文／謝文才·一汽解放汽車有限公司

管材成形技術(shù)

制管

焊管加工流程包括：鋼卷(或板)剪切、成形、焊接、探傷、校直、切斷、包裝等，如圖1 所示。成形工藝的不同，焊接工藝也不同。高頻焊接適用于直縫焊管，尺寸精度好、價格低、生產(chǎn)效率高，優(yōu)良的綜合機械性能；激光焊管設(shè)備昂貴，用于大批量自動化生產(chǎn)，接頭性能好。常見成形工藝及焊接工藝見表1。

圖1 焊管加工流程

表1 不同成形工藝使用的焊接方式

彎曲

繞彎成形是指管坯被夾模和壓模壓靠在可繞軸心轉(zhuǎn)動的彎管模上，夾?？稍谂c彎管模軸心具有固定半徑的圓弧軌道上轉(zhuǎn)動，帶動管坯在徑向壓力和壓模切向摩擦力作用下與彎管模一起旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)彎曲成形。圖2 為彎管原理圖，圖3 為彎管設(shè)備。

圖2 彎管原理示意圖

圖3 彎管設(shè)備

脹形

⑴內(nèi)高壓成形。成形工序為：合?！湟骸邏好浶?。成形原理見圖4。

圖4 內(nèi)高壓成形原理

⑵低內(nèi)壓成形。其原理為：管坯內(nèi)填充液體介質(zhì)作為支撐內(nèi)壓和傳力介質(zhì)，通過壓力機閉合模具產(chǎn)生的機械力和管內(nèi)液體壓力的共同作用來實現(xiàn)管材的塑性變形，如圖5 所示。

圖5 低內(nèi)壓成形

⑶熱氣脹。其原理為：將硼鋼管加熱到奧氏體化溫度，然后快速放到模具內(nèi)，同時在管腔內(nèi)通入高壓氣體，使鋼管在模具內(nèi)實現(xiàn)熱氣脹成形+淬火，如圖6 所示。

圖6 熱氣脹成形原理

管端成形

管端成形過程為：上模具隨壓機滑塊下行，下?；瑝K在上模斜楔的作用下向管腔運動，同時芯子也隨下模滑塊向管腔運動，直至全部進入到管腔內(nèi)；壓機滑塊繼續(xù)下行，此時下?；瑝K已經(jīng)停止運動，上凹模與鋼管接觸，并使鋼管發(fā)生塑性變形直至與下凹模具接觸，鋼管成形完畢，同時壓機滑塊運動到下死點；壓機滑塊向上運動，上下模具分離，下模具滑塊帶動芯子從鋼管中退出，完成一個工作循環(huán)。管端成形模具設(shè)計見圖7，成形管件見圖8。

圖7 管端成形模具設(shè)計

圖8 管端成形管件

管端修邊沖孔

浮動凹模安裝在滑塊上，浮動凹模隨滑塊一起運動，伸進管子型腔內(nèi)部，停止不動；上模修邊凸模向下運動，先將上側(cè)圓弧修掉，廢料與凸模一起向下運動，接觸到固定凹模時，再將下側(cè)圓弧修掉，與此同時沖孔凸模將圓孔沖出；然后，浮動凹模隨滑塊一起從彎管型腔內(nèi)退出。管端修邊沖孔模具見圖9，成形管件見圖10。

圖9 管端修邊沖孔模具

圖10 管端修邊沖孔成形管件

管材成形技術(shù)在乘用車上的應(yīng)用

底盤零件

⑴前副車架主體結(jié)構(gòu)為管材內(nèi)高壓成形，形狀多為“Ω”形或“U”形，材料多為普通的高強鋼，強度級別在440MPa 左右，厚度在1.8 ～2.5mm。一般成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→管端成形。幾種常見前副車架總成見圖11。

圖11 兩種前副車架總成

⑵B 級車后副車架邊梁、橫梁為管材內(nèi)高壓成形，形狀多為“井”字形或“π”字形，材料多為普通的高強鋼，強度級別在440MPa 左右，厚度在1.8 ～2.5mm。一般成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→切開(可選)→管端成形。幾種B 級車后副車架見圖12。

圖12 幾種B 級車后副車架

⑶A 級車后扭力梁橫梁、縱臂多為管材內(nèi)高壓成形，材料多為先進高強鋼，強度級別在780MPa左右，厚度在3.0 ～4.0mm。一般橫梁成形工藝為：預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→管端成形；縱臂成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→切開(可選)→管端成形。幾種A 級車后軸見圖13。

