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国际金属加工网 2017年03月14日

汽车车架是汽车最重要的承载部件,而车架纵梁又是其中最关键的零件之一。随着汽车工业的日益发展,汽车纵梁的数量和品种也在不断增加,纵梁加工工艺、加工设备也在不断创新完善,合理地选择纵梁加工工艺及设备是汽车纵梁制造企业保持强劲竞争力的关键。

图1   传统纵梁加工方法

陕西重型汽车有限公司(以下简称陕重)是一家以生产重型军用越野车、重型卡车、大客车为主的大型汽车公司。为了提升公司汽车产能,更好地提高市场占有率,陕重在北郊成立了重卡产业园。在产能目标大幅攀升的情况下,如何提升车架的生产能力,提高车架的产品质量,成为工艺人员亟待考虑的问题。而随着我国汽车工业的飞速发展,客户个性化需求越来越多,各种变形车架层出不穷,传统的加工制造方法已不能满足上述要求。

传统加工工艺及存在的问题

汽车纵梁加工的内容主要包括:成形和制孔。加工工艺可分为成型前加工孔和成型后加工孔,制孔的方式又分为冲孔加工和钻孔加工。

目前,陕重的汽车纵梁加工采用的是买成形纵梁料,通过摇臂钻床钻孔。选用钻孔方式最大的优点是设备投资少,但缺点也很多:加工效率低、需要制造多种钻模,生产准备周期长,很难适应多品种、小批量多批次产品的生产节拍。

现在,随着陕重的斯太尔产品产能的大幅提升,同时MAN产品逐步上升为主导产品,传统的加工工艺已无法适应产能提升和产品变形的需求,纵梁孔位加工能力不足已成为车架生产的“瓶颈”问题,寻求新的纵梁加工工艺迫在眉睫。

因为斯太尔产品为等截面梁,MAN产品为变截面梁(见图2),这两种车架的纵梁结构不同,加工工艺差别较大,因此选择纵梁加工工艺和设备时应兼顾此两种产品结构的加工。

图2  斯太尔等截面梁、MAN变截面梁

常用加工工艺及所用设备

传统上车架纵梁成形和制孔可采用摇臂钻床钻孔的方法,但效率低、精度差、生产准备时间长,因此,此种加工方式已经被淘汰。目前车架纵梁成形和制孔的主要方法有:

1、等截面汽车纵梁(斯太尔产品)的加工工艺及设备

(1)先制孔后成型的工艺:板料→数控平板冲孔→压力机成型;所用的主要设备:数控平板冲孔机、大吨位压力机。

(2)先成型后制孔的工艺:板料→压力机成型→数控三面冲冲孔;所用的主要设备:数控三面冲孔机、大吨位压力机。

(3)同时成形制孔的工艺:板料→大压机一次冲孔并成形;所用的主要设备:大吨位压力机。

2、变截面汽车纵梁(MAN产品)的加工工艺及设备

(1)大批量定型产品的生产工艺:板料→大型压力机一次冲孔成型;所用的主要设备:大型压力机。

(2)小批量、多批次纵梁加工工艺:

方法1:板料→数控平板冲冲孔→大型压力机成型;所用的主要设备:数控平板冲、大型压力机。 

方法2:大压机成型→数控三面冲冲孔;所用的主要设备:大压机  数控三面冲。

图3  陕重汽汽车大梁种类

加工工艺及所用设备的特点

目前,汽车纵梁加工工艺普遍采用了数控冲孔,汽车纵梁数控冲孔生产线的研制,改变了以往的加工工艺,提高了特殊梁的加工效率,具有较大的柔性,特别适合多品种、小批量的制造模式,可提高汽车制造厂的快速反应能力,增加了市场的竞争力,可产生较高的经济效益。其特点如下:

1、生产效率高,劳动强度小

新产品生产准备时间短,对于纵梁孔的变化,生产准备仅为编程时间,输入CAD图形,可以自动生成加工程序,可以充分快速地满足市场和每个用户的要求,解决了现有摇臂钻床孔效率差、生产准备时间长、劳动强度低的问题。

采用原有方法,冲一个孔,带上下料最慢需要1.2s,钻一个孔最快需要10s。当加工5595mm长、200余孔的S35车纵梁时,5人需要14min,而采用数控冲只需4min。加工11050mm长、350余孔O40车纵梁,5人需要28min,而采用数控冲加工350个孔只需8min。

