汽車制造工藝學(xué)三級(jí)項(xiàng)目教材

1、汽車制造工藝學(xué)三級(jí)項(xiàng)目載重13t工程車橋殼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和制造工藝班級(jí)：組員：指導(dǎo)教師:2014.11.8目錄一、汽車橋殼的功能和特征分析21. 1橋殼的功能21.2橋殼的特征分析2二、工程車橋殼設(shè)計(jì)的基本參數(shù)3三、汽車橋殼制造方法 的確定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 43. 1整體鑄造式43.2鋼板沖壓焊接式53.3鋼管擴(kuò)張成形式53.4液壓脹形式6四、汽車橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6五、橋殼的強(qiáng)度計(jì)算及校核75.1 橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算75.2 切應(yīng)力的計(jì)算與校核105.3 撓度計(jì)算及校核1 1六、汽車橋殼的工藝制定1 16.1 整體式車橋制造工藝分類及選擇 116.2 鋼管擴(kuò)張成形式整體式橋殼制造工藝制定12七、制造工藝

2、工序圖及工序卡的制定13八、材料利用率計(jì)算及成本預(yù)算178.1 材料利用率178.2 成本核算18九、項(xiàng)目心得體會(huì)18十、參考資料19汽車橋殼的功能和特征分析1.1橋殼的功能橋殼既是傳動(dòng)系的組成部分，也是行駛系的組成部分，它的作用 是安裝并保護(hù)主減速器、差速器和半軸等部件，同時(shí)還使左、右驅(qū)動(dòng) 車輪的軸向相對(duì)位置固定，同前橋一起支承車架及車架以上的各總成 質(zhì)量；在汽車行駛時(shí)，承受由車輪傳來的路面反作用力和力矩，并經(jīng) 過懸架傳給車架。1.2橋殼的特征分析（1）橋殼應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證汽車通過不平路面時(shí)不 至于在沖擊載荷下引起橋殼變形或折斷。（2）橋殼質(zhì)量應(yīng)該盡量低一些，以減小汽車的非簧載

3、質(zhì)量以利于降 低動(dòng)載荷和提高汽車的行駛平順性。（3）外廓尺寸小，保證汽車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的 要求。（4）橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，以利于減低成本。（5）其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。.工程車橋殼的主要設(shè)計(jì)參數(shù)載重汽車一般分為輕型載重汽車(載重小于 3t，如130類：小解 放、五十鈴、藍(lán)劍、東風(fēng)小卡等)、普通(中型)載貨汽車(載重3-8t， 如常見的解放、東風(fēng)等)、重型載貨汽車(載重大于 8t，如紅巖、斯 特爾等)，當(dāng)然還有一些特殊用途的卡車(如自卸車等)。本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)為載重13t的工程車橋殼。以下為13t工程車橋殼的一些技術(shù)參數(shù)：載重(t)： 13橋

4、包最大高度hmax(mm) : 319直臂尺寸 h b X mm mm) : 148 148端部外徑de(mm) : 148主減齒輪最大直徑dmax(mm) : 226輪距 B(mm) : 1820板簧座中心距b(mm) : 990橋殼總長(zhǎng)L(mm) : 1452壁厚(mm) : 16三. 汽車橋殼制造方法的確定驅(qū)動(dòng)橋殼可分為可分式橋殼、整體式橋殼和組合式橋殼。分段式 橋殼一般分為兩段，因而易于鑄造加工，但檢修及拆卸很不方便。目 前較少采用分段式橋殼，使用較為廣泛的是整體式橋殼，常見的整體 式橋殼制造方式有整體鑄造式、鋼板沖壓焊接式、鋼管擴(kuò)張成形式以 及液壓脹形式等。3.1整體鑄造式整體鑄造式

5、橋殼是汽車發(fā)展史上最早采用的結(jié)構(gòu)，整體鑄造式橋殼優(yōu)缺點(diǎn)都較為明顯。整體鑄造式橋殼可采用可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵 以及鑄鋼鑄造，為進(jìn)一步提高整體鑄造式橋殼的強(qiáng)度和剛度，還可以 在整體鑄造式橋殼兩端壓入較長(zhǎng)的無縫鋼管作為半軸套管，并用銷釘固定。這樣可以由里向外逐漸加大表面直徑，以得到較好的壓配效果。 整體鑄造式橋殼優(yōu)點(diǎn)是可形成形狀復(fù)雜而理想的制件，剛性好、塑性 變形小、強(qiáng)度高，容易鑄成；缺點(diǎn)是耗能、費(fèi)材、工藝較難、工序復(fù) 雜，制件重量大，成本較高。整體鑄造式橋殼在世界范圍內(nèi)的重型車輛上仍普遍采用，為使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，對(duì)材料和結(jié)構(gòu)作一些變化，如采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵 以及咼牌號(hào)鑄鋼等。3.2鋼板沖壓焊接式鋼

