵梁上下平行式结构和弯曲式结构。(2)中梁式车架如图3-4所示,中梁式车架只有一根位于中央而贯穿汽车全长的纵梁,亦称为脊骨式车架。(3)组(综)合式车架如图3-5所示,组合式车架由边梁式和中梁式车架组合构成,亦称为综合式车架。车架前段或后段是边梁式结构,用以后驱动桥;而安装发动机或车架中段是中梁式结构,其悬伸出来的支架可以固定车身。传动轴从中梁的中间穿过,使之密封防尘。上一页下一页返回3.1汽车车架结构及材料(4)无梁式车架如图3-6所示,无梁式车架即用车身兼做车架。汽车所有零部件、总成都安装在车身上,载荷也由车身来承受,故称为无梁式车架或承载式车身。其特点是:车身底板用纵梁和横梁加固,车身刚度较好、质量较轻,但制造要求高。目前其广泛用于轿车和客车。(5)带X型横梁的梯形车架如图3-7所示,为隔离发动机的震动和噪声,提高汽车舒适性,在发动机与车架之间采用了橡胶软垫,以取代原刚性连接。3.车架成形对材料的要求上一页下一页返回3.1汽车车架结构及材料汽车车架常用厚钢板冲压、铆接或焊接成形。首先冲压,然后采用铆接或焊接而连接成各种不同规格的梁结构。各类车架冲压件,包括冲裁件、弯曲件、拉延件、成形件和冷挤压件等,对材料的性能要求参见表3-1。上一页返回3.2车架零件的冲压及车架总成制造工艺3.2.1车架钢板材料汽车大梁不但要承受较大的静载荷,而且还要承受一定的冲击、震动等,因此,要求钢板强度好、耐疲劳、具有良好的冲压性能和冷弯性能。3.2.2车架(厚板)冲裁工艺要点1.落料须一次性完成,并能保证轮廓尺寸能够在后续弯曲、成形工序中准确到位。也就是说,不可能在弯曲、成形后再通过修边去获得合格的轮廓尺寸。因为毛坯是厚板,一般厚度为5~10mm,不能像薄板冲压一样最后进行修边工序。为了能够保证车架厚板零件在整个冲压过程中的轮廓尺寸准确,技术上需要对零件展开尺寸进行计算与试验相结合的方法来确定。下一页返回3.2车架零件的冲压及车架总成制造工艺2.毛坯在冲制多孔时,应采用阶梯凸模分布,使之刃口高度不等。在安排弯曲等成形工序时,需要将落料坯件的轮廓小端面置于凸模一侧,将其轮廓大端面置于凹模一侧,如图3-8所示。理由是,前者考虑是在保证压力机一次行程中实现分组冲孔,以减小压力机瞬时负荷,尽力避免凸模折断;后者考虑是落料坯件断面上曾产生较大的不规则塌角,避免在弯曲时于塌角处形成裂纹。3.凹、凸模等工作零件采用镶块结构,便于模具制造与维修。凹、凸模镶块应用冷作模具钢Cr12、Cr12MoV等制成,要求淬火+低温回火后硬度保持在56~60HRC。为降低冲裁力,可采用波浪式刃口,模架应导向性好、刚性大。4.冲裁凹、凸模合理间隙的选取上一页下一页返回3.2车架零件的冲压及车架总成制造工艺合理选择凹、凸模间隙对保证冲裁质量至关重要。落料时,凹、凸模间的间隙一般取(0.08~0.12)t(板厚);冲孔时,凹、凸模间隙取(0.05~0.08)t。3.2.3车架厚板件弯曲成形工艺1.最小相对弯曲半径R/t不能太小车架厚板件弯曲时,其最小相对弯曲半径R/t对产品质量影响较大,不能太小。2.U形长弯曲件的长度方向易出现附加弯曲变形当将纵向长度很长(5~10m)的汽车纵梁弯曲成U形断面时,因厚板圆角处强制弯曲,内层受压缩,会使得靠近弯曲凸模的圆角处的内层产生多余的金属堆积(如图3-9中I部所示)。