摘要:主要介紹了重型卡車車架總成及其零部件加工工藝流程,及車架總成工藝方案設(shè)計(jì),并對(duì)未來(lái)車架設(shè)計(jì)趨勢(shì)進(jìn)行展望,為車架總成裝配、縱梁加工及橫梁總成加工或工藝流程設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞:重型卡車;底盤(pán);車架
中圖分類號(hào):U469 收稿日期:2024-02-23
DOI:10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.008
1 前言
車架總成是整車最大部件,發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、油箱、尿素箱、電瓶箱及大箱等零件均安裝于其上,承載著卡車行駛過(guò)程中各種復(fù)雜扭矩和載荷,是卡車最重要零部件之一,被譽(yù)為卡車的“脊梁”。
車架通常由左右縱梁總成、橫梁總成、支撐板、加強(qiáng)板等零部件組成,通常采用螺栓、冷鉚或熱鉚形式連接而成,根據(jù)不同車型,車架總成長(zhǎng)度范圍在5 000~12 000 mm,寬度根據(jù)裝配發(fā)動(dòng)機(jī)不同,范圍在750~1 100 mm,高度范圍在200~600 mm,材料主流仍以510 L、600 L等熱軋鋼板為主,少部分高性能整車為了降重采用750 L高強(qiáng)鋼或鋁合金材料,結(jié)構(gòu)形式分為直通等寬度車架及變寬車架,常規(guī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
2 縱梁加工工藝流程
縱梁位于車架左右兩側(cè),分為左縱梁和右縱梁,是車架上最大零部件,常用材料為510 L、600 L、700 L、750 L,根據(jù)車型及載重不同[1],通常分為單層、雙層及三層梁,結(jié)構(gòu)形式多為U形直通梁、U形折彎梁及U形變截面梁。
2.1 工藝流程
單層梁縱梁通常的加工工藝流程有三種。第一種:平板料沖孔→大型壓力機(jī)壓型→清洗、拋丸→切割外形→折彎→加工完成;第二種:平板料壓力機(jī)壓型→清洗、拋丸→三面沖沖孔→切割外形→折彎→完成加工;第三種:卷料開(kāi)卷→輥壓成型→沖孔→切割→折彎→完成加工。前兩種工藝方案相對(duì)第三種過(guò)時(shí),第三種工藝更適合信息化、自動(dòng)化生產(chǎn),更易于實(shí)現(xiàn)智能化工廠建立。
雙層梁縱梁總成生產(chǎn)工藝,通常在單層縱梁生產(chǎn)基礎(chǔ)上增加點(diǎn)焊、塞焊或螺栓合梁工藝[2],內(nèi)梁孔位加工有兩種工藝方式:第一種為點(diǎn)焊合梁后透孔,即順外梁孔將內(nèi)梁鉆透;第二種為內(nèi)梁沖孔。兩種工藝方式各有利弊,內(nèi)梁透孔工藝方式,效率低能耗高,但內(nèi)外梁孔位同心度好,而內(nèi)梁沖孔工藝方式生產(chǎn)效率高,但內(nèi)外梁孔位因沖孔公差累積,易產(chǎn)生孔位“雙眼皮”現(xiàn)象。
三層縱梁總成加工與雙層梁類似,多增加一層中梁,需要多合一次梁,此類車型多為超強(qiáng)版車型,用于路況差工況或者礦區(qū)。
2.2 工藝設(shè)計(jì)
以20萬(wàn)根,單根縱梁8 m設(shè)計(jì)產(chǎn)能計(jì)算,采用開(kāi)卷、輥壓、打碼、沖孔、切割、折彎工藝流程設(shè)計(jì)。輥壓線可選用國(guó)產(chǎn)國(guó)際鑄鍛輥壓線或意大利STAM輥壓線,見(jiàn)圖2,該兩種設(shè)備輥型速度最高可達(dá)24 m/min,能夠?qū)崿F(xiàn)0~18 m/min、0~24 m/min無(wú)級(jí)變速,生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。輥壓后打碼可采用激光打碼方式。