2、产品质量高

数控冲加工解决了摇臂钻床钻孔时,漏孔和孔距尺寸超差而影响铆接和总装配进度及质量的问题,并且数控冲加工的孔没有毛刺,精度高于钻孔。

3、柔性化程度高

数控冲解决了传统钻孔方式所导致的孔加工能力不足的问题,而且对于不同车型纵梁孔的变化,生产准备时间仅仅是编程时间,缩短了新产品的开发周期,实现了产品由“单品种、大批量、少批次”向“多品种、小批量、多批次”转变,使精益生产得到推进和深化,为公司占领市场赢得了时间。

新工艺的选择和比较

基于冲孔加工的优点和特点,笔者认为,陕重的纵梁制孔工艺应该由钻孔加工改为冲孔加工,而纵梁加工工艺可使用3面数控冲、平板数控冲、大型压力机等设备。现将3种冲孔加工方案分析如下:

1、采用平板数控冲

先制孔后成型,即平板数控冲+大型压力机的加工方法。不用钻模及冲孔模,斯太尔等截面梁和MAN变截面梁都可以加工,无论从适用范围、加工的柔性等都是最佳的,而且,平板数控冲国内技术较成熟,完全可以满足加工工艺的需要。

2、采用三面数控冲

目前三面数控冲大致有两种形式:

(1)用于等截面加工的3面冲。采用该方法可一次装卡完成纵梁上下翼面及腹面全部孔位的加工。基本型为3个主机,由于汽车纵梁腹面上的孔径规格和数量占95%以上,翼面上的孔数极少,为了提高效率可做成4个主机,迅速提高车架生产能力。其缺点是:MAN变截面梁不能加工,斯太尔产品(等截面)退出市场后限制使用。

(2)适用于等截面和变截面槽形梁的3面数控冲。从加工范围看,选择1台5个主机的多功能3面冲,既可解决目前斯太尔等截面直梁制孔中产能、质量问题,也能兼顾将来MAN变截面梁孔位加工的问题。其缺点是:

□ 设备结构复杂,可靠性相对差,控制难度和价格相应增加;

□ 由于孔到纵梁翼面的距离小,数控冲冲模模座宽,倾斜翼面部分三角区内的个别孔不能冲,还需增加一步补孔工序,仍然没有解决一次加工完成所有纵梁孔的问题;

□ 冲位于倾斜翼面附近处的孔循环时间约增加2.5s,增加了冲一根纵梁的时间,影响生产节拍;

□ 从工艺流程分析,相比平板冲制孔加压力机成型的工艺,采用MAN产品变截面梁的先“成型”后“制孔”是将制孔由“易”便“难”。    3、采用大型压力机

将板料利用大型压力机直接进行冲孔并压形。

采用大型压力机,压形冲孔效率高,对于大批量的产品适用,但对于小批量、多批次的产品,由于大型压力机柔性不足,需要制造冲孔模,生产准备时间长,模具费用大,模具更换频繁,换模时间长,因此并不适合。而陕重的产品多为小批量、多批次,所以,完全依靠大型压力机加工纵梁不适宜陕重的产品特点。

图4  大型压力机纵梁加工生产线

结论

通过以上对汽车纵梁加工工艺及设备的分析和对比,结合陕重汽车车架的年生产纲领和产品结构,本着投资合理的原则,笔者认为,对于陕重今后车架纵梁的成形和制孔,可按照以下方式进行:

1、板料——大型压力机成形冲孔(适用于大批量成熟车型)

2、 板料——平板冲冲孔——大型压力机成型(适用于多品种、小批量、多批次车型)

此种加工方法,柔性高、效率高,既可生产等截面直大梁(斯太尔车型)又可生产变截面大梁(MAN车型),可满足年生产纲领。适用于此加工工艺的设备有:平板数控冲、大型压力机。

车架是汽车最重要的承载部件,而车架纵梁又是其中的关键零件之一。传统的加工车架纵梁的设备和生产工艺存在工艺性能不够好、产量低、尺寸精度差、长度调整不灵活以及容易冲裂板材和产品转型慢等缺点,陕重结合自身实际,寻找到了适合自己的加工工艺和相关设备,并将在今后的生产实践中不断更新和完善。


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