第3章車架、車輪制造工藝12333.1汽車車架構造及資料3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝3.3車輪制造工藝前往3.1汽車車架構造及資料1.車架的功用車架俗稱“大梁冶,它是汽車的裝配根底,汽車發動機、變速器、傳動軸、前后橋和車身等絕大多數零部件和總成都要安裝在車架上。2.車架類型和構造車架類型主要包括:邊梁式車架、中梁式車架、組(綜)合式車架和無梁式車架等。目前汽車上多數采用邊梁式車架和無梁式車架。下面分別予以引見和討論。(1)邊梁式車架邊梁式車架構造如圖3-1所示,它是由兩根縱梁和假設干根橫梁構成的平行式構造。縱梁和橫梁之間常用鉚接方法銜接。下一頁前往3.1汽車車架構造及資料圖3-2所示為常見各類汽車車架構造方式。圖3-2(a)和圖3-2(b)所示為前窄后寬縱梁;圖3-2(c)~圖3-2(e)四例為縱梁上下平行式構造和彎曲式構造。(2)中梁式車架如圖3-4所示,中梁式車架只需一根位于中央而貫穿汽車全長的縱梁,亦稱為脊骨式車架。(3)組(綜)合式車架如圖3-5所示,組合式車架由邊梁式和中梁式車架組合構成,亦稱為綜合式車架。車架前段或后段是邊梁式構造,用以后驅動橋;而安裝發動機或車架中段是中梁式構造,其懸伸出來的支架可以固定車身。傳動軸從中梁的中間穿過,使之密封防塵。上一頁下一頁前往3.1汽車車架構造及資料(4)無梁式車架如圖3-6所示,無梁式車架即用車身兼做車架。汽車一切零部件、總成都安裝在車身上,載荷也由車身來接受,故稱為無梁式車架或承載式車身。其特點是:車身底板用縱梁和橫梁加固,車身剛度較好、質量較輕,但制造要求高。目前其廣泛用于轎車和客車。(5)帶X型橫梁的梯形車架如圖3-7所示,為隔離發動機的震動和噪聲,提高汽車溫馨性,在發動機與車架之間采用了橡膠軟墊,以取代原剛性銜接。3.車架成形對資料的要求上一頁下一頁前往3.1汽車車架構造及資料汽車車架常用厚鋼板沖壓、鉚接或焊接成形。首先沖壓,然后采用鉚接或焊接而銜接成各種不同規格的梁構造。各類車架沖壓件,包括沖裁件、彎曲件、拉延件、成形件和冷擠壓件等,對資料的性能要求參見表3-1。上一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝3.2.1車架鋼板資料汽車大梁不但要接受較大的靜載荷,而且還要接受一定的沖擊、震動等,因此,要求鋼板強度好、耐疲勞、具有良好的沖壓性能和冷彎性能。3.2.2車架(厚板)沖裁工藝要點1.落料須一次性完成,并能保證輪廓尺寸可以在后續彎曲、成形工序中準確到位。也就是說,不能夠在彎曲、成形后再經過修邊去獲得合格的輪廓尺寸。由于毛坯是厚板,普通厚度為5~10mm,不能像薄板沖壓一樣最后進展修邊工序。為了可以保證車架厚板零件在整個沖壓過程中的輪廓尺寸準確,技術上需求對零件展開尺寸進展計算與實驗相結合的方法來確定。下一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝2.毛坯在沖制多孔時,應采用階梯凸模分布,使之刃口高度不等。在安排彎曲等成形工序時,需求將落料坯件的輪廓小端面置于凸模一側,將其輪廓大端面置于凹模一側,如圖3-8所示。理由是,前者思索是在保證壓力機一次行程中實現分組沖孔,以減小壓力機瞬時負荷,盡力防止凸模折斷;后者思索是落料坯件斷面上曾產生較大的不規那么塌角,防止在彎曲時于塌角處構成裂紋。3.凹、凸模等任務零件采用鑲塊構造,便于模具制造與維修。凹、凸模鑲塊運用冷作模具鋼Cr12、Cr12MoV等制成,要求淬火+低溫回火后硬度堅持在56~60HRC。為降低沖裁力,可采用波浪式刃口,模架應導向性好、剛性大。4.沖裁凹、凸模合理間隙的選取上一頁下一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝合理選擇凹、凸模間隙對保證沖裁質量至關重要。