康小彪，張佳，何耿煌

（1.東風(fēng)柳州汽車有限公司商用車事業(yè)部車架技術(shù)科，廣西柳州 545005；2.廈門金鷺特種合金有限公司 數(shù)控刀片制造部，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，安全性與經(jīng)濟(jì)性是汽車研發(fā)首要解決的技術(shù)難題［1］。重型卡車由于其體積龐大和質(zhì)量大，其經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量的相互制約一直是影響其快速發(fā)展的主要因素之一。重型卡車車架是整個(gè)車身的脊梁，卡車上絕大部分的機(jī)械總成均安裝在其上面，因此，重型卡車的車架不僅是受力最大的部件而且也是動(dòng)力傳輸?shù)幕A(chǔ)部件［2］。必須在保證車架強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，最大限度地減輕車架質(zhì)量，而減輕車架質(zhì)量的一個(gè)最有效的措施便是減輕車架縱梁質(zhì)量。

重型卡車縱梁是車架的重要組成部件，也是卡車上尺寸最大的結(jié)構(gòu)部件［3］。隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和用戶需求的不斷變化，重型卡車的更新?lián)Q代速度非?？?。因此，要求重型卡車車架的縱梁制造工藝和生產(chǎn)效率要和市場(chǎng)需求相適應(yīng)。由于國內(nèi)外重型卡車生產(chǎn)廠較多，為了提高自身產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和占有率，各大卡車生產(chǎn)企業(yè)不斷采用新型金屬材料、新制造工藝以及新設(shè)備來提高重型卡車的承載能力、減輕質(zhì)量以及降低生產(chǎn)成本和油耗。高強(qiáng)度鋼（如：T610L、WL590、T510 以及T700L 等）是目前重型卡車縱梁制造常用的材料［4］。由于高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用，縱梁生產(chǎn)效率低的問題（特別是孔的高效加工）一直是影響重型卡車產(chǎn)能的限制性因素。因此，分析實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼制車架縱梁孔高效加工方法對(duì)提高縱梁生產(chǎn)效率具有十分積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 重型卡車縱梁專用高強(qiáng)度鋼性能簡(jiǎn)析

目前，國外先進(jìn)的重型卡車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的車架縱梁（如圖1 所示）普遍采用屈服強(qiáng)度為700 MPa 左右的高強(qiáng)度低合金鋼（如圖2所示），與傳統(tǒng)縱梁相比，采用高強(qiáng)度低合金鋼的縱梁免去了內(nèi)部加強(qiáng)筋，從而減輕了自身質(zhì)量，但同時(shí)也給實(shí)現(xiàn)高效加工（特別是孔加工）帶來全新挑戰(zhàn)。國內(nèi)的一汽解放汽車有限公司曾研究采用屈服強(qiáng)度約為500 MPa 的特種鋼制造卡車縱梁，但與國外先進(jìn)重卡制造企業(yè)相比仍有不小的差距，車架的總體質(zhì)量也明顯大于國外的［5］。

圖1 重型卡車車架縱梁

圖2 重型卡車縱梁專用高強(qiáng)度低合金鋼材

國內(nèi)某鋼鐵公司研制的重型卡車縱梁專用高強(qiáng)度低合金鋼T700L 已經(jīng)為各大卡車生產(chǎn)企業(yè)所用。國產(chǎn)高強(qiáng)度低合金鋼與國外鋼廠生產(chǎn)的高強(qiáng)度低合金鋼強(qiáng)度等級(jí)對(duì)比分析如表1所示，其力學(xué)性能如表2所示。

國產(chǎn)高強(qiáng)度低合金鋼主要用于制造重型卡車車架、傳動(dòng)軸以及轎車底盤等零部件。為了獲得優(yōu)良的冷加工成形性能和可焊性能，此類鋼的含碳量較低，韌性較高，可切削性能、斷屑性能和排屑性能較差，加工效率低［6］。