上一页下一页返回3.2车架零件的冲压及车架总成制造工艺当压机上滑块回程卸去模内载荷后,这些多余的受压缩金属只能沿长度方向上扩散并释放,故导致弯曲件在长度方向上产生翘曲,形成弦高达15~20mm的附加变形。这些附加变形一般都是利用“反变形原理冶将凹模沿长度方向下凹、凸模沿长度方向上凸起来防止纵向回弹(拱曲)的。3.2.4车架纵梁冲压成形方案工艺孔一般是为工件在后续工序中的模具内定位用的。腹板孔和翼板孔是装配孔。纵梁冲压工艺中值得注意的问题。(1)落料车架纵梁长度长,板料厚,强度高,变形抗力大。比如EQ1090和CA1091汽车纵梁采用16MnL大梁钢,板厚6mm。上一页下一页返回3.2车架零件的冲冲压及车架总总成制造工艺艺如果采用落料料-冲孔复合模和和模具刃口等等高计算,则所需总的冲冲裁力约为90000kN。目前世界上上还没有这样样大吨位的压压力机。(2)冲孔为降低冲孔力力和防止冲孔孔凸模折断,应将所有一次次冲制的冲头头分成3种或4种高度,每种高度差为为(2/3~1)t(板厚)。其中直径较较大的冲头长长度较长;直径较小的冲冲头较短,如图3-10所示。这样可可避免因退料料力不均而发发生小冲头折折断的情况发发生。(3)纵梁压弯工艺艺1.为保证两翼面面上孔的对称称性、准确性性和弯曲高度度的一致性,在弯曲成形时时应注意导正正销的数量和和位置要求。。对于长度为为4~5.5m的纵梁,应在腹板上布布置5~6个导正销孔。。对于6~8m长的纵梁应布布置6~8个导正销孔。。上一页下一页返回3.2车架零件的冲冲压及车架总总成制造工艺艺2.纵梁弯曲曲成形后,不不能有任何何撕裂或裂纹纹。3.纵向回弹弹(拱曲)的的防止。纵纵梁的弯曲属属于厚料宽板板弯曲,且且相对弯曲半半径较小,弯弯曲成形时要要注意防止回回弹与裂纹。。防止纵向回回弹(拱曲)的措施可可以利用“反反变形原理冶冶,将凹模模沿长度方向向下凹、凸模模沿长度方向向凸起。图3-11所示为通过纵纵梁弯曲模具具的反变形设设计来防止纵纵向回弹(拱拱曲)的实实施措施。3.2.5车车架横横梁冲冲压成成形方方案商用车车车架架上一一般有有5~11根根横横梁,根根据用用途不不同,其其结构构各不不相同同。不不同用用途的的汽车车横梁梁其结结构形形式变变化较较大。。目前,汽汽车车车架上上使用用的横横梁通通常以以槽形形式和和鳄鱼鱼口式式居多多,如如图3-12所示。。上一页页下一页页返回3.2车架零零件的的冲压压及车车架总总成制制造工工艺槽形式式横梁梁弯曲曲刚度度和强强度都都较大大,便于制制造。。鳄鱼鱼口式式横梁梁具有有较大大的连连接宽宽度,截面高高度较较低,可以加加大下下部空空间。。车架架横梁梁一般般都是是冲压压成形形。形状较较复杂杂的厚厚板(3.5~5mm)横梁成成形,在选用用钢板板质量量上不不但要要满足足高强强度的的要求求,而且要要满足足冲压压成形形性要要求。。目前前国内内多选选用16MnL、10Ti、08Ti等材料料。上一页页返回3.3车轮制制造工工艺3.3.1汽汽车车车轮结结构概概况车轮是是介于于轮胎胎和车车桥之之间承承受负负荷的的旋转转组件件,一一般般由轮轮毂、、轮辐辐和轮轮辋组组成。。轮毂毂通过过圆锥锥滚子子轴承承套装装在车车桥(或半半轴套套管)或或转向向节轴轴颈上上。轮轮辋也也叫钢钢圈,用用以安安装轮轮胎,与与轮胎胎共同同承受受作用用在车车轮上上的负负荷,并并散发发高速速行驶驶时轮轮胎上上产生生的热热量及及保证证车轮轮具有有合适适的断断面宽宽度和和横向向刚度度。