M 5重卡鋁燃油箱總成的研究開發(fā)

譚克誠，許冠能

M 5重卡鋁燃油箱總成的研究開發(fā)

譚克誠1，許冠能2

（1.柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州545007；2.廣西汽車拖拉機(jī)研究所，廣西柳州545007）

通過對M 5重卡鋁燃油箱總成的研究開發(fā)，得出M 5重卡鋁燃油箱總成設(shè)計(jì)與研制所要注意的技術(shù)關(guān)鍵和難題，為其它與之相類似的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研制提供有益的參考。

M 5重卡鋁燃油箱總成；研究開發(fā)；鋁合金

汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中重要的支柱產(chǎn)業(yè)，具有產(chǎn)業(yè)鏈長、關(guān)聯(lián)度高、就業(yè)面廣、消費(fèi)拉動大的特點(diǎn)。我國的汽車工業(yè)在近十多年來一直保持著較高的年增長率，在2013年初國家出臺的《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃》指導(dǎo)下，最終以產(chǎn)銷雙超1 800萬輛成為全球第一。與此同時，汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展與社會能源消耗及環(huán)境污染的矛盾日益加劇，為了科學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展，世界各國紛紛制定相關(guān)的法律法規(guī)對汽車的燃油消耗和尾氣排放進(jìn)行控制[1]。國家加快了機(jī)動車污染防治工作的步伐，分別于2001年、2004年、2008年實(shí)施了國Ⅰ、國Ⅱ、國Ⅲ排放法規(guī)，即將實(shí)施國Ⅳ排放法規(guī)[2]。排放達(dá)標(biāo)成為了汽車和發(fā)動機(jī)進(jìn)入市場的先決條件，而汽車排放控制的關(guān)鍵在于發(fā)動機(jī)的排放控制水平。為此，通過開展YCD4B54系列柴油機(jī)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品雙升級，有效保障車用發(fā)動機(jī)和整車協(xié)調(diào)發(fā)展，節(jié)能減排，提高產(chǎn)品競爭力和企業(yè)競爭力。

1 主要設(shè)計(jì)與研制工藝流程

主要的設(shè)計(jì)與研制工藝的流程如下：

市場調(diào)研、總體方案策劃與確定→應(yīng)用計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)→產(chǎn)品設(shè)計(jì)審核驗(yàn)證→模、夾、檢具研發(fā)→樣品試制→零件破壞性試驗(yàn)→設(shè)計(jì)改進(jìn)→總成試驗(yàn)驗(yàn)證→項(xiàng)目總結(jié)、驗(yàn)收鑒定。

2 產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)流程

2.1 產(chǎn)品工藝流程分析

燃油箱筒體與端蓋裝配完畢后將被裝夾固定在自動焊專機(jī)的變位器上，開始焊接前，操作人員一般用紗布蘸無水乙醇將待焊區(qū)擦拭一遍，目的是去除待焊區(qū)的油污，但焊接開始時并不能保證無水乙醇已完全揮發(fā)，特別是流進(jìn)裝配間隙中的乙醇，一旦有殘留，很容易使焊縫產(chǎn)生氣孔。

雖然制造燃油箱的鋁合金板材表面有一層塑料保護(hù)膜保護(hù)，但在制造過程中保護(hù)膜已破損，燃油箱焊接裝配前會將這層膜揭除，即鋁合金表面在焊接前已有不同程度的氧化和污染。燃油箱環(huán)形焊縫施焊前，并沒有對環(huán)縫待焊區(qū)及環(huán)縫與筒體直縫交疊處進(jìn)行機(jī)械清理，而筒體直縫的兩端部余高較大[3]，或存在弧坑及較厚的氧化皮，這些不利因素會影響環(huán)縫的焊接質(zhì)量。

在燃油箱筒體與端蓋焊接前，端蓋經(jīng)過輥壓縮口成形。輥壓成形后，端蓋縮口處的成形褶皺集中分布于端蓋圓角附近，在與直筒體對接裝配后，圓角附近的裝配間隙最大。但經(jīng)過生產(chǎn)跟蹤，成形褶皺一般出現(xiàn)在內(nèi)縮口部分，對裝配間隙影響有限，且最大裝配間隙不超過2 mm.經(jīng)過工藝驗(yàn)證，2 mm以下的間隙量對焊接質(zhì)量影響不大，即端蓋與筒體的裝配間隙控制在2 mm以內(nèi)時，輥壓成形褶皺不是造成目前焊縫缺陷的主要原因。

2.2設(shè)備改進(jìn)與工藝調(diào)整

該鋁合金燃油箱的整個焊接生產(chǎn)過程中，工藝上存在諸多不合理之處，因此對工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對自動焊設(shè)備進(jìn)行合理的改進(jìn)。