2 重型卡車縱梁孔加工現(xiàn)有方法分析

2.1 單次沖孔加工方法

縱梁?jiǎn)未螞_孔加工是在壓力機(jī)（壓力F≥50 000 kN）上采用多孔復(fù)合沖壓模具單次沖壓成型的（沖孔設(shè)備如圖3 所示）。采用這種方法加工孔，能大大提高縱梁的生產(chǎn)效率，并且孔的尺寸精度能滿足設(shè)計(jì)要求，適合成批量生產(chǎn)。但其也有以下兩方面缺點(diǎn)：1）沖壓模具的更新?lián)Q代常常滯后于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，且費(fèi)用較高。當(dāng)有新產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)，模具容易報(bào)廢，新模具要耗費(fèi)半年以上才能投入量產(chǎn)。2）沖壓設(shè)備一次性投入費(fèi)用較高，復(fù)合沖壓模具的費(fèi)用約為25 萬元/臺(tái)，而壓力機(jī)的費(fèi)用約為700 萬元。

2.2 搖臂鉆孔加工方法

搖臂鉆孔是較為傳統(tǒng)的孔加工工藝方法（如圖4 所示）。由于縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，搖臂鉆孔無法實(shí)現(xiàn)一次性全孔成型。由于采用不同的鉆孔模具，因此，搖臂鉆孔分成U 型板鉆孔和平面板鉆孔兩道工序，采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，投入費(fèi)用少，生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，并且生產(chǎn)輔助周期短。缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，加工孔形位精度較差。

表1 國內(nèi)外高強(qiáng)度低合金鋼屈服強(qiáng)度對(duì)比 MPa

表2 國產(chǎn)高強(qiáng)度低合金鋼力學(xué)性能

圖3 大型縱梁沖孔設(shè)備

圖4 搖臂鉆孔設(shè)備

3.3 數(shù)控鉆孔加工方法

數(shù)控鉆孔方法和傳統(tǒng)的搖臂鉆孔工序上相似，也需要分成U 型板鉆孔和平面板鉆孔兩道工序。其中U 型板鉆孔主要采用數(shù)控三面鉆孔機(jī)，而平面板鉆孔主要采用數(shù)控平面板鉆孔機(jī)（數(shù)控鉆孔系統(tǒng)如圖5 所示）。數(shù)控鉆孔的優(yōu)缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1）數(shù)控鉆孔優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率和孔成型精度高，工藝系統(tǒng)有良好的柔性；設(shè)備的生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)輔助所需時(shí)間短，特別適合品種多、批量化的縱梁生產(chǎn)。

2）數(shù)控鉆孔缺點(diǎn)：鉆孔設(shè)備維修較繁瑣，對(duì)操作員要求比較高，維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本較高；一次性費(fèi)用投入較大（主要費(fèi)用包括鉆孔設(shè)備和配套設(shè)施），其中單臺(tái)數(shù)控平面鉆孔機(jī)的價(jià)格約為350 萬元，而單臺(tái)數(shù)控三面鉆孔機(jī)價(jià)格約為平面鉆孔機(jī)的2 倍。

圖5 大型數(shù)控鉆削系統(tǒng)及刀具

3 重型卡車車架縱梁高效孔加工新方法

在國內(nèi)中大型載重車制造廠家中，所生產(chǎn)的汽車一般有幾十個(gè)品種甚至上百個(gè)規(guī)格的車型［7］。如此多的車輛品種及日漸加快的更新速度，車架縱梁的高效生產(chǎn)面臨全所未有的挑戰(zhàn)。對(duì)定型車的大批量生產(chǎn)比較容易，使用傳統(tǒng)的專用鉆模和設(shè)備便能很好地解決生產(chǎn)問題，但是專用鉆模的開發(fā)周期和生產(chǎn)輔助時(shí)間較長(zhǎng)，根本無法適應(yīng)高效生產(chǎn)的需求。而新型高精度、高效率的縱梁數(shù)控鉆孔加工系統(tǒng)雖能實(shí)現(xiàn)高效性，但會(huì)增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，從而降低產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力和占有率。