沖孔可采用五主機(jī)三面沖沖孔,或者采用腹面沖+翼面沖沖孔方式,腹面沖孔設(shè)備見(jiàn)圖3,兩種方案均可實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)。機(jī)器人數(shù)控等離子切割機(jī),切割后存在焊渣機(jī)飛濺,需要考慮切割后處焊渣問(wèn)題,以免影響縱梁外觀質(zhì)量。數(shù)控縱梁折彎?rùn)C(jī),可對(duì)縱梁進(jìn)行不同角度折彎,生產(chǎn)效率高,穩(wěn)定性好。
3 橫梁總成及支撐板加工工藝流程
橫梁總成連接左右縱梁總成組成車架總成,通常橫梁總成與縱梁采用螺栓或鉚釘連接,結(jié)構(gòu)形式多由橫梁與上下連接板鉚接或螺接而成,另外輕量化車型也有管梁或者一體沖壓橫梁結(jié)構(gòu)形式,為車架抗扭提供有力保障。
支撐板裝配于縱梁外側(cè),根據(jù)不同車型,通常為平板或者L板,自卸車及載貨車支撐板通常為平板,長(zhǎng)度根據(jù)載重及路況不同有所不同,加強(qiáng)型自卸車支撐板長(zhǎng)度通常較長(zhǎng),從前一軸中心線延伸至車架尾端,該類車型支撐板通常起到加強(qiáng)車架及后續(xù)上裝提供強(qiáng)度及安裝保障。牽引車支撐板通常又叫做角板,用于裝配牽引鞍座。
3.1 橫梁總成工藝方案
橫梁總成上文提及由橫梁及連接板組成,橫梁通常分為彎梁、直梁及“幾”字形橫梁,目前橫梁主流加工方案為壓力機(jī)配合模具加工,工藝方案為切邊、沖孔及成形組成,而壓力機(jī)通常有機(jī)械與油壓機(jī),機(jī)械壓力機(jī)用來(lái)沖孔切邊,油壓機(jī)用來(lái)成形。連接板加工工藝同橫梁類似,也由切邊、沖孔機(jī)壓彎組成,不同之處壓彎可采用機(jī)械壓力機(jī)配合壓彎模完成,或者采用折彎?rùn)C(jī)完成。橫梁總成加工較為簡(jiǎn)單,橫梁與上連接板裝配-鉚接-翻轉(zhuǎn)-裝配下連接板-鉚接,通常一個(gè)工位即可完成,主流工藝方案為人工配合鉚接胎具完成,也可采用機(jī)器人配合胎具完成,見(jiàn)圖4。
3.2 支撐板工藝方案
支撐板分為平板及L板兩種,平板加工工藝方案有兩種:第一種為采用激光切割機(jī)對(duì)孔位和外形統(tǒng)一進(jìn)行切割,效率較低;第二種為采用沖孔+切割工藝方式,平板料下料-沖孔-切割外形,此種工藝方案加工效率相對(duì)較高。L板加工工藝方案為在平板基礎(chǔ)上進(jìn)行折彎,折彎通??梢杂脡毫C(jī)+折彎模,或者采用折彎?rùn)C(jī)進(jìn)行折彎。
4 車架總成加工工藝流程
4.1 工藝流程
車架總成根據(jù)車型不同,結(jié)構(gòu)形式不同,自卸車及專用車通常需要裝配鑄件中間支座,而牽引車通常需要加工牽引鞍座孔,以陜重汽全系列重卡車型車架總成裝配為例,共分為9個(gè)工序,分別是縱梁上線準(zhǔn)備-縱梁、橫梁總成裝配-支撐板裝配、標(biāo)準(zhǔn)件裝配-尾梁裝配、正鉚-翻轉(zhuǎn)、反鉚-中間支座裝配-螺栓打緊、鉸孔-打印流水號(hào)、補(bǔ)鉚-下線、牽引車鉆鞍座孔。車架總成裝配完成后,可通過(guò)天車和軌道平車轉(zhuǎn)運(yùn)至電泳上線處進(jìn)行電泳。
4.2 工藝設(shè)計(jì)
