汽車制造工藝學(xué)3

第3章車架、車輪制造工藝12333.1汽車車架構(gòu)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(gòu)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(fā)動機(jī)、變速器、傳動軸、前后橋和車身等絕大多數(shù)零部件和總成都要安裝在車架上。2.車架類型和構(gòu)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(shù)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(gòu)造如圖3-1所示,它是由兩根縱梁和假設(shè)干根橫梁構(gòu)成的平行式構(gòu)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(gòu)造及資料圖3-2所示為常見各類汽車車架構(gòu)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(gòu)造和彎曲式構(gòu)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(gòu)成,亦稱為綜合式車架。車架前段或后段是邊梁式構(gòu)造,用以后驅(qū)動橋;而安裝發(fā)動機(jī)或車架中段是中梁式構(gòu)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(gòu)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(diǎn)是:車身底板用縱梁和橫梁加固,車身剛度較好、質(zhì)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(fā)動機(jī)的震動和噪聲,提高汽車溫馨性,在發(fā)動機(jī)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(gòu)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(guī)格的梁構(gòu)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(qiáng)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(diǎn)1.落料須一次性完成,并能保證輪廓尺寸可以在后續(xù)彎曲、成形工序中準(zhǔn)確到位。也就是說,不能夠在彎曲、成形后再經(jīng)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(jìn)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(zhǔn)確,技術(shù)上需求對零件展開尺寸進(jìn)展計算與實(shí)驗相結(jié)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(yīng)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(cè),將其輪廓大端面置于凹模一側(cè),如圖3-8所示。理由是,前者思索是在保證壓力機(jī)一次行程中實(shí)現(xiàn)分組沖孔,以減小壓力機(jī)瞬時負(fù)荷,盡力防止凸模折斷;后者思索是落料坯件斷面上曾產(chǎn)生較大的不規(guī)那么塌角,防止在彎曲時于塌角處構(gòu)成裂紋。3.凹、凸模等任務(wù)零件采用鑲塊構(gòu)造,便于模具制造與維修。凹、凸模鑲塊運(yùn)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(yīng)導(dǎo)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(zhì)量至關(guān)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(chǎn)質(zhì)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(xiàn)附加彎曲變形當(dāng)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(qiáng)迫彎曲,內(nèi)層受緊縮,會使得接近彎曲凸模的圓角處的內(nèi)層產(chǎn)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(dāng)壓機(jī)上滑塊回程卸去模內(nèi)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(dǎo)致彎曲件在長度方向上產(chǎn)生翹曲,構(gòu)成弦高達(dá)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(xù)工序中的模具內(nèi)定位用的。腹板孔和翼板孔是裝配孔?？v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(qiáng)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(shè)采用落料-沖孔復(fù)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(jī)。(2)沖孔為降低沖孔力和防止沖孔凸模折斷,應(yīng)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(fā)生小沖頭折斷的情況發(fā)生。(3)縱梁壓彎工藝1.為保證兩翼面上孔的對稱性、準(zhǔn)確性和彎曲高度的一致性,在彎曲成形時應(yīng)留意導(dǎo)正銷的數(shù)量和位置要求。對于長度為4~5.5m的縱梁,應(yīng)在腹板上布置5~6個導(dǎo)正銷孔。對于6~8m長的縱梁應(yīng)布置6~8個導(dǎo)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(jīng)過縱梁彎曲模具的反變形設(shè)計來防止縱向回彈(拱曲)的實(shí)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(jù)用途不同,其構(gòu)造各不一樣。不同用途的汽車橫梁其構(gòu)造方式變化較大。目前,汽車車架上運(yùn)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(qiáng)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(fù)雜的厚板(3.5~5mm)橫梁成形,在選用鋼板質(zhì)量上不但要滿足高強(qiáng)度的要求,而且要滿足沖壓成形性要求。目前國內(nèi)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(gòu)造概略車輪是介于輪胎和車橋之間接受負(fù)荷的旋轉(zhuǎn)組件,普通由輪轂、輪輻和輪輞組成。輪轂經(jīng)過圓錐滾子軸承套裝在車橋(或半軸套管)或轉(zhuǎn)向節(jié)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(fù)荷,并分發(fā)高速行駛時輪胎上產(chǎn)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(guān)系。從圖3-14中可見,車輪構(gòu)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(gòu)造可分為輻板式和輻條式兩種。