圖13 幾種A 級車后軸

車身零件

⑴車身地板縱梁，在某些高性能跑車上采用整體式或分段式內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)(圖14)，材料為普通的高強鋼或6000 系列鋁合金。縱梁成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形。

圖14 車身地板縱梁采用整體式或分段式內(nèi)高壓成形結(jié)構(gòu)

⑵車身地板保險杠總成吸能盒(圖15)采用管材內(nèi)高壓成形工藝，材料多為普通高強鋼，強度級別在440MPa 左右，厚度在1.0 ～1.5mm。吸能盒成形工藝為：內(nèi)高壓成形→切開。

圖15 車身地板保險杠總成吸能盒采用內(nèi)高壓成形

⑶車身A 柱、B 柱采用管材內(nèi)高壓成形(圖16)，材料多為先進高強鋼，強度級別在980MPa左右，厚度在1.4 ～2.0mm。成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→管端成形。

圖16 車身A 柱、B 柱采用管材內(nèi)高壓成形

⑷車身A 柱材料除了先進高強鋼外，還有采用6000 系列的鋁合金材料。例如，2015 款福特野馬A柱鋼管材料為DP1000，內(nèi)高壓成形；2014 款捷豹F-Type A 柱鋁管材料為A6082 T6，內(nèi)高壓成形，見圖17。

圖17 2014 款捷豹F-Type A柱使用A6082 T6

⑸最新車型的車身A 柱采用熱氣脹成形工藝(圖18)，材料為22MnB5，成形后零件的強度達到1500MPa 以上。成形工藝為：彎管→加熱→脹形+淬火→管端加工。

圖18 A 柱采用熱氣脹成形工藝

⑹車身前端主體采用管梁式結(jié)構(gòu)(圖19)，內(nèi)高壓成形工藝，材料多為普通高強鋼，強度級別在440MPa 左右，厚度在1.0 ～1.5mm。成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→端部成形。

圖19 車身前端主體采用管梁式結(jié)構(gòu)

⑺車身前輪罩加強件采用管梁式結(jié)構(gòu)，內(nèi)高壓成形工藝，材料為先進高強鋼，強度級別在700MPa左右，厚度在1.3 ～2.3mm 之間。成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→端部成形。

管件成形技術(shù)在商用車上的應(yīng)用

皮卡

⑴皮卡車的車架縱梁和橫梁采用內(nèi)高壓成形工藝，見圖21。

圖20 車身前輪罩加強件采用管梁式結(jié)構(gòu)

圖21 皮卡車的車架縱梁和橫梁采用內(nèi)高壓成形

⑵皮卡車車身前端主體采用管梁式結(jié)構(gòu)，見圖22，采用內(nèi)高壓成形工藝，材料多為普通高強鋼，強度級別在440MPa 左右，厚度在1.0 ～1.5mm 之間。成形工藝為：彎管→預(yù)成形→內(nèi)高壓成形→端部成形。

圖22 皮卡車車身前端主體采用管梁式結(jié)構(gòu)

⑶皮卡車的A柱、前輪罩加強件采用管梁式結(jié)構(gòu)，內(nèi)高壓成形工藝，見圖23。

圖23 皮卡車的A 柱、前輪罩加強件采用管梁式結(jié)構(gòu)

卡車

⑴卡車的前橋橫梁采用鋼管內(nèi)高壓成形工藝，見圖24。

⑵卡車的后橋橋殼采用鋼管內(nèi)高壓成形工藝，見圖25。

⑶商用車內(nèi)高壓零件應(yīng)用案例：中冷管、空濾器管、排氣管、尾管、緩沖器水管等，見圖26。

未來展望

⑴應(yīng)用領(lǐng)域。管類零件由于具有重量輕、產(chǎn)品性能好等優(yōu)勢，已經(jīng)在乘用車得到廣泛應(yīng)用，預(yù)計未來會在商用車車身(如A 柱等)上進一步得到推廣應(yīng)用。

⑵材料。考慮到整車輕量化，未來超高強鋼、輕質(zhì)合金材料是發(fā)展趨勢，如強度級別在1200MPa 及以上級別的鋼質(zhì)材料、鋁合金材料等。

⑶工藝。為了實現(xiàn)超高強鋼、輕質(zhì)合金材料的成形，傳統(tǒng)內(nèi)高壓成形工藝已經(jīng)無法滿足要求，需要不斷開發(fā)新的成形工藝，包括低內(nèi)壓成形、熱成形等。