此種工藝流程,單線節(jié)拍可滿足10JPH,需要兩條線體,年產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能可達(dá)10萬(wàn)輛。線體運(yùn)行方式可采用地拖鏈或地板鏈;縱梁上線、橫梁總成及支撐板吊運(yùn)可采用1~2 t輕型懸掛吊車;鉚釘?shù)你T接根據(jù)鉚釘直徑不同可選擇40~50 t鉚鉗,[?]18以上鉚釘需要配備鉚釘加熱爐,并進(jìn)行熱鉚;車架總成翻轉(zhuǎn)采用2 t+2 t可行走翻轉(zhuǎn)機(jī);螺栓的擰緊可采用風(fēng)動(dòng)工具或者電動(dòng)擰緊槍,風(fēng)動(dòng)工具性價(jià)比較高,但噪音大,擰緊力矩會(huì)存在過(guò)扭情況,電動(dòng)擰緊機(jī)螺栓擰緊力矩精準(zhǔn),但價(jià)格昂貴。流水號(hào)打印,可采用氣動(dòng)針式打印機(jī)、劃刻機(jī)或者激光打標(biāo)機(jī),相對(duì)來(lái)說(shuō)氣動(dòng)劃刻機(jī)比針式打標(biāo)機(jī)噪音小,相對(duì)激光打標(biāo)機(jī)成本低,在未來(lái)車架流水號(hào)打印中將廣泛應(yīng)用。
5 未來(lái)車架總成發(fā)展趨勢(shì)及工藝設(shè)計(jì)
5.1 車架總成發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)標(biāo)載車型車架總成的發(fā)展趨勢(shì)將以高強(qiáng)鋼及鋁合金材料為主,降低重量的同時(shí),確保了車架成整體強(qiáng)度[3]。而車架總成的加工將更趨于自動(dòng)化、智能化、信息化,縱梁的成形將以輥壓為主,傳統(tǒng)的大型壓力機(jī)壓型工藝方式將逐步淘汰,且沖孔、切割、折彎等工序?qū)⑴c輥壓連線自動(dòng)化生產(chǎn),而存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)將以立體庫(kù)形式進(jìn)行,根據(jù)生產(chǎn)MES信息,自動(dòng)出入庫(kù)進(jìn)行裝配。車架總成的鉚接將以機(jī)器人及AGV輸送為主的零部件及標(biāo)準(zhǔn)件的裝配、螺栓的打緊、鉚釘?shù)你T接,將主要靠工業(yè)機(jī)器人完成,逐步向工業(yè)4.0水平邁進(jìn)。
5.2 工藝設(shè)計(jì)考慮
現(xiàn)今,各主機(jī)廠車架總成材料仍以510 L、590 L、600 L熱軋鋼板為主,鋁合金材料的應(yīng)用仍處于研究及試制階段,高強(qiáng)鋼750 L的應(yīng)用目前主要集中在標(biāo)載物流干線及煤炭子母運(yùn)輸車型。隨著國(guó)內(nèi)鋼材廠家工藝及產(chǎn)能的發(fā)展、提升,未來(lái)更多車型將逐步使用以高強(qiáng)鋼、鋁合金及鋼鋁混合車架為主的結(jié)構(gòu),因此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮不同材料混線生產(chǎn)的能力。縱梁輥壓、沖孔及折彎工序,應(yīng)著重考慮750 L、12 mm,材料拉伸強(qiáng)度950 MPa、屈服強(qiáng)度800 MPa的生產(chǎn)能力,切割工序應(yīng)考慮高強(qiáng)鋼及鋁合金材料切割焊渣及飛濺自動(dòng)化處理方式。
未來(lái),縱梁及車架生產(chǎn)將以開(kāi)卷、輥壓、校平、沖孔、切割、折彎、電泳、縱梁入立體庫(kù)、存儲(chǔ)、出庫(kù)、合梁、車架總成鉚接、車架總成入立體庫(kù)不落地連線生產(chǎn)為主,此種工藝方式柔性化、自動(dòng)化率高,具備高強(qiáng)鋼、鋁合金車架混線生產(chǎn)能力。
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作者簡(jiǎn)介:
任泳圭,男,1981年生,工程師,研究方向?yàn)檐嚰芸偝芍圃旒罢囍圃旃芾怼?/p>