3.3.2汽車車輪按材質(zhì)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(wù)車所用的一種型鋼(鋼制)車輪。型鋼車輪在汽車車輪運(yùn)用中曾長期占據(jù)主導(dǎo)位置。型鋼車輪本錢低,平安性比鋁合金車輪更具優(yōu)勢,故大部分載重汽車依然運(yùn)用型鋼車輪。但自20世紀(jì)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(gòu)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(zhì)量大,制造和運(yùn)用上所耗費(fèi)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(yùn)用率已高達(dá)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(zhì)量、減少油耗,其比強(qiáng)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(fù)荷。3.3.3型鋼車輪構(gòu)造與選材型鋼車輪主要有兩種構(gòu)造方式:一種是由型鋼輪輞制造的車輪,主要用于商務(wù)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(gòu)造上一頁下一頁前往3.3車輪制造工藝目前國內(nèi)外汽車車輪大量采用兩件式和三件式的車輪構(gòu)造,如圖3-17所示。其中車輪輪輞、擋圈、鎖圈的消費(fèi)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(gòu)造輪輞用鋼板經(jīng)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(gòu)造與運(yùn)用性能要求高,制造中資料形變復(fù)雜,又要順應(yīng)于大批量流水消費(fèi),工藝性能要求較為嚴(yán)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(yīng)的型材進(jìn)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(shí)施沖壓成形。圖3-19所示為型鋼車輪輪輻的沖壓(落料)現(xiàn)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(gòu)造,主要接受汽車行駛中輪胎側(cè)向壓力構(gòu)成的循環(huán)載荷,卷圓時此段構(gòu)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(shè)備輪輞卷圓通常在非對稱陳列的四軸公用卷圓機(jī)上進(jìn)展。卷圓機(jī)輥軸的運(yùn)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(chǎn)生彎曲塑性變形,其變形特點(diǎn)是回轉(zhuǎn)、延續(xù)和部分成形,最終到達(dá)輪輞卷圓。從動輥通常設(shè)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(kuò)脹與精壓)由于輪輞采用錐輥導(dǎo)向卷圓,故經(jīng)卷圓后所得到的輪輞也構(gòu)成錐體,因此需求對卷圓后的輪輞進(jìn)展整形,將錐體變成近似圓筒。其次進(jìn)展輪輞擴(kuò)脹。輪輞擴(kuò)脹是輪輞整形的關(guān)鍵,經(jīng)過選擇適宜的擴(kuò)張模來完成,如圖圖3-23(a)所示,使資料發(fā)生合理塑性變形。最后經(jīng)過輪輞整體精緊縮,使輪輞到達(dá)最終尺寸并使其圓度、徑向與輪輞內(nèi)外兩側(cè)的側(cè)向跳動均到達(dá)技術(shù)要求。所用的模具構(gòu)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(gòu)件,它與車輪總成聯(lián)成一體傳送轉(zhuǎn)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(dá)t=8~14mm,所需沖裁力較大,沖孔時需采用8000kN以上的壓力機(jī),模具任務(wù)零件(凸、凹模或復(fù)合工序中用到的凸、凹模)應(yīng)盡能夠采用波浪形刃口。輪輻沖孔落料級進(jìn)模的構(gòu)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(qiáng)度旋壓輪輻的工藝流程等強(qiáng)度旋壓輪輻是指將板料經(jīng)過強(qiáng)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(qiáng)度構(gòu)造的加工工藝。該工藝既能節(jié)省資料并簡化工藝,又能使輪輻具有最正確力學(xué)性能。等強(qiáng)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(zhǔn)100mm)的等厚輪輻坯料放在芯模前,讓左邊尾頂右向進(jìn)給壓緊輪輻坯料后,芯模與上下兩個旋輪高速旋轉(zhuǎn)(液壓馬達(dá)驅(qū)動)并逼近旋轉(zhuǎn)的坯料,最終使資料貼住芯模而將坯料側(cè)壁旋壓到預(yù)定厚度。旋輪進(jìn)給途徑由機(jī)床的計算機(jī)系統(tǒng)自動控制。旋壓零件精度較高,產(chǎn)品直徑精度可控制在0.05mm以內(nèi)。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(jī)上進(jìn)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(jī)控制,故消費(fèi)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(jī)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(jīng)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(jī)滾型原理表示圖。如圖3-26所示,單端滾型機(jī)有兩個自動輥,上下分布,由液壓馬達(dá)分別驅(qū)動,反向旋轉(zhuǎn)。坯料位于兩自動輥間受壓且定向轉(zhuǎn)動。2.輪輞滾型過程。由于滾型輪輞斷面外形、尺寸復(fù)雜,要求嚴(yán)厲,普通采用三次滾型,如圖3-27所示。3.輪輞擴(kuò)脹。滾型后的輪輞需經(jīng)過擴(kuò)脹到達(dá)圖紙技術(shù)要求。輪輞的擴(kuò)脹將經(jīng)過擴(kuò)脹模具來實(shí)現(xiàn),如圖3-28所示。思索到擴(kuò)脹效果和擴(kuò)脹模具制造與安裝難度,擴(kuò)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(gòu)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(wěn)、大小適當(dāng),拉深速度不宜過快。最好采用液壓機(jī)拉深,其拉深速度容易控制。(2)反拉深與模具構(gòu)造反拉深可把初拉深得到的輪輻中心底部進(jìn)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(yùn)用最廣泛的是低壓鑄造,占全部產(chǎn)量的80%以上。壓力鑄造車輪性能好,但設(shè)備、模具投入大,工藝相對復(fù)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(nèi)密封并抽真空,堅持一定負(fù)壓。鋁合金液靠型腔內(nèi)、外壓差,即負(fù)壓充填型腔與保壓補(bǔ)縮,獲得完美車輪鑄件毛坯,之后還要經(jīng)過數(shù)控加工、電鍍、拋光等加工工序。