商用车车架工艺技术与材料开发

蓝军

摘要：近年来，得益于国家政策的扶持和国内市场的旺盛需求，我国汽车工业发展极为迅速，同时汽车也消耗了大量的不可再生能源。因此，减少能源消耗，降低制造及使用成本成为了各汽车制造厂家的重点研究课题。汽车发展要求的轻量化、智能化、节能、舒适、安全和环保等离不开汽车新材料的开发,而汽车材料的开发又与汽车工艺技术的发展是密不可分的。基于此，本文主要对商用车车架工艺技术与材料开发进行分析探讨。

关键词：商用车车架；工艺技术；材料开发

1、前言

虽然这几年国内的钢铁行业也推出了一些适用于商用车车架高强度钢板如590、610、700MPa和超细晶粒钢等钢种,但并未在汽车制造企业大应用,制约的不仅是新材料价格,还有钢铁企业对汽车材料品种定位与商用车车架的工艺技术发展不同步。由此可见,钢铁企业的新材料开发必须依托汽业行业,而汽车行业也只有通过与钢铁企业合作共同开发出具有优良性能、低成本的新材料才能满足汽车高性能、轻化、低成本、节能和环保的要求。

2、商用车车架工艺技术——轻量化工艺

汽车轻量化的主要途径：一是采用比如高强度钢板、铝合金、镁合金和新型复合材料等强度更高、质量更轻的新型轻量化材料；二是应用以CAE为基础的现代结构优化技术设计汽车各零部件的结构，使结构部件薄壁化、中空化、小型化以及对零部件进行结构形状变更等，以实现最大限度地减轻零部件的质量。

2.1高强度材料替代轻量化

采用高强度材料替代进行轻量化是最简单的也是大家最容易想到的轻量化方法，它仅需将原有普通材料更换为高强度材料，同时减薄或减小零件尺寸，在保证强度等同于原结构的前提下实现轻量化设计。商用车车架因整车布置及各系统零部件安装的需要，目前采用的基本是边梁式梯形结构车架，另外为了减少工艺生产难度，所以其各零部件的结构也会设计得尽可能简单。因此在车架纵梁和车架整体结构方面，商用车车架无法像乘用车那样可以设计为中空或其他更有利于轻量化的结构。更多的便是通过将车架总成上的各零部件采用高强度钢板替代原来的普通钢板进行减薄设计实现轻量化。

2.2优化车架结构轻量化

优化车架结构进行轻量化，是指在不更换原有零件的材料，通过以CAE为基础的现代结构优化技术设计手段，在保证车架强度和刚度的前提下，对车架的结构形状进行改变，取消对车架强度和刚度无贡献或贡献小的零件，减薄或缩小尺寸实现轻量化。如以前的商用车车架普遍采用双层大梁，通过优化分析，可以设计为单层大梁，根据不同工况需要适当对车架做局部加强，以保证车架总成的强度和刚度和原车架相当。采用高强度材料替代和通过CAE分析优化车架结构两种方法是目前车架轻量化采用最多、也是最有效的方法，效果也是非常明显的。这两种方法在实际工作中应该是相辅相成，共同使用才能更大地挖掘出车架轻量化的空间，才能保证优化后的车架可靠。在上述轻量化方法的基础上，通过细化扩展，借助先进的设计优化软件，业界学者及汽车设计工程师们提出了很多的轻量化设计方法，开展了大量的车架轻量化设计工作，为车架的轻量化提供了大量的参考理论依据。

3、商用车车架材料开发分析

3.1高强度钢板的发展

目前国内已经批量生产高强度热轧钢板为700MPa级钢板，800MPa级及以上强度的高强度热轧钢板处于小批试用阶段，主要用在工程机械产品上，在商用车车架上暂时还无厂家试用。特别是900MPa以上的材料金相组织为“贝氏体+马氏体”(900MPa以下的材料为铁素体析出强化+贝氏体)，其延伸率较低，在10%左右，不适用于成型件，一般需采用焊接形式形成构件。因目前的热轧技术已经基本做到极限，如果要再进一步提高抗拉强度，需要进行热处理，这样会导致钢材成本大幅增加。随着钢材强度的提高，加工难度也会变大，对设备能力的要求也有所提高，因此需要调整设计方案和制造工艺，如设计上将零件厚度减薄。

3.2高强度钢的成型能力

(1)传统的车架纵梁成型工艺

传统的车架纵梁成型工艺主要为模具冲压成型，其具有生产效率高、质量稳定的特点，适用于单一品种的大批量生产，特别是可以进行双梁合压成型。其采用的压力机吨位较大，一般在3000t以上。压力机有油压机和机械式压力机两种，机械式压力机效率高；油压机成型过程中保压时间比机械式压力机稍长，对比同等吨位机械式压力机，具有成型后回弹少，质量更稳定的优点。因此，过去通常采用的机械式压力机逐步被油压机所替代。图,1为亚洲最大的6300t机械式压力机。

(2)车架纵梁的辊压成型工艺

辊压成型是与模具成型完全不同的纵梁生产工艺，辊压成型是辊轮在做旋转运动把纵梁带动向前的同时将纵梁逐步弯曲成型。其具有生产效率高，产品质量稳定，零件长度可以随时调整等优点。国内的辊压线在生产不同纵梁高度(即槽型宽度)时，需要更换辊轮，而更换辊轮和调试的时间较长。目前国外的辊压成型线通过伺服电机控制可在极短时间内完成产品料厚、槽宽和长度等参数的设置转换，且成型质量稳定，但设备非常昂贵，投入较大。如重汽采用了意大利Stam公司的辊压线。

对于高强度板，采用传统的成型工艺会因设备压力问题导致无法采用双梁合压。因此传统的生产工艺必须要进行改造以满足高强度板的成型能力要求，如采用辊压成型或采用单压工艺(即纵梁和纵梁加强板分别成型后再组合)。同时，冲孔和剪切设备也需要相应升级冲头和刀具，采用强度更高、耐磨性更好的材料所制作的冲头和刀具。若采用更高强度的钢板，上述工艺问题会更为严重，所以，车架的生产工艺也将会是未来几年内制约向更高强度钢板发展的重要因素之一。

4、结语

车架的结构性能影响着整车的正常行驶，所以车架轻量化必须在满足一定的强度和刚度的条件下进行。材料开发是现代汽车工业的重点课题，也是汽车工业长远发展的有力保障。

参考文献：

[1]乔艳军.商用车车架工艺[J].汽车工艺与材料，2008，（3）:15-20

[2]周岁华.商用车车架工艺技术与材料开发[J].汽车工艺与材料，2007（8）:37-38