《精编》车架车轮制造工艺课件

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1、第8章车架 车轮制造工艺 主要内容 汽车车架结构及材料车架零件的冲压及车架总成制造工艺车轮 钢圈 结构及材料车轮 钢圈 制造工艺 了解汽车车架结构和材料 熟悉汽车车架工艺流程 了解汽车车轮的结构和材料 熟悉汽车车轮制造工艺 学习目标 8 1汽车车架结构及材料 8 1 1车架及其结构类型 一 车架的功用 车架俗称 大梁 它是汽车的装配基体 汽车发动机 变速器 传动轴 前后桥 车身等绝大多数零部件 总成都要安装在车架上 车架的功用可以概括为两点 支承 连接汽车各零部件 总成 承受车内 外各种载荷的作用 二 车架类型和构造 车架类型 边梁式车架 中梁式车架 综合式车架无梁式车架等 目前汽车上多采用边

2、梁式车架和无梁式车架 1 边梁式车架及构造 边梁式车架结构如图所示 它由两根纵梁和若干根横梁构成 纵梁和横梁之间常用铆接方法连接 1 纵梁结构特点 如图示 水平面内或纵向平面内做成弯曲 等截面或非等截面的 前窄后宽 前宽后窄 前后等宽等结构 还有平行式结构和弯曲式结构 车架纵梁的剖面形状 纵梁断面形状有 槽形 Z字形 工字形 箱形等 如图所示 为了满足质量小的前提下 车架具有足够的强度和刚度 以承受各种载荷 横梁多为槽形 如图所示 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 2 中梁式车架及结构 中梁式车架 3 综合式车架及结构 如图所示 由边梁式和中梁式车架组合构成 车

3、架前段或后段是边梁式结构 用以安装发动机或后驱动桥 而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 综合式车架 4 无梁式车架及结构 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 特点 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 目前广泛用于轿车和客车 如图所示 无梁式车架 5 带X型横梁的梯形车架及结构 为隔离发动机的振动和噪声 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 为克服刚度不足 轿车车架通常都在前部装置一根封闭截面大横梁 箱形截面梁或管形梁

4、 车架中部则采用较长的X形横梁 如图所示 X型车架 8 1 2车架成型工艺对材料的要求 一 车架冲压件的使用性能对冲压材料性能的要求 车架 车厢中板及一些用于支撑和连接的零部件 都是重要承载件 多采用模压成形工艺 故要求材料有较高的强度 塑性 疲劳耐久性 碰撞能量吸收能力和焊接性等 一般选用成形性能较好的高强度钢板 超细晶粒钢板和超高强度板 二 车架冲压工艺对冲压材料性能的要求 冲压工艺一般分为分离工序和成形工序 按加工工序冲压件大致可分为冲裁件 弯曲件 拉延件 成形件和冷挤压件 各类冲压件对材料的要求 如表列 8 2车架零件的冲压及车架总成制造工艺 8 2 1汽车用厚板冲压工艺特点 一 车架

5、钢板材料 汽车大梁不但承受较大的静载荷 而且要承受一定的冲击 振动等 故要求钢板有一定强度 耐疲劳性能 冲压性能和冷弯性能 目前在汽车制造中 汽车车架使用最多的是优质低碳合金钢16MnL厚钢板制造其纵梁和横梁等结构件 这种钢板具有良好的塑性加工性能 冲压性能 冷弯性能 拼焊性能 强度和刚度也能满足汽车车架使用要求 故在汽车上应用很广 二 车架厚板冲裁工艺特点 1 落料坯料与成型工序的关系 在冲裁厚度5 10mm的坯料时 会在断面上产生很大的塌角 为避免弯曲成翼板时在弯曲处形成裂纹 应将落料坯料轮廓的大端面向下放置在弯曲凹模上 如图所示 注意 2 模具结构与工作零件要求 凹 凸模均为镶块结构 由

6、于冲裁厚料 故模具工作零件应有很好的硬度和工作稳定性 凹 凸模镶块应用工具钢制成 56 60HRC 为降低冲裁力 采用波浪式刃口 模架应导向好 刚性好 3 冲裁凹 凸模间隙的选取 合理选择凹 凸间隙 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 同时冲孔凸模须有很高的坚固性和可靠的固定位置 三 车架厚板弯曲成型的工艺特点 1 最小相对弯曲半径对产品质量影响较大 厚板 t 5 10mm 进行U形弯曲时 在弯曲半径区内会有很厚的金属包覆住凸模 如图所示的C C断面图和R的局部放大图 变形区变形为 外层受拉伸 内层受