落料時,凹、凸模間的間隙普通取(0.08~0.12)t(板厚);沖孔時,凹、凸模間隙取(0.05~0.08)t。3.2.3車架厚板件彎曲成形工藝1.最小相對彎曲半徑R/t不能太小車架厚板件彎曲時,其最小相對彎曲半徑R/t對產質量量影響較大,不能太小。2.U形長彎曲件的長度方向易出現附加彎曲變形當將縱向長度很長(5~10m)的汽車縱梁彎曲成U形斷面時,因厚板圓角處強迫彎曲,內層受緊縮,會使得接近彎曲凸模的圓角處的內層產生多余的金屬堆積(如圖3-9中I部所示)。上一頁下一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝當壓機上滑塊回程卸去模內載荷后,這些多余的受緊縮金屬只能沿長度方向上分散并釋放,故導致彎曲件在長度方向上產生翹曲,構成弦高達15~20mm的附加變形。這些附加變形普通都是利用“反變形原理冶將凹模沿長度方向下凹、凸模沿長度方向上凸起來防止縱向回彈(拱曲)的。3.2.4車架縱梁沖壓成形方案工藝孔普通是為工件在后續工序中的模具內定位用的。腹板孔和翼板孔是裝配孔。縱梁沖壓工藝中值得留意的問題。(1)落料車架縱梁長度長,板料厚,強度高,變形抗力大。比如EQ1090和CA1091汽車縱梁采用16MnL大梁鋼,板厚6mm。上一頁下一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝假設采用落料-沖孔復合模和模具刃口等高計算,那么所需總的沖裁力約為90000kN。目前世界上還沒有這樣大噸位的壓力機。(2)沖孔為降低沖孔力和防止沖孔凸模折斷,應將一切一次沖制的沖頭分成3種或4種高度,每種高度差為(2/3~1)t(板厚)。其中直徑較大的沖頭長度較長;直徑較小的沖頭較短,如圖3-10所示。這樣可防止因退料力不均而發生小沖頭折斷的情況發生。(3)縱梁壓彎工藝1.為保證兩翼面上孔的對稱性、準確性和彎曲高度的一致性,在彎曲成形時應留意導正銷的數量和位置要求。對于長度為4~5.5m的縱梁,應在腹板上布置5~6個導正銷孔。對于6~8m長的縱梁應布置6~8個導正銷孔。上一頁下一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝2.縱梁彎曲成形后,不能有任何撕裂或裂紋。3.縱向回彈(拱曲)的防止。縱梁的彎曲屬于厚料寬板彎曲,且相對彎曲半徑較小,彎曲成形時要留意防止回彈與裂紋。防止縱向回彈(拱曲)的措施可以利用“反變形原理冶,將凹模沿長度方向下凹、凸模沿長度方向凸起。圖3-11所示為經過縱梁彎曲模具的反變形設計來防止縱向回彈(拱曲)的實施措施。3.2.5車架橫梁沖壓成形方案商用車車架上普通有5~11根橫梁,根據用途不同,其構造各不一樣。不同用途的汽車橫梁其構造方式變化較大。目前,汽車車架上運用的橫梁通常以槽方式和鱷魚口式居多,如圖3-12所示。上一頁下一頁前往3.2車架零件的沖壓及車架總成制造工藝槽方式橫梁彎曲剛度和強度都較大,便于制造。鱷魚口式橫梁具有較大的銜接寬度,截面高度較低,可以加大下部空間。車架橫梁普通都是沖壓成形。外形較復雜的厚板(3.5~5mm)橫梁成形,在選用鋼板質量上不但要滿足高強度的要求,而且要滿足沖壓成形性要求。目前國內多項選擇用16MnL、10Ti、08Ti等資料。上一頁前往3.3車輪制造工藝3.3.1汽車車輪構造概略車輪是介于輪胎和車橋之間接受負荷的旋轉組件,普通由輪轂、輪輻和輪輞組成。輪轂經過圓錐滾子軸承套裝在車橋(或半軸套管)或轉向節軸頸上。輪輞也叫鋼圈,用以安裝輪胎,與輪胎共同接受作用在車輪上的負荷,并分發高速行駛時輪胎上產生的熱量及保證車輪具有適宜的斷面寬度和橫向剛度。圖3-13所示為車輪斷面與輪胎的裝配關系。從圖3-14中可見,車輪構造中,輪輻將輪輞與輪轂銜接起來。輪輞與輪輻可以是整體的(不可拆式),也可以是可拆式的。車輪按輪輻構造可分為輻板式和輻條式兩種。