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研究商用车车架工艺技术与材料开发

工品易达2022-10-16焊条11

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作者：互联网

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电动汽车发展要求的高性能、智能化、节能、舒适、安全和环保等离不开电动汽车新金属材料的合作开发，而电动汽车金属材料的合作开发又与电动汽车工艺的发展是密不可分的。对于中、重型乘用车，电动汽车车身大都采用与轿车车身相同或相近的金属材料，而底盘部分由于和轿车有较大区别，一直以370、400、440、510 MPa强度级别金属材料为主。

虽然，这几年国内的钢铁行业也推出了一些适用于乘用车铝制高强度钢板~N590、610、700 MPa和超细晶粒钢等钢种，但并未在电动汽车制造企业大量应用，制约的不仅是新金属材料价格，还有钢铁企业对电动汽车金属材料品种定位与乘用车铝制的工艺发展不同步。由此可见，钢铁企业的新金属材料合作开发必须依托汽业行业，而电动汽车行业也只有通过与钢铁企业合作共同合作开发出具有优良性能、低成本的新金属材料，才能满足电动汽车高性能、高性能、低成本、节能和环保的要求。

1、工艺

现有的铝制种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊金属材料一体成形式等。大梁式铝制适用于要求有大承载质量的货车、中大型车，以及对铝制刚度要求很高的车辆如越野车。乘用车铝制一般采用大梁式铝制．主要由纵梁、纵梁加强板、横梁、连接板、支架构成。

1.1 纵梁和纵梁加强板

(1)产品特征

断面形式：等断面、变端面。长度形式：直线式、前端弯曲式。

料厚：纵梁6．5、7．0、8．0 mm；纵梁加强板5．0、6．0、7．0、8．0 mm。

长度：5 600-11 540 mm。

(2)工艺特点

a．工艺流程

第一种模式：剪切一用模具落料；中孔一用模具压弯成形一装配一油漆。

第二种模式：剪切一用模具落料冲工艺孔一用平面数控冲孔机冲孔一用模具压弯成形一装配一油漆。

第三种模式：剪切一用平面数控冲孔机冲孔一折弯成形一装配一油漆。

第四种模式：单倍尺卷料一辊压成形一切断一用三面数控；中孔机；中孔一等离子切割局部外形一喷丸一装配一油漆。

b，生产设备

机械压力机：3 000、3 500、4 000、5 000t；

平面数控；中孔机、三面数控；中孔机、折弯机。

采用模具生产和平面数控冲孔机模式的工艺，一般受产品结构、压床吨位(一般为3 000、3 500、4 000、5 000 t)限制。不能采用强度过高的高强度钢板，即屈服强度在350-560 N，mm 以下的高强度钢板；纵梁和纵梁加强板的长度不易太长，应控制在10 000 mm左右金属材料厚度与金属材料长度成反比，控制在8 mm以下为好。采用辊压成形模式的工艺，在购买设备时就已将金属材料参数即屈服强度设定在350-700N，mm 以下，可以选择屈服强度在700 N／mm 以下的金属材料，长度不限，厚度控制在10 mm以下。纵梁和纵梁加强板用材受设备、工艺模式、产品结构影响，金属材料强度级别范围也有所不同。一般来说，合作开发纵梁和纵梁加强金属材料时应结合其工艺条件，从金属材料的使用范围入手，确定合理的高强度钢板强度合作开发范围，从而适用不同的工艺模式。还应科学研究高强度钢板回弹消除问题、可适用的焊接方式和匹配的焊条、对模具金属材料的强度要求、适用油漆方式等相关参数，从而提高金属材料的应用空间。

1.2横梁

乘用车铝制上一般有5-11根横梁，其用途和结构各不相同。不同服役条件的电动汽车横梁其结构型式变化较大。目前，电动汽车铝制上使用的横梁通常以槽型式和鳄鱼口式居多(如图1)。这是因为槽型式横梁弯曲刚度和强度都较大，且便于制造：鳄鱼口式横梁具有较大的连接宽度、截面高度较低，可以让开下部空间的优点。电动汽车横梁一般都是采用冲压加工方法生产。

