“U”形橫梁生產(chǎn)工藝及其發(fā)展

針對如何實現(xiàn)“U”形橫梁多品種、小批量、快速低成本生產(chǎn)的課題，本文通過橫梁結(jié)構(gòu)特征的分析和橫梁生產(chǎn)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀與對比，提出了應(yīng)用數(shù)控柔性化生產(chǎn)工藝解決課題的方案，并總結(jié)了三種橫梁生產(chǎn)工藝的特點和優(yōu)劣，及其所適合的生產(chǎn)模式。最后，提出了要從研發(fā)開始進行橫梁標準化，以從根本上解決本課題的建設(shè)性意見。引言橫梁是卡車車架重要的組成零部件，車架就是通過若干根橫梁用鉚接法或焊接法將兩根縱梁連接成堅固的剛性構(gòu)架。橫梁不僅用來連接左右縱梁保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和承受縱向載荷，而且還可以支撐安裝在汽車底盤上的其他零部件，如：傳動軸吊架、貯氣筒、各類管閥等等。根據(jù)截面形狀，橫梁主要有“U”形、“Z”形、“工”字形、箱形等幾種結(jié)構(gòu)形式。其中“U”形橫梁不僅能滿足車架的扭轉(zhuǎn)剛度和強度的要求，而且生產(chǎn)工藝相比其他幾種形式的橫梁要更加簡單，同時與縱梁等其他零部件的裝配緊固，比其他幾種形式的橫梁更為方便，因此車架橫梁通常采用“U”形結(jié)構(gòu)（圖1）。“U”形橫梁雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于其在車架不同位置以及裝配不同零部件的需要，其開口、孔位以及外形尺寸均不同，同時這些尺寸隨著車形的變化而變化，車形越多橫梁的品種也越多。隨著卡車市場競爭日趨激烈，卡車行業(yè)正逐步形成個性化細分設(shè)計、快速小批量生產(chǎn)模式，以滿足客需求。因此，如何實現(xiàn)橫梁多品種、小批量、快速低成本生產(chǎn)，是橫梁生產(chǎn)工藝要解決的課題?！癠”形橫梁的結(jié)構(gòu)特征及其技術(shù)要求“U”形橫梁通常設(shè)計成直線形，材料根據(jù)其功能主要選用料厚3～8mm，抗拉強度370～700MPa的低合金高強度熱軋中厚鋼板。其結(jié)構(gòu)分為腹面和上、下翼面。腹面上設(shè)計布置有不同孔徑的孔，大孔主要為減重孔和各類管線的通過孔，小孔為裝配各類管閥等零部件的裝配組孔。上、下翼面上設(shè)計布置與縱梁連接的裝配組孔以及在橫梁本體上裝配傳動軸吊架、各類管閥等組孔，為了避讓底盤裝配空間和減重的需要，部分橫梁的上、下翼面設(shè)計有弧形缺口。為了便于底盤各類管、線的通過，橫梁的兩端通常設(shè)計半圓形或矩形缺口，如圖1所示。圖1“U”形狀橫梁為了滿足車架裝配和底盤性能的要求，“U”形橫梁裝配孔位的精度要求控制在±0.3mm以內(nèi)，大孔及相關(guān)缺口等外形尺寸精度控制在±1mm以內(nèi)。如圖2所示，與車架及底盤裝配強相關(guān)的橫梁根部開口尺寸A，頂部開口尺寸B，腹面D范圍內(nèi)的平面度F的公差要求控制在A-1-2mm、B0-1mm、F≤0.4mm以內(nèi)，否則會影響車架及底盤裝配質(zhì)量。圖2“U”形狀橫梁結(jié)構(gòu)參數(shù)傳統(tǒng)的“U”形橫梁生產(chǎn)工藝根據(jù)“U”形橫梁的結(jié)構(gòu)特點，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝采用模具生產(chǎn)工藝，通常有兩道工序：落料沖孔（沖裁外形并沖孔）和壓彎成形。如圖3所示，此生產(chǎn)工藝需要裝備4000kN、6300kN、8000kN、10000kN、12500kN等工作臺面較大的中大形壓力機，既可以是液壓機，也可以是機械式壓力機。一般液壓機多用于壓彎成形，機械式壓力機多用于落料沖孔。同時，還必須配備如圖4所示的落料沖孔模和壓彎成形模，不同品種的橫梁使用不同的模具，品種越多模具數(shù)量也越多。