第8章车轮、车架制造工艺

第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础第8章车架、车轮制造工艺第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础【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）制造工艺第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础●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】第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础二、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梁式车架和无梁式车架。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。边梁式车架挂钩第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。汽车车架结构形式a）货车车架b）公共汽车车架d）轻型货车车架c）轿车车架第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础如图所示，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第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。综合式车架第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。无梁式车架第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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)，车架中部则采用较长的X形横梁。如图所示。X型车架第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础二、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。冲压件类型抗拉强度∕Mpa伸长率∕﹪硬度HRB平板件的冲裁≤8001-884-96a．冲裁b．大圆角（r≥2t）的直角≤6104-1675-86a．浅拉深和成形b．以圆角半径（r≥t），作180°垂直于轧制方向弯曲或作90°平行于轧制方向弯曲≤42013-2764-74a．深拉延成形b．以圆角半径（r＜t）作任何方向180°弯曲≤37024-3652-64深拉延成形≤33033-4548-52第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础二、车架厚板冲裁工艺特点冲裁坯件在成形模上的放置在凹模一侧在凸模一侧板件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：第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础2．模具结构与工作零件要求凹、凸模均为镶块结构。由于冲裁厚料，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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础三、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第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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断。冲头纵梁逐渐冲孔示意图第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础18765432191110纵梁弯曲模具的反变形设计1-凸模2-垫板3-定位钉4-顶杆5-弹簧6-螺钉7-侧向定位板8-角度定位样板9-垫板10-顶杆11-凹模镶块R6a）平面凸模c）凸起的凸模d）用凸起凸模后的长度方向变形b）沿凸模长的变形第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础二、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。车架横梁的结构形式a）槽型式横粱b）鳄鱼口式横粱第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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，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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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）辐条式车轮第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础二、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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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：与钢车轮相比第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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。第8章车轮、车架制造工艺汽车制造工艺基础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异型材,而轮辐则用厚钢板冲压成型。轮辋挡圈焊缝轮辐轮辋锁圈挡圈焊缝轮辐a）两件式b）三件式