6、板沖壓焊接式整體橋殼主要組成部分包括上、下對(duì)焊的一對(duì) 橋殼主件、兩個(gè)凸緣、四塊三角鋼板、兩個(gè)半軸套管、加強(qiáng)圈、一個(gè) 后蓋以及兩個(gè)鋼板彈簧座，整體沿其間接縫組焊而成。橋殼主件是由 鋼板沖壓而成的上、下兩半殼。目前非鑄造橋殼中最主要的結(jié)構(gòu)形式就是鋼板沖壓焊接式，近年來不僅在客車、轎車、輕型載貨汽車以及中型載貨汽車上得到廣泛應(yīng) 用，而且有些噸位更大的汽車也開始采用這種工藝的橋殼，其優(yōu)點(diǎn)在 于工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、韌性高、材料利用率高、成本低。但由于材料 在沖焊過程中受熱較強(qiáng)，材料分子會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，從而失去原材料 形態(tài)使材料強(qiáng)度降低。3.3鋼管擴(kuò)張成形式這種橋殼是由中碳無縫鋼管或鋼板卷焊鋼管擴(kuò)張、滾壓成

7、形制 成。將鋼管中間擴(kuò)孔、兩端滾壓變細(xì)，再加焊凸緣及鋼板彈簧座等。 鋼管擴(kuò)張成形橋殼在選材上有較高限制，一般均要求鋼管有較高強(qiáng) 度，并且含碳量在0.35%，制造工藝上首先使鋼管中央部分?jǐn)U張，兩 端滾壓縮徑，然后再焊加強(qiáng)圈和后蓋。這種制造工藝的生產(chǎn)效率高， 材料的利用率最高，橋殼質(zhì)量雖小而強(qiáng)度和剛度卻比較好，但需要專 用擴(kuò)張、滾壓成形軋制主設(shè)備。擴(kuò)張成型式材料利用率高，加工效率 高，重量輕，制件密封性能好，但制件縱向開縫端口處存在橫向裂紋， 翻邊寬度不均勻，側(cè)面容易起皺拉傷，強(qiáng)度低。適用于轎車和輕型載 貨汽車和中型載重汽車。3.4液壓脹形式液壓脹形式工藝是指首先選擇適當(dāng)尺寸的管柸，先將起兩端部

8、分縮徑至零件圖的要求，再將中間部分進(jìn)行軸向壓縮液壓脹形之最終 尺寸。此項(xiàng)技術(shù)中橋殼脹形極限成形系數(shù)的求解、橋殼緯向小圓角的 成形、液壓脹形壓力和軸向壓縮力的匹配是核心問題。而近年來，隨 著成形設(shè)備及相關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展，以液體作為傳導(dǎo)介質(zhì)的液壓脹形 技術(shù)在國(guó)外發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。汽車橋殼液壓脹形工藝方法是一種可代替沖壓焊接方法的先進(jìn) 技術(shù)，這種方法節(jié)約能源和材料，而且制造的整體橋殼強(qiáng)度高、質(zhì)量 好、成本低。液壓脹形式工藝與其他沖壓成型技術(shù)相比有節(jié)約成本、 壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但相關(guān)技術(shù)設(shè)備尚不完善，一些技術(shù)也不成熟。采用鋼管擴(kuò)張成形工藝生產(chǎn)的橋殼疲勞壽命是沖壓焊接橋殼的 2 倍以上，很適合

9、自卸車等非公路用車橋和工程車橋殼的需要， 所以設(shè) 計(jì)載重13t工程車的橋殼，應(yīng)選用鋼管擴(kuò)張成形式。四、汽車橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由載重13t工程車的主要技術(shù)參數(shù)和整體鑄造式方法的確定可以 繪出橋殼的大略二維設(shè)計(jì)圖：圖1橋殼二維設(shè)計(jì)圖五、橋殼的強(qiáng)度計(jì)算及校核驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其形狀復(fù)雜，汽車行駛 條件又多變，所以采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法，將橋殼看成一個(gè)簡(jiǎn)支梁并校核 某些特定斷面的最大應(yīng)力值。如圖，汽車在滿載靜止于水平路段時(shí)橋殼的受力情況。51橋殼的靜彎曲應(yīng)力計(jì)算此時(shí)橋殼可視為一空心橫梁，兩端經(jīng)輪轂軸承支承于車輪上，在 鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，而左、右輪胎的中心線，地 面對(duì)輪調(diào)的反力