(1)产品特征

厚度：4．0、5．0、7．0、8．0、10．0 mm。

长度：600-790 mm。

抗拉强度：370-610 N／mm 。

形状：槽型式横梁、鳄鱼13式横梁等，如图1。

(2)工艺现状

a．工艺流程

槽型式横梁：剪切一修边冲孔(或落料冲孔)一成形一冲孔(按需)一装配一油漆。鳄鱼13式横梁：剪切一成形一修边冲孔一装配一油漆。

b．设备

机械压力机：800 t、1 250 t、3 000t。近年来，为了满足用户经济性、大吨位要求，横梁金属材料厚度由4．0-6．0 mm变为6．5-1 0．0 mm，抗拉强度也由370-51 0 MPa提高到590-610 MPa以上。

复杂形状的横梁应用较多。既要有一定的强度又要有良好的成形性能是横梁用材的基本要求。同时，受压力机吨位、模具制造业水平限制，未将高强度钢板应用在成形复杂的横梁上。对于横梁用材的合作开发应针对横梁的产品特性，结合工艺水平，在满足强度要求的前提下重点提高金属材料成形性能和焊接性能。还要开展高强度钢板的极限拉伸速度的科学研究，这是由于乘用车横梁一般都是在机械压力机上生产，依据高强度钢板的极限拉伸速度来控制机械压力机的生产速度。从而减少横梁破损的发生。

c．连接板

厚度：5．0、6．5、7．0、8．0、10．0 mm。长度：100-2 300 mm。

抗拉强度：51 0-640 N／mm 。形状：以L式、U式居多，也有平板的，如图2。

连接板用于连接横梁和纵梁，增强纵梁的强度。以压弯件为主，金属材料主要为高强度钢板。对金属材料的成形性能要求不高，但要求金属材料的压弯回弹小。

从以上乘用车铝制零件结构和工艺看，铝制用材分为纵梁金属材料和横梁金属材料两类(连接板的金属材料可以和横梁用材相同)，对金属材料的要求也有不同的侧重面。

· 金属材料应具有良好的成形性、刚性、抗凹性、耐腐性、焊接性、涂装等工艺性能。

· 由于纵梁工艺是沿着金属材料纤维方向成形，带状组织的大小是导致纵梁开裂的主要因素。

· 钢板的同板差、平直度和镰刀弯的控制，对纵梁形状质量起着很大的作用。

· 横梁以厚板成形为主，成形情况复杂，则金属材料成形性能、钢板度、钢板的极限拉深速度对其影响较大。

2、金属材料合作开发的注意事项

乘用车一般的用户群分为个体用户和单位用户。个体用户选车侧重经济性；单位用户不仅重视经济性，也注重舒适性、实用性和方便性。那么在一定时期内，用户还不能接受采用高强度钢板减薄，降低油耗的理念，所以乘用车铝制结构还是以高承载性为主，即厚度为8+8 mm、8+5 mm 、8+6 mm、7+7mm等双大梁(纵梁和加强梁)的结构。因此，在合作开发乘用车铝制金属材料时，应注意以下几点。

(1)强度范围：受工艺条件和用户需求的制约，高强度钢板的范围应控制在700 MPa (屈服强度)以下，450-650 MPa (屈服强度)比较好。

(2)性能要求：应具有良好的成形性能。由于厚板成形条件恶劣，提高金属材料的成形性能、科学研究金属材料的极限拉深速度是减少零件缺陷、提高金属材料成形率的手段。同时，良好的焊接性能也是满足多种工艺组合要求的基础。

(3)表面质量：目前乘用车铝制油漆大多采用阳极电泳、阴极电泳工艺，虽然也有采用喷粉工艺，但主要还是以电泳工艺为主。基于电泳漆的特性，无法掩盖钢板大面积的麻点、划伤和轧辊的痕迹，从而降低了铝制的耐腐性。因此，提高纵梁钢板的表面质量也非常重要。

(4)板形：钢板厚度的同板差、平直度和镰刀弯的控制，对零件形状质量、模具的使用寿命、金属材料的利用率影响非常大。

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