機(jī)械加工的實(shí)踐表明，先進(jìn)的機(jī)械制造方法除了要將先進(jìn)技術(shù)融合入加工過程進(jìn)行考慮外，同時(shí)還應(yīng)充分考慮投入和產(chǎn)出的比值，以及綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的相互關(guān)系［8］。因此，將先進(jìn)的制造技術(shù)和成熟的傳統(tǒng)加工方法有效地整合（如：數(shù)控鉆孔與傳統(tǒng)鉆模相結(jié)合），往往可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。實(shí)踐證明，在車架縱梁的生產(chǎn)過程中，采用數(shù)控鉆孔與傳統(tǒng)鉆模相結(jié)合能有效提高縱梁的生產(chǎn)效率，從而達(dá)到綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益雙贏的優(yōu)化目標(biāo)。

3.1 新方法提高縱梁生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益

與前面分析的3 種縱梁孔的加工方法相比，采用數(shù)控鉆孔與傳統(tǒng)鉆模相結(jié)合的新措施在費(fèi)用投入方面凸顯出良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。與前3 種方法相比，采用新方法所需設(shè)備總投入可節(jié)約將近2 700 萬元；并且每年的設(shè)備折舊費(fèi)能降低約250 萬元；每年的設(shè)備維修費(fèi)可節(jié)約將近50 萬元。

3.2 新方法降低了縱梁生產(chǎn)成本

新方法能有效減少縱梁生產(chǎn)過程中的輔助時(shí)間。在新品開發(fā)定型后，只需將設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)控鉆孔系統(tǒng)，電腦便會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的加工指令，大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)設(shè)備投入的費(fèi)用僅為全數(shù)控系統(tǒng)投入費(fèi)用的1/3，大大降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

3.3 新方法提高了產(chǎn)品質(zhì)量

新方法不但能生產(chǎn)制造相同產(chǎn)品范圍內(nèi)的零部件，而且能實(shí)現(xiàn)卡車縱梁制孔的無模具化。這種方法用于成批量重型卡車縱梁生產(chǎn)中，更容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的高效性以及質(zhì)量的高穩(wěn)定性，并且其對(duì)產(chǎn)品的更新?lián)Q代具有快速的適應(yīng)能力，可實(shí)現(xiàn)真正的柔性化生產(chǎn)的目標(biāo)。

4 結(jié)語

目前，重型卡車車架縱梁是用高強(qiáng)度低合金鋼制成的，由于零件材料特性和加工工藝的雙重影響，孔的形位精度較差。因此，孔的高精度和高效性生產(chǎn)兩方面問題的相互制約一直是困擾國內(nèi)外卡車生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

本文從重型卡車車架縱梁材料及現(xiàn)有制孔工藝兩方面進(jìn)行分析，提出了一種降低制孔成本、提高制孔精度和生產(chǎn)效率的新方法，即數(shù)控鉆孔系統(tǒng)與傳統(tǒng)鉆模相結(jié)合。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用這種新的制孔方法，能在保證縱梁制孔精度的前提下，最大限度地獲得綜合經(jīng)濟(jì)效益。

［1］陳耀平.重型卡車縱梁加工工藝的研究與優(yōu)化應(yīng)用［D］.西安：西安石油大學(xué)，2011：1-3.

［2］朱偉軍.重型運(yùn)輸車車架銑削加工殘余應(yīng)力及變形研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2012：40-41.

［3］姚杰，劉坤.1241 型重型卡車車架縱梁與橫梁聯(lián)接不同結(jié)構(gòu)方案對(duì)比分析［J］.遼寧師專學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，9（1）：82-84.

［4］貢博.重卡車架高強(qiáng)鋼縱梁工藝研究［J］.汽車實(shí)用技術(shù)，2013（10）：77-79.

［5］付艷麗.某型重卡車架的輕量化設(shè)計(jì)［D］.湖南：湖南大學(xué)，2011：5-7.

［6］何耿煌.大型筒節(jié)零件高效切削及刀具技術(shù)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2013：11-17.

［7］李娜，佟德輝，李國祥.汽車燃?xì)饧訜崞髋cLNG 發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（9）：27-28.

［8］He Genghuang,，Liu Xianli，YAN Fugang.Research on the Dynamic Mechanical Characteristics and Turning Tool Life under the Conditions of Excessively Heavy-Duty Turning ［J］.J.Fron.Mech.Eng.A，2012，7（3）：329-334.