10、為 G2/2，橋殼則承受此力與車輪重力 gw之差值,即 G2/2 -gw。圖2橋殼彎矩圖橋殼按靜載荷計(jì)算時(shí)，校核靜載系數(shù)為k,在其兩鋼板彈簧座之間 的彎矩M為B sM 二k(G2/2-gw)亍N m式中：G2 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給底面的載荷，N;gw車輪(包括輪轂、制動(dòng)器)的重力， n ；B驅(qū)動(dòng)車輪輪距，m;s 驅(qū)動(dòng)橋殼上兩鋼板彈簧座中心間的距離，m;k 靜載系數(shù)，取為2.5由彎矩圖可見，橋殼的危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座附近。通常由于gw遠(yuǎn)小于G2/2，且設(shè)計(jì)時(shí)不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，當(dāng)無數(shù)據(jù)是可以忽略 不計(jì)。所以M=25 13 WOO 9.8 倔-。.=660902N而靜彎曲應(yīng)力-wj則為1

11、03MPa式中：M 兩鋼板彈簧座之間的彎矩，N m;Wv 危險(xiǎn)斷面處橋殼的水平彎曲截面系數(shù)。危險(xiǎn)斷面處為鋼板彈簧座附近截面，如圖圖3鋼板彈簧座附近截面則由表1的部分參數(shù)可得到橋殼在鋼板彈簧座附近斷面的截面系垂向彎曲截面系數(shù):WV(BH 3 -bh3)1 (1 48148-1 161 1 (63363 9nm36H6148水平彎曲截面系數(shù)：Wh 二丄 HB3 -hb31 148 148-116 116= 336398mm36B6048扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)：3W 二 2、1 B - ： H -、1 =2X 16x 132X 132=557568mm根據(jù)上式，橋殼的靜彎曲應(yīng)力1036609010333639

12、8=196.46 MPa經(jīng)查表得35號(hào)鋼的許用彎曲應(yīng)力！-240MPa 由二wj卜，可知截面處滿足強(qiáng)度要求。5.2切應(yīng)力的計(jì)算與校核(1)危險(xiǎn)截面處的剪切應(yīng)力為:-18.85 MPaFq _ kG/2 _2.5 13 1000 9.8A _ BH -b 2(148 148-116 116)已知采用16Mn材料的許用切應(yīng)力=126MPa 因?yàn)閱? L I,故該處滿足強(qiáng)度要求。5.3撓度計(jì)算及校核(1)(2)已知 l 工二竺旳0mm； a 二 J=99415mm2 2 2(3)材料橫截面積對(duì)彎曲中性軸的慣性矩3333BH bh148 148 -116 1161212= 2.49 107( mm4)

13、(4)由公式計(jì)算最大撓度得:2.5 13 1000 9.8 415Fa 2,2(3l 2a2)=57(3汽9102 _4漢4152) =0.0468 mm2 48EI2 48 2.12 102.49 10fl經(jīng)查表，材料為35號(hào)鋼的彈性模量為E=2.12 105 MPamax =2f| =2 0.0468 = 0.0936mm由 f = 0.0992 =5.14 10 1.5 10” B 1820可知，撓度滿足設(shè)計(jì)要求。六、汽車橋殼的工藝制定6.1整體式車橋制造工藝分類及選擇汽車整體式車橋制造工藝主要分為鑄造整體式、鋼板沖壓焊接式 和鋼管擴(kuò)張式。鋼管擴(kuò)張成形式橋殼是由中碳無縫鋼管或鋼板卷焊鋼管

14、擴(kuò)張、滾 壓成形制成。將鋼管中間擴(kuò)孔、兩端滾壓變細(xì)，再加焊凸緣及鋼板彈 簧座等。鋼管擴(kuò)張成形橋殼在選材上有較高限制，一般均要求鋼管有 較高強(qiáng)度，并且含碳量在0.35%，制造工藝上首先使鋼管中央部分?jǐn)U 張，兩端滾壓縮徑，然后再焊加強(qiáng)圈和后蓋。這種制造工藝的生產(chǎn)效 率高，材料的利用率最高，橋殼質(zhì)量雖小而強(qiáng)度和剛度卻比較好，但 需要專用擴(kuò)張、滾壓成形軋制主設(shè)備。6.2鋼管擴(kuò)張成形式整體式橋殼制造工藝制定本次設(shè)計(jì)采用無縫鋼管擴(kuò)張成形技術(shù)，首先選用一定直徑、厚度 的無縫鋼管（35號(hào)鋼），然后經(jīng)過縮徑，退火，推方，管坯開口，脹 形，整形，焊接板簧座等工序，最終制造出橋殼。成型工藝分析：縮徑：是指回轉(zhuǎn)筒形件

