重型卡车纵梁高效孔加工技术探讨
康小彪1，张佳1，何耿煌2
【摘 要】重型卡车纵梁是车架的重要组成部件，也是卡车上尺寸最大的结构部件，它是影响车架整体强度和质量的主要因素之一，纵梁孔的高精度与高效性加工一直是各重型卡车生产企业研究的关键技术课题。文中从制造纵梁的材料和现有制孔技术两方面进行探讨，提出采用数控钻孔与传统钻模相结合的新工艺措施，并且将新方法与现有方法进行了对比。 【期刊名称】机械工程师 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】3
【关键词】重型卡车；高效加工；车架；纵梁；制孔
0 引言
随着汽车工业的飞速发展，安全性与经济性是汽车研发首要解决的技术难题［1］。重型卡车由于其体积庞大和质量大，其经济性和质量的相互制约一直是影响其快速发展的主要因素之一。重型卡车车架是整个车身的脊梁，卡车上绝大部分的机械总成均安装在其上面，因此，重型卡车的车架不仅是受力最大的部件而且也是动力传输的基础部件［2］。必须在保证车架强度的基础上，最大限度地减轻车架质量，而减轻车架质量的一个最有效的措施便是减轻车架纵梁质量。
重型卡车纵梁是车架的重要组成部件，也是卡车上尺寸最大的结构部件［3］。随着行业技术的发展和用户需求的不断变化，重型卡车的更新换代速度非常快。因此，要求重型卡车车架的纵梁制造工艺和生产效率要和市场需求相适应。由
于国内外重型卡车生产厂较多，为了提高自身产品的市场竞争力和占有率，各大卡车生产企业不断采用新型金属材料、新制造工艺以及新设备来提高重型卡车的承载能力、减轻质量以及降低生产成本和油耗。高强度钢（如：T610L、WL590、T510 以及T700L 等）是目前重型卡车纵梁制造常用的材料［4］。由于高强度钢的应用，纵梁生产效率低的问题（特别是孔的高效加工）一直是影响重型卡车产能的限制性因素。因此，分析实现高强度钢制车架纵梁孔高效加工方法对提高纵梁生产效率具有十分积极的现实意义。
1 重型卡车纵梁专用高强度钢性能简析
目前，国外先进的重型卡车生产企业生产的车架纵梁（如图1 所示）普遍采用屈服强度为700 MPa 左右的高强度低合金钢（如图2所示），与传统纵梁相比，采用高强度低合金钢的纵梁免去了内部加强筋，从而减轻了自身质量，但同时也给实现高效加工（特别是孔加工）带来全新挑战。国内的一汽解放汽车有限公司曾研究采用屈服强度约为500 MPa 的特种钢制造卡车纵梁，但与国外先进重卡制造企业相比仍有不小的差距，车架的总体质量也明显大于国外的［5］。 国内某钢铁公司研制的重型卡车纵梁专用高强度低合金钢T700L 已经为各大卡车生产企业所用。国产高强度低合金钢与国外钢厂生产的高强度低合金钢强度等级对比分析如表1所示，其力学性能如表2所示。
国产高强度低合金钢主要用于制造重型卡车车架、传动轴以及轿车底盘等零部件。为了获得优良的冷加工成形性能和可焊性能，此类钢的含碳量较低，韧性较高，可切削性能、断屑性能和排屑性能较差，加工效率低［6］。
2 重型卡车纵梁孔加工现有方法分析
2.1 单次冲孔加工方法
纵梁单次冲孔加工是在压力机（压力F≥50 000 kN）上采用多孔复合冲压模具单次冲压成型的（冲孔设备如图3 所示）。采用这种方法加工孔，能大大提高纵梁的生产效率，并且孔的尺寸精度能满足设计要求，适合成批量生产。但其也有以下两方面缺点：1）冲压模具的更新换代常常滞后于产品的更新换代，且费用较高。当有新产品出现时，模具容易报废，新模具要耗费半年以上才能投入量产。2）冲压设备一次性投入费用较高，复合冲压模具的费用约为25 万元/台，而压力机的费用约为700 万元。 2.2 摇臂钻孔加工方法
摇臂钻孔是较为传统的孔加工工艺方法（如图4 所示）。由于纵梁的结构特点，摇臂钻孔无法实现一次性全孔成型。由于采用不同的钻孔模具，因此，摇臂钻孔分成U 型板钻孔和平面板钻孔两道工序，采用这种方法的优点是设备简单，投入费用少，生产适应性强，并且生产辅助周期短。缺点是生产效率低，加工孔形位精度较差。 3.3 数控钻孔加工方法
数控钻孔方法和传统的摇臂钻孔工序上相似，也需要分成U 型板钻孔和平面板钻孔两道工序。其中U 型板钻孔主要采用数控三面钻孔机，而平面板钻孔主要采用数控平面板钻孔机（数控钻孔系统如图5 所示）。数控钻孔的优缺点主要表现在：
1）数控钻孔优点：生产效率和孔成型精度高，工艺系统有良好的柔性；设备的生产适应性强，生产辅助所需时间短，特别适合品种多、批量化的纵梁生产。 2）数控钻孔缺点：钻孔设备维修较繁琐，对操作员要求比较高，维护费用和运行成本较高；一次性费用投入较大（主要费用包括钻孔设备和配套设施），其中
重型卡车纵梁高效孔加工技术探讨