該工藝生產(chǎn)節(jié)拍快效率高，但是模具的投入費用較大，模具的設(shè)計制造周期長達3個月，因此只適合少品種大批量的生產(chǎn)方式。對于年產(chǎn)量少于5000件的多品種小批量的生產(chǎn)方式，使用該生產(chǎn)工藝需要花費較高設(shè)備工裝成本和較長生產(chǎn)準備時間，容易錯失市場機會。圖3E1S-1250壓力機群圖4落料沖孔模傳統(tǒng)的手工鈑金工藝能實現(xiàn)橫梁多品種小批量的生產(chǎn)方式，其工藝通常包括：切割外形→打磨→鉆孔→折彎。此手工工藝只需要割槍、手持砂輪機、如圖5所示的鉆床、如圖6所示的折彎機、鉆模板等簡單設(shè)備工裝即可，因此所需的設(shè)備工裝成本低。但是，在小批量生產(chǎn)的條件下，存在生產(chǎn)節(jié)拍長、生產(chǎn)效率低，孔位精度、折彎的開口尺寸、切割的外觀質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率高等問題。因此，該生產(chǎn)工藝只適合極少量的橫梁試制，不適合量產(chǎn)。圖5鉆床鉆孔圖6折彎機折彎數(shù)控柔性化“U”形橫梁生產(chǎn)工藝的應(yīng)用隨著激光和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，使“U”形橫梁的生產(chǎn)工藝進一步發(fā)展，形成了激光切割、數(shù)控沖孔、模具壓彎成形相結(jié)合的一種新的數(shù)控柔性化橫梁生產(chǎn)工藝。其工序為：數(shù)控激光切割外形→數(shù)控沖孔→模具壓彎成形。該工藝采用如圖7所示的數(shù)控激光切割機切割橫梁的外形和大孔，采用如圖8所示的數(shù)控平板沖進行橫梁的孔加工，采用如圖9所示的一套通用壓彎模通過對凸、凹模鑲塊加減墊片來實現(xiàn)不同開口尺寸的“U”形壓彎。采用數(shù)控激光切割不僅橫梁的外形尺寸得以保證，切割的斷面外觀質(zhì)量高且無切割瘤，可消除打磨工序。數(shù)控平板沖使橫梁的裝配孔加工精度與模具沖孔精度相當，雖然節(jié)拍比模具沖孔慢，但是能省去大量的模具費用。該工藝比傳統(tǒng)的手工鈑金工藝質(zhì)量更穩(wěn)定，雖然設(shè)備工裝成本比手工工藝高，但其生產(chǎn)節(jié)拍快效率更高。與傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)工藝相比較，質(zhì)量保證方面相當，雖然節(jié)拍比模具生產(chǎn)慢，但節(jié)省了大量的工裝模具成本，也極大的縮短了生產(chǎn)準備時間。綜合來看，該柔性化生產(chǎn)工藝非常適合“U”形橫梁多品種小批量的生產(chǎn)方式，更適應(yīng)當前瞬息萬變的市場形勢。圖7數(shù)控激光切割圖8小型數(shù)控平板沖圖9通用壓彎模近年來，越來越多的新材料得到廣泛應(yīng)用，一種合金狀態(tài)6082-T6的鋁合金材料代替中厚鋼板應(yīng)用到“U”形橫梁生產(chǎn)中，目前該材料已在部分不受載荷的尾橫梁中得到試用，如圖10所示。該橫梁采用擠壓工藝進行成形，成功地解決了“U”形橫梁成形柔性化和模具壓彎中的回彈和扭曲質(zhì)量問題。但其孔加工采用模具沖孔工藝以保證孔位精度，由于是已成形的“U”形橫梁進行模具沖孔，需要2套模具分別沖腹面和翼面的孔。這就又回到了傳統(tǒng)模具生產(chǎn)工藝的劣勢中，不過目前公司正在研發(fā)小截面“U”形三面數(shù)控沖孔設(shè)備，一旦研發(fā)成功，“U”形橫梁的生產(chǎn)工藝將會得到進一步的發(fā)展。圖10鋁合金擠壓成形的尾橫梁結(jié)束語數(shù)控柔性化橫梁生產(chǎn)工藝的應(yīng)用實現(xiàn)了橫梁多品種、小批量、快速低成本生產(chǎn)，其實質(zhì)是解決目前公司車型多造成橫梁品種多的問題。只要橫梁品種減少就能實現(xiàn)少品種大批量生產(chǎn)方式，就能縮短生產(chǎn)準備周期降低