7、压缩并产生凸起 当相对弯曲圆角半径与板厚R t越小 则这两种变形程度越大 有时还会在外侧产生裂纹 U形纵梁弯曲变形情况 2 U形长弯曲件的长度方向易产生附加弯曲变形 当弯曲断面如图中A A所示的U形 其纵向长度又很长 5 10m 的汽车纵梁时 因厚板强制弯曲 在圆角处发生的变形使靠弯曲凸模的圆角处发生多余的金属堆积 如图中I部所示 卸去载荷后 这些多余的受压缩金属变形只能在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 弦高可达15 20mm的附加变形 8 2 2车架纵梁与横梁的冲压成型工艺 一 车架纵梁冲压成型工艺 1 车架纵梁的冲压成型工艺 车架纵梁的冲压成型工艺流程一般为 剪床

8、下料 用模具落料 冲工艺孔 用模具压弯成形 冲腹板孔 冲翼板孔 装配 油漆 2 纵梁冲压工艺中应注意的问题 1 落料工序 在设计纵梁落料模时 采用波浪式凹模刃口 可将冲裁力减少2 3左右 采用40000kN的压力机便可将6 8mm厚的纵梁钢板进行落料 凹模波浪式刃口的高低之差为料厚的 3 3 5 t 板厚 斜刃口与水平线的夹角为3 3 5 凹模镶块的长度一般为350 400mm 2 冲孔工序 为降低冲孔力和防止冲孔冲模折断 应将所有一次冲制的冲头分成3种或4种高度 每种高度差为 2 3 1 t 板厚 其中直径较大的冲头长度较长 直径较小的冲头最短 如图所示 这样可避免因退料力不均而发生小冲头折

9、断 3 纵梁压弯工艺注意事项 为保证两翼面上孔的对称性 准确性和弯曲高度一致性 在弯曲成型时应注意导正销的数量和位置要求 纵梁弯曲成型后 不能有撕裂或裂纹 纵向回弹 拱曲 纵梁的弯曲属于厚料宽板弯曲 且相对弯曲半径较小 故弯曲成型时要防止回弹与裂纹 防止纵向回弹 拱曲 措施利用 反变形原理 将凹模沿长度方向下凹 将凸模沿长度方向凸起 如后图所示 二 车架横梁冲压成型工艺 商用车车架上一般有5 11根横粱 用途和结构各不相同 不同条件的汽车横梁其结构型式变化较大 目前 汽车车架上使用的横粱通常以槽型式和鳄鱼口式居多 如图所示 横梁冲压成型工艺流程 车架横梁成型过程与纵梁类似 只是长度比纵梁短得多

10、 所需冲裁和弯曲力也小得多 槽型式横梁工艺流程一般为 剪床下料 用模具落料 冲工艺孔 用模具压弯成形 冲腹板孔 冲孔 装配 油漆形状较复杂的厚板 3 5mm 5mm 横梁成型 在选用钢板质量上 不但要满足高强度的要求 而且要满足冲压成型性要求 目前国内多选用16MnL 10Ti 08Ti等材料 8 3车轮 钢圈 的冲压工艺 8 3 1汽车车轮的基本结构及材料 一 汽车车轮的基本结构 车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转组件 一般由轮毂 轮辐和轮辋所组成 轮毂通过圆锥滚子轴承套装在车桥 或半轴套管 或转向节轴颈上 轮辋也叫钢圈 用以安装轮胎 与轮胎共同承受作用在车轮上的负荷 并散发高速行驶时轮

11、胎上产生的热量及保证车轮具有合适的断面宽度和横向刚度 轮辐将轮辋与轮毂连接起来 轮辋与轮辐可以是整体的 不可拆式 也可以是可拆式的 车轮的基本结构 车轮分类 按轮辐构造可分为 辐板式和辐条式两种 如图所示 目前 普通级轿车和轻 中型载货汽车多采用辐板式车轮 高级轿车 竞赛汽车及重型载货汽车多采用辐条式车轮 a 辐板式车轮b 辐条式车轮 二 汽车车轮材料 1 钢制车轮及特点 长期以来 钢制车轮在汽车车轮中占主导地位 自上世纪80年代起 钢轮的市场份额逐步减小 被铝合金所代替 钢轮份额快速下跌的原因有多方面的因素 而外观吸引力是最主要的因素 钢制车轮的优缺点 钢制车轮成本低 安全性比铝合金车轮更具

12、优势 故大部分用于载重汽车车轮 加工成型性能和制造工艺难以做到铝合金车轮那样的结构和外形多样化 钢车轮质量大 制造和使用上消耗的能量比铝制车轮大得多 2 铝制车轮及特点 具有美观 舒适 节能 质量小等优点 抓地性好 具有更精确的转向动作和更好的转弯性能 惯性小 改善了加速性和制动性 有良好的导热性 提高了制动系统散热性能 大幅度降低了由高热导致的制动失灵 奥迪轿车铝合金车轮 如图示的铝合金车轮在轿车上使用高达90 以上 特点 与钢车轮相比 3 镁合金车轮及特点 镁在实用金属中密度最小 能减轻整车质量 减少油耗 强度高于铝合金和钢 刚度接近铝合金和钢 能够承受一定的负荷 具有良好的铸造性和尺寸稳