3.3.2汽車車輪按材質分類下一頁前往3.3車輪制造工藝汽車車輪資料普通采用兩種,即由鋼板或鋁合金制造,兩者占95%的市場份額。1.型鋼(鋼制)車輪1.型鋼(鋼制)車輪圖3-15所示為商務車所用的一種型鋼(鋼制)車輪。型鋼車輪在汽車車輪運用中曾長期占據主導位置。型鋼車輪本錢低,平安性比鋁合金車輪更具優勢,故大部分載重汽車依然運用型鋼車輪。但自20世紀80年代起,型鋼車輪市場份額逐漸減小,并逐漸被鋁合金所替代。型鋼車輪份額快速下跌的緣由有多方面的要素,首先,鋼板加工成形性能和制造工藝難以做到鋁合金車輪那樣的構造和外形多樣化,且外觀吸引力也是主要的緣由之一。同時,型鋼車輪質量大,制造和運用上所耗費的能量比鋁制車輪大得多。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝2.鋁合金車輪鋁合金車輪在轎車上運用率已高達90%以上。圖3-16所示為兩種鋁合金車輪例如。3.鎂合金車輪鎂在適用金屬中密度最小,能減輕整車質量、減少油耗,其比強度高于鋁合金和鋼,剛度接近鋁合金和鋼,可以接受一定的負荷。3.3.3型鋼車輪構造與選材型鋼車輪主要有兩種構造方式:一種是由型鋼輪輞制造的車輪,主要用于商務車;另一種是由鋼板直接滾壓成形,多用于轎車、面包車等乘用車的車輪。1.型鋼車輪構造上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝目前國內外汽車車輪大量采用兩件式和三件式的車輪構造,如圖3-17所示。其中車輪輪輞、擋圈、鎖圈的消費均直接采用鋼廠軋制的公用異型資料,而輪輻那么用厚鋼板沖壓成形。2.滾型車輪構造輪輞用鋼板經滾壓加工成形的車輪稱為滾型車輪,如圖3-18所示。3.型鋼車輪選材要求型鋼車輪的車輪構造與運用性能要求高,制造中資料形變復雜,又要順應于大批量流水消費,工藝性能要求較為嚴厲。因此,對型鋼車輪的資料提出了如下要求:上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝3.3.4型鋼車輪制造工藝從前面圖3-13與圖3-15所示都可以看出,型鋼車輪的輪輞、擋圈是異形斷面,均采用由鋼廠直接供應的型材進展彎曲成形;而輪輻成形工藝那么截然不同,它是用熱軋鋼板實施沖壓成形。圖3-19所示為型鋼車輪輪輻的沖壓(落料)現場。1.型鋼輪輞成形工藝中、重型商用車的輪輞制造工藝流程原那么上由15道工序完成。型鋼輪輞成形工藝流程如圖3-20所示。(1)卷圓上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝輪輞坯料的異型斷面如圖3-21所示,其各段的厚度、剛度與外形均不一樣。其中A段為輪輞凸緣部分,類似角鋼構造,主要接受汽車行駛中輪胎側向壓力構成的循環載荷,卷圓時此段構成最困難。B段是輪輞的直線腰部,可視為平板卷圓,容易成形;C段為擋圈槽部分,接受彎矩較大且各處厚度不同,此段成形也較困難。(2)輪輞卷圓設備輪輞卷圓通常在非對稱陳列的四軸公用卷圓機上進展。卷圓機輥軸的運動組合如圖3-22所示。卷圓時,頂和底輥的作用力使輪輞坯料產生彎曲塑性變形,其變形特點是回轉、延續和部分成形,最終到達輪輞卷圓。從動輥通常設計成錐形,用以控制輪輞卷圓后的開口大小和縱向錯口。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝(3)輪輞整形(初壓、擴脹與精壓)由于輪輞采用錐輥導向卷圓,故經卷圓后所得到的輪輞也構成錐體,因此需求對卷圓后的輪輞進展整形,將錐體變成近似圓筒。其次進展輪輞擴脹。輪輞擴脹是輪輞整形的關鍵,經過選擇適宜的擴張模來完成,如圖圖3-23(a)所示,使資料發生合理塑性變形。最后經過輪輞整體精緊縮,使輪輞到達最終尺寸并使其圓度、徑向與輪輞內外兩側的側向跳動均到達技術要求。所用的模具構造如圖3-23(b)所示。