图3-13所示为为车轮轮断面面与轮轮胎的的装配配关系系。从图3-14中可见见,车车轮轮结构构中,轮轮辐将将轮辋辋与轮轮毂连连接起起来。。轮辋辋与轮轮辐可可以是是整体体的(不可可拆式式),也也可以以是可可拆式式的。。车轮轮按轮轮辐构构造可可分为为辐板板式和和辐条条式两两种。。3.3.2汽汽车车车轮按按材质质分类类下一页页返回3.3车轮制制造工工艺汽车车车轮材材料一一般采采用两两种,即即由钢钢板或或铝合合金制制造,两两者占占95%的的市场场份额额。1.型型钢(钢制制)车车轮轮1.型型钢(钢制制)车车轮轮图3-15所示为为商务务车所所用的的一种种型钢钢(钢钢制)车车轮。。型钢钢车轮轮在汽汽车车车轮使使用中中曾长长期占占据主主导地地位。。型钢钢车轮轮成本本低,安安全性性比铝铝合金金车轮轮更具具优势势,故故大大部分分载重重汽车车仍然然使用用型钢钢车轮轮。但但自20世世纪纪80年年代起起,型型钢钢车轮轮市场场份额额逐步步减小小,并并逐逐渐被被铝合合金所所替代代。型型钢车车轮份份额快快速下下跌的的原因因有多多方面面的因因素,首首先,钢钢板加加工成成形性性能和和制造造工艺艺难以以做到到铝合合金车车轮那那样的的结构构和外外形多多样化化,且且外外观吸吸引力力也是是主要要的原原因之之一。。同时时,型型钢车车轮质质量大大,制制造造和使使用上上所消消耗的的能量量比铝铝制车车轮大大得多多。上一页页下一页页返回3.3车轮制制造工工艺2.铝铝合金金车轮轮铝合金金车轮轮在轿轿车上上使用用率已已高达达90%以以上。。图3-16所示为为两种种铝合合金车车轮示示例。。3.镁镁合金金车轮轮镁在实实用金金属中中密度度最小小,能能减减轻整整车质质量、、减少少油耗耗,其其比比强度度高于于铝合合金和和钢,刚刚度接接近铝铝合金金和钢钢,能能够够承受受一定定的负负荷。。3.3.3型型钢车车轮结结构与与选材材型钢车车轮主主要有有两种种结构构形式式:一一种种是由由型钢钢轮辋辋制造造的车车轮,主主要用用于商商务车车;另另一一种是是由钢钢板直直接滚滚压成成形,多多用于于轿车车、面面包车车等乘乘用车车的车车轮。。1.型型钢车车轮结结构上一页页下一页页返回3.3车轮制制造工工艺目前国国内外外汽车车车轮轮大量量采用用两件件式和和三件件式的的车轮轮结构构,如图3-17所示。。其中中车轮轮轮辋辋、挡挡圈、、锁圈圈的生生产均均直接接采用用钢厂厂轧制制的专专用异异型材材料,而轮辐辐则用用厚钢钢板冲冲压成成形。。2.滚型型车轮轮结构构轮辋用用钢板板经滚滚压加加工成成形的的车轮轮称为为滚型型车轮轮,如图3-18所示。。3.型钢钢车轮轮选材材要求求型钢车车轮的的车轮轮结构构与使使用性性能要要求高高,制造中中材料料形变变复杂杂,又要适适应于于大批批量流流水生生产,工艺性性能要要求较较为严严格。。因此此,对型钢钢车轮轮的材材料提提出了了如下下要求求:上一页页下一页页返回3.3车轮制制造工工艺3.3.4型型钢车车轮制制造工工艺从前面面图3-13与与图3-15所所示都都可以以看出出,型型钢钢车轮轮的轮轮辋、、挡圈圈是异异形断断面,均均采用用由钢钢厂直直接供供应的的型材材进行行弯曲曲成形形;而而轮轮辐成成形工工艺则则截然然不同同,它它是是用热热轧钢钢板实实施冲冲压成成形。。图3-19所所示为为型钢钢车轮轮轮辐辐的冲冲压(落料料)现现场场。