13、定性 易加工 废品率低 降低了生产成本 具有良好的阻尼系数 减振量大于铝合金和铸铁 用作轮圈可以减少振动 提高汽车的安全性和舒适性 用镁合金制造车轮 是高档汽车发展的趋势 4 复合材料 塑料或碳纤维 5 钢铝组合车轮 轮辋为普通钢制轮辋 轮辐为铸造的铝合金轮辐 经过机械加工 借助嵌件与钢的轮辋装焊而成 它集中了钢制车轮与铝合金车轮的优点 并以其较低的价格占领了市场的一席之地 一般用于赛车 重量更轻 强度高 但价格昂贵 8 3 2车轮的冲压工艺 一 型钢车轮结构形式 目前国内外采用的有 两件式 三件式 四件式 五件式等 其中大量采用两件式和三件式 如图所示 车轮轮辋 挡圈 锁圈的材料均采用轧制的

14、异型材 而轮辐则用厚钢板冲压成型 二 滚压成型车轮结构形式 轮辋用钢板经滚压加工成型 为适应装配子午线无内胎轮胎和提高乘用的舒适性 其制造精度 如径向 侧向跳动 安装面的平面度以及气密性等 均提出了比型钢车轮更为严格的要求 其结构如图所示 滚压成型车轮的结构形式 三 钢制车轮对材料的要求 1 选用的钢材必须保证车轮有足够的强度和疲劳寿命 2 选用的材料应能达到车轮结构的轻量化 以降低汽车油耗 为此 应在保证强度与寿命的前提下 钢材的力学性能指标应尽量提高 3 选用的钢材应有良好的工艺性和可加工性 足够的延伸率 可塑性和良好的焊接性能 同时钢材应有较高的内在 外观质量 钢制车轮材料主要有 12L

15、W 15LW 16Mn Q235等钢号 8 3 3型钢车轮的制造工艺 如图所示 型钢车轮的轮辋 挡圈的断面是异型断面 均采用由钢厂直接供应的型材进行弯曲成型 轮辐则是用热轧钢板冲压成型 二者成型工艺截然不同 型钢车轮 二件式 断面形式 1 型钢轮辋的制造工艺流程 如后图所示 中 重型商用车的轮辋制造工艺流程基本上由15道工序组成 工艺流程 1 剪切下料 2 酸洗除锈 图中未画出 3 在装用卷圆机上进行轮辋卷圆 4 旋压校正 5 将圆筒状的轮辋的两端头压平 6 切口 7 修正切对口 8 在对口焊机上对焊 9 切除焊后的焊渣 焊瘤 10 沿弧线校正轮辋并精修焊缝 11 修磨焊缝 12 从内侧方向清

16、理并修光焊缝与对口 13 扩胀轮辋 14 按外形轮廓压缩外形 15 精压缩外形 用型钢制造商用车轮辋的工艺流程 二 型钢轮辋卷圆的重点工序说明 1 轮辋卷圆的难易部位 轮辋的异型断面如图所示 其各段的厚度 刚度与形状均不相同 其中 A段为轮辋凸缘部分 类似角钢结构 主要承受汽车行驶中轮胎侧向压力形成的循环载荷 卷圆时此段成型最困难 轮辋断面特征 B段是轮辋的直线腰部 可视为平板卷圆 容易成型 C段为圈槽部分 承受弯矩较大且各处厚度不同 此段成型也较困难 2 轮辋卷圆工艺设备 轮辋卷圆通常在非对称排列的四轴专用卷圆机上进行 卷圆机辊轴的排列如图所示 卷圆时 顶辊和底辊的作用力使轮辋的局部产生弯曲变形卷圆属于回转连续局部成型 最后完成轮辋卷圆 从动辊通常设计成锥形 用以控制轮辋卷圆后的开口大小和纵向错口 a 辊轮排列b 用小缀角辊圆轮辋断面特征 3 轮辋的初压缩 扩胀 精压缩 由于采用锥辊卷圆 故经卷圆后得到的轮辋也是锥体形 因此需要对轮辋挡圈槽部进行圆周初压缩 最终使轮辋上下端近似相等 以保证轮辋扩胀时上下端能均匀扩胀 以减少扩裂废品 3 轮辋的初压缩 扩胀 精压缩 轮辋扩胀是轮辋整形的