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝2.沖壓輪輻的制造工藝輪輻是車輪總成中的重要構件,它與車輪總成聯成一體傳送轉矩。沖壓輪輻由厚鋼板沖壓成形,主要工序是落料、多次沖孔和外形修整等。沖壓輪輻鋼板厚度達t=8~14mm,所需沖裁力較大,沖孔時需采用8000kN以上的壓力機,模具任務零件(凸、凹模或復合工序中用到的凸、凹模)應盡能夠采用波浪形刃口。輪輻沖孔落料級進模的構造如圖3-24所示。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝3.等強度旋壓輪輻的工藝流程等強度旋壓輪輻是指將板料經過強力旋壓,在成形的同時還將改動輪輻壁厚,減小輪輻受力最小部位的厚度,以獲得等強度構造的加工工藝。該工藝既能節省資料并簡化工藝,又能使輪輻具有最正確力學性能。等強度旋壓輪輻的工藝流程如下:如圖3-25所示,將具有中心孔(普通為準100mm)的等厚輪輻坯料放在芯模前,讓左邊尾頂右向進給壓緊輪輻坯料后,芯模與上下兩個旋輪高速旋轉(液壓馬達驅動)并逼近旋轉的坯料,最終使資料貼住芯模而將坯料側壁旋壓到預定厚度。旋輪進給途徑由機床的計算機系統自動控制。旋壓零件精度較高,產品直徑精度可控制在0.05mm以內。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝輪輻旋壓到位后,由頂出器頂出工件并傳送到滾剪機上進展修邊。由于從送料、旋壓到修邊的整個成形工藝過程均由計算機控制,故消費率高,每小時可旋壓加工90~120件工件。3.3.5滾型車輪的制造工藝滾型車輪的輪輞成形來自滾型機輥壓成形,其輪輻主要由拉深與反拉深工藝成形。輪輞、輪輻分別成形合格后,將其壓裝到一同,經過焊接即成為單個整體車輪。1.滾壓車輪輪輞的制造(1)滾型車輪輪輞制造工藝流程上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝(2)車輪輪輞滾型工序闡明以下就車輪輪輞滾型原理、滾型過程、成形要求等加以簡單引見。1.滾型原理。圖3-26所示為單端滾型機滾型原理表示圖。如圖3-26所示,單端滾型機有兩個自動輥,上下分布,由液壓馬達分別驅動,反向旋轉。坯料位于兩自動輥間受壓且定向轉動。2.輪輞滾型過程。由于滾型輪輞斷面外形、尺寸復雜,要求嚴厲,普通采用三次滾型,如圖3-27所示。3.輪輞擴脹。滾型后的輪輞需經過擴脹到達圖紙技術要求。輪輞的擴脹將經過擴脹模具來實現,如圖3-28所示。思索到擴脹效果和擴脹模具制造與安裝難度,擴脹鑲塊普通由8~12塊拼成。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝2.滾型車輪輪輻的制造滾型車輪輪輻主要由板料沖壓成形。其工藝流程如下:(1)初拉深與模具構造圖3-29所示為滾型輪輻的初拉深模具。這是一副倒裝拉深模,拉深凸模與壓邊圈位于下面,凹模位于上部,制件頂部有一個彈性頂板控制拉深高度。初拉深為一次拉深,工藝上要求壓邊力分布平穩、大小適當,拉深速度不宜過快。最好采用液壓機拉深,其拉深速度容易控制。(2)反拉深與模具構造反拉深可把初拉深得到的輪輻中心底部進展反向拉深變形,模具閉合后的坯料成外形狀如圖3-30所示。上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝1.鑄造鋁合金車輪制造目前,鋁合金車輪鑄造方法主要有低壓鑄造和壓力鑄造等。其中運用最廣泛的是低壓鑄造,占全部產量的80%以上。壓力鑄造車輪性能好,但設備、模具投入大,工藝相對復雜。低壓鑄造采用金屬型腔,用鋼鐵資料加工,澆注鋁合金液時,型腔內密封并抽真空,堅持一定負壓。鋁合金液靠型腔內、外壓差,即負壓充填型腔與保壓補縮,獲得完美車輪鑄件毛坯,之后還要經過數控加工、電鍍、拋光等加工工序。