1.型型钢轮轮辋成成形工工艺中、重重型商商用车车的轮轮辋制制造工工艺流流程原原则上上由15道道工序序完成成。型型钢轮轮辋成成形工工艺流流程如如图3-20所示。。(1)卷卷圆上一页页下一页页返回3.3车轮制制造工工艺轮辋坯坯料的的异型型断面面如图3-21所示,其各段段的厚厚度、、刚度度与形形状均均不相相同。。其中中A段为轮轮辋凸凸缘部部分,类似角角钢结结构,主要承承受汽汽车行行驶中中轮胎胎侧向向压力力形成成的循循环载载荷,卷圆时时此段段形成成最困困难。。B段是轮轮辋的的直线线腰部部,可视为为平板板卷圆圆,容易成成形;C段为挡挡圈槽槽部分分,承受弯弯矩较较大且且各处处厚度度不同同,此段成成形也也较困困难。。(2)轮辋卷卷圆设设备轮辋卷卷圆通通常在在非对对称排排列的的四轴轴专用用卷圆圆机上上进行行。卷卷圆机机辊轴轴的运运动组组合如如图3-22所示。。卷圆圆时,顶和底底辊的的作用用力使使轮辋辋坯料料产生生弯曲曲塑性性变形形,其变形形特点点是回回转、、连续续和局局部成成形,最终达达到轮轮辋卷卷圆。。从动动辊通通常设设计成成锥形形,用以控控制轮轮辋卷卷圆后后的开开口大大小和和纵向向错口口。上一页页下一页页返回3.3车轮制制造工工艺(3)轮轮辋整整形(初压压、扩扩胀与与精压压)由于轮轮辋采采用锥锥辊导导向卷卷圆,故故经卷卷圆后后所得得到的的轮辋辋也形形成锥锥体,因因此需需要对对卷圆圆后的的轮辋辋进行行整形形,将将锥锥体变变成近近似圆圆筒。。其次进进行轮轮辋扩扩胀。。轮辋辋扩胀胀是轮轮辋整整形的的关键键,通通过过选择择合适适的扩扩张模模来完完成,如如图图3-23(a)所所示,使使材料料发生生合理理塑性性变形形。最后经经过轮轮辋整整体精精压缩缩,使使轮轮辋达达到最最终尺尺寸并并使其其圆度度、径径向与与轮辋辋内外外两侧侧的侧侧向跳跳动均均达到到技术术要求求。所所用的的模具具结构构如图图3-23(b)所所示。。上一页页下一页页返回3.3车轮制制造工工艺2.冲冲压轮轮辐的的制造造工艺艺轮辐是是车轮轮总成成中的的重要要构件件,它它与与车轮轮总成成联成成一体体传递递转矩矩。冲冲压轮轮辐由由厚钢钢板冲冲压成成形,主主要工工序是是落料料、多多次冲冲孔和和形状状修整整等。。冲压轮轮辐钢钢板厚厚度达达t=8~14mm,所所需需冲裁裁力较较大,冲冲孔时时需采采用8000kN以以上的的压力力机,模模具工工作零零件(凸、、凹模模或复复合工工序中中用到到的凸凸、凹凹模)应应尽可可能采采用波波浪形形刃口口。轮辐冲冲孔落落料级级进模模的结结构如如图3-24所示。。上一页页下一页页返回3.3车轮轮制制造造工工艺艺3.等等强强度度旋旋压压轮轮辐辐的的工工艺艺流流程程等强强度度旋旋压压轮轮辐辐是是指指将将板板料料通通过过强强力力旋旋压压,在在成成形形的的同同时时还还将将改改变变轮轮辐辐壁壁厚厚,减减小小轮轮辐辐受受力力最最小小部部位位的的厚厚度度,以以获获得得等等强强度度结结构构的的加加工工工工艺艺。。该该工工艺艺既既能能节节省省材材料料并并简简化化工工艺艺,又又能能使使轮轮辐辐具具有有最最佳佳力力学学性性能能。。