15、通過錐形模以減小其外徑的成形方法，根 據(jù)變形方式不同可分為拉拔縮徑和推壓縮徑?？s徑后會(huì)產(chǎn)生壁厚變 化、軸向伸長(zhǎng)、應(yīng)力集中、管端翹曲等特征，需提前計(jì)算好。推方：采用推方工藝，由于管坯兩端縮徑后產(chǎn)生加工硬化而不產(chǎn) 生變形，實(shí)現(xiàn)管坯中間部位由圓管變?yōu)榉焦艿某尚芜^程。在推方后會(huì) 產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)。脹形：在管坯中間部位開長(zhǎng)圓孔，并采用楔形成形法，即將楔形 沖頭插入管坯長(zhǎng)孔中，沖頭下行，推動(dòng)楔塊向兩端移動(dòng)，從而使管坯 擴(kuò)張至所需尺寸。成形過程會(huì)有軸向縮短現(xiàn)象，并且需要避免出現(xiàn)局 部區(qū)域起皺和拉裂缺陷。七、制造工藝工序1.下料選用直徑188mm厚度16mnt勺鋼管，按橋殼長(zhǎng)度先截取1450mm鋼管作為管坯。圖4

16、管坯2.縮徑圖5縮徑汽車橋殼推壓縮徑工藝是一種管坯縮徑擠壓技術(shù)。加熱鋼管坯 端，慢速旋轉(zhuǎn)管坯，待加熱部分出現(xiàn)亮紅色時(shí)，快速旋轉(zhuǎn)管坯，用水 冷卻的3個(gè)均布滾輪相對(duì)快速旋轉(zhuǎn)的管坯作軸向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行縮徑。經(jīng)過縮徑，會(huì)產(chǎn)生管端翹曲、壁厚增加、軸向伸長(zhǎng)等特征現(xiàn)象軸向伸長(zhǎng)公式(1 k)x C式中：L 縮徑后長(zhǎng)度;C縮徑前初始管坯長(zhǎng)度；k線性系數(shù)，與多種因素有關(guān)，數(shù)值為 0.12左右;x縮徑長(zhǎng)度。壁厚變化：一定的凹模錐角及摩擦系數(shù)下，隨著縮徑比增加，管壁厚度不斷增加；一定的縮徑比下，凹模錐角越小，管壁厚度越大。 在這里，由于凹模錐角和一些其他因素未知，忽略管壁厚度變化，不 做計(jì)算。圖6縮徑后管坯3.退火管坯經(jīng)過

17、縮徑后，在加工溫度到室溫的過程中，進(jìn)行相應(yīng)的退火 處理，以降低管坯硬度，消除殘余應(yīng)力4.推方在圓管推方過程中，為防止坯料產(chǎn)生軸向流動(dòng)而引起前段堆積及 周向流動(dòng)而引起的貼膜性差等缺陷，同時(shí)管坯不出現(xiàn)過分周向長(zhǎng)度變 化，應(yīng)使圓形截面的周長(zhǎng)約等于成形后方形截面的周長(zhǎng)，截面周長(zhǎng)計(jì) 算為S -二d =41 :- 592mm，l =148mm。推方后坯料產(chǎn)生輕微軸向伸長(zhǎng), 暫忽略。川IB5.!t. fy&_川IB圖7推方后管坯5.開長(zhǎng)圓孔在銑床上對(duì)管坯中央部位加工長(zhǎng)圓孔，為擴(kuò)張準(zhǔn)備圖8開長(zhǎng)圓孔6.脹形在專用的擴(kuò)張成形軋制設(shè)備上，用楔形沖頭在長(zhǎng)圓孔處進(jìn)行脹 形，將中央部位擴(kuò)張到要求尺寸。圖9中央部位擴(kuò)張7.

18、整形經(jīng)過前面的工序，最后在液壓機(jī)上進(jìn)行熱整形，調(diào)整工件細(xì)小尺寸形狀。圖10最終成形8.2成本預(yù)算&焊板簧座、半軸套管等于成形完畢的橋殼上焊加強(qiáng)圈、鋼板彈簧座、后蓋等。八、材料利用率計(jì)算及成本預(yù)算8.1材料利用率鋼管擴(kuò)張成形式橋殼具有材料利用率高的特點(diǎn)材料利用率：-：(1882 -1562) 1450-(二 302 240 60) 16 2二(1882 -1562) 1450= 0.989其中管坯伸長(zhǎng)11-(1482 -1162)156 2: (1882 -1562)-156 2 二 73mm12管坯縮短268 310 2(148 310) 200 2 (268 140 4) 148-320 186 2 16-1482-1162-653 =80mm所以采用長(zhǎng)度為1450mm的無縫鋼管鋼管擴(kuò)張成形式橋殼的成本主要分為原材料成本、加工制造成本 和人工成本。無縫鋼管的價(jià)格大概在200元/m,所以最終成本1.45 200 =290元