等等强强度度旋旋压压轮轮辐辐的的工工艺艺流流程程如如下下:如图3-25所示示,将将具具有有中中心心孔孔(一一般般为为准准100mm)的的等等厚厚轮轮辐辐坯坯料料放放在在芯芯模模前前,让让左左边边尾尾顶顶右右向向进进给给压压紧紧轮轮辐辐坯坯料料后后,芯芯模模与与上上下下两两个个旋旋轮轮高高速速旋旋转转(液液压压马马达达驱驱动动)并并逼逼近近旋旋转转的的坯坯料料,最最终终使使材材料料贴贴住住芯芯模模而而将将坯坯料料侧侧壁壁旋旋压压到到预预定定厚厚度度。。旋旋轮轮进进给给路路径径由由机机床床的的计计算算机机系系统统自自动动控控制制。。旋旋压压零零件件精精度度较较高高,产产品品直直径径精精度度可可控控制制在在0.05mm以以内内。。上一一页页下一一页页返回回3.3车轮轮制制造造工工艺艺轮辐辐旋旋压压到到位位后后,由顶顶出出器器顶顶出出工工件件并并传传送送到到滚滚剪剪机机上上进进行行修修边边。。因因为为从从送送料料、、旋旋压压到到修修边边的的整整个个成成形形工工艺艺过过程程均均由由计计算算机机控控制制,故生生产产率率高高,每小小时时可可旋旋压压加加工工90~120件工工件件。。3.3.5滚型型车车轮轮的的制制造造工工艺艺滚型型车车轮轮的的轮轮辋辋成成形形来来自自滚滚型型机机辊辊压压成成形形,其轮轮辐辐主主要要由由拉拉深深与与反反拉拉深深工工艺艺成成形形。。轮轮辋辋、、轮轮辐辐分分别别成成形形合合格格后后,将其其压压装装到到一一起起,通过过焊焊接接即即成成为为单单个个整整体体车车轮轮。。1.滚滚压压车车轮轮轮轮辋辋的的制制造造(1)滚型型车车轮轮轮轮辋辋制制造造工工艺艺流流程程上一一页页下一一页页返回回3.3车轮轮制制造造工工艺艺(2)车车轮轮轮辋滚型型工序说说明以下就车车轮轮辋辋滚型原原理、滚滚型过程程、成形形要求等等加以简简单介绍绍。1.滚型型原理。图3-26所示为单单端滚型型机滚型型原理示示意图。。如图3-26所所示,单单端滚滚型机有有两个主主动辊,上下下分布,由液液压马达达分别驱驱动,反反向旋旋转。坯坯料位于于两主动动辊间受受压且定定向转动动。2.轮辋辋滚型过过程。由由于滚型型轮辋断断面形状状、尺寸寸复杂,要求求严格,一般般采用三三次滚型型,如如图3-27所示。3.轮辋辋扩胀。。滚型后后的轮辋辋需通过过扩胀达达到图纸纸技术要要求。轮轮辋的扩扩胀将通通过扩胀胀模具来来实现,如图3-28所示。考考虑到扩扩胀效果果和扩胀胀模具制制造与安安装难度度,扩扩胀镶块块一般由由8~12块块拼成成。上一页下一页返回3.3车轮制造造工艺2.滚型型车轮轮轮辐的制制造滚型车轮轮轮辐主主要由板板料冲压压成形。。其工艺艺流程如如下:(1)初初拉深深与模具具结构图3-29所示为滚滚型轮辐辐的初拉拉深模具具。这是是一副倒倒装拉深深模,拉拉深凸凸模与压压边圈位位于下面面,凹凹模位于于上部,制件件顶部有有一个弹弹性顶板板控制拉拉深高度度。初拉拉深为一一次拉深深,工工艺上要要求压边边力分布布平稳、、大小适适当,拉拉深速速度不宜宜过快。。最好采采用液压压机拉深深,其其拉深速速度容易易控制。。(2)反反拉深深与模具具结构反拉深可可把初拉拉深得到到的轮辐辐中心底底部进行行反向拉拉深变形形,模具具闭合后后的坯料料成形状状态如图3-30所示。上一页下一页返回3.3车轮制造造工艺1.铸造造铝合金金车轮制制造目前,铝铝合金金车轮铸铸造方法法主要有有低压铸铸造和压压力铸造造等。其其中应用用最广泛泛的是低低压铸造造,占占全部产产量的80%以以上。。压力铸铸造车轮轮性能好好,但但设备、、模具投投入大,工艺艺相对复复杂。低低压铸造造采用金金属型腔腔,用用钢铁