（1）要排除不確定工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響，就要改造目前的焊接設(shè)備，最好的辦法是引進(jìn)焊接機(jī)器人工作站，但考慮到經(jīng)濟(jì)性和企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，可針對目前設(shè)備的焊槍機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

（2）除了加強(qiáng)焊材庫存管控和防潮外，還需調(diào)整工序。成形完畢的燃油箱端蓋在裝配到筒體前，就用無水乙醇將端蓋的待焊區(qū)及縮口邊一并擦拭，除去油污，待無水乙醇徹底揮發(fā)后再進(jìn)行裝配[4]。施焊前對待焊區(qū)進(jìn)行機(jī)械清理，需用砂紙打磨筒體直縫的兩端部，保證環(huán)縫與直縫交疊處的焊縫余高不至過大，減小其對焊絲干伸長和保護(hù)氣流的影響，然后整體打磨一遍環(huán)形焊縫的待焊區(qū)，最后用毛刷掃除磨屑和灰塵，然后再執(zhí)行焊接.

3 產(chǎn)品創(chuàng)新

3.1 鋁合金新材料技術(shù)的應(yīng)用

采用鋁合金新材料替代傳統(tǒng)鋼板，由于鋁合金材料本身不含鉛等重金屬成分，且鋁合金產(chǎn)品無需進(jìn)行表面噴涂處理，實(shí)現(xiàn)綠色制造，節(jié)能環(huán)保。

3.2 產(chǎn)品輕量化設(shè)計(jì)

由于采用鋁合金新材料替代傳統(tǒng)鋼板，M5重卡鋁燃油箱總成的重量由53.75 kg下降至28.4 kg，產(chǎn)品輕量化達(dá)47.3%，如圖1所示。

圖1 M 5重卡鋁燃油箱總產(chǎn)品輕量化設(shè)計(jì)

4 如何解決技術(shù)關(guān)鍵和難題分析

4.1 技術(shù)關(guān)鍵一：新材料技術(shù)

通過鋁合金燃油箱項(xiàng)目的研發(fā)，選擇符合強(qiáng)度要求、成形性及焊接性能好的鋁合金材料，這對零件的材質(zhì)要求相對較高，尋找適合的材料成為本課題重中之重。

（1）開發(fā)過程問題點(diǎn)

燃油箱的選材的不一樣，零件在安全性能試驗(yàn)時，就會出現(xiàn)不同類型的缺陷，如焊縫開裂、箱體漏水等。原因可能是鋁板的強(qiáng)度不足、可焊接性能差。

（2）解決方法

經(jīng)過不斷地試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)鋁合金燃油箱的材料適合選用鋁錳合金3003，板料厚度t=2.0～3.0mm之間，才能承受得燃油箱的安全性能試驗(yàn)。3003為ALMn系合金，合金的強(qiáng)度不高，可采用冷加工（沖壓）方法來提高它的力學(xué)性能，同時該合金耐腐蝕好和焊接性良好。同時，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，3003合金、板料厚度t=2.0～3.0 mm之間的材料制作出來的燃油箱均符合鋁合金燃油箱制作的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及客戶的要求。

4.2 技術(shù)關(guān)鍵二：鋁合金板料的成形技術(shù)——采用專機(jī)制作

3003為AL-Mn系合金，雖然強(qiáng)度不高，可加工性良好，同時可采用沖壓的方法提高它的力學(xué)性能，但燃油箱外形體積大，部分安裝附件結(jié)構(gòu)特殊，通過模具加工的可行性不高。因此采用專機(jī)制作，如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 箱體卷圓

圖3 凸臺壓形機(jī)

圖4 零件成形凸臺

4.3 技術(shù)關(guān)鍵三：鋁合金板材的焊接技術(shù)

根據(jù)M5重卡鋁燃油箱總成材料采用3003合金，為了保證燃油箱的安全性能而采用直焊縫焊接專機(jī)和雙圓周焊接專機(jī)進(jìn)行焊接。如圖5所示。

圖5 M5重卡鋁燃油箱總成雙圓周焊接專機(jī)焊接

4.4 技術(shù)關(guān)鍵四：隔板壓裝技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過多方面的試驗(yàn)驗(yàn)證，把方法鎖定為通過在箱體的隔板處壓制出筋條以固定箱體與隔板。經(jīng)過不斷的技術(shù)改善及經(jīng)驗(yàn)積累，開發(fā)制作了專用的燃油箱壓筋條的設(shè)備。采用專機(jī)制作，隔板與箱體的定位準(zhǔn)確度高，壓筋一致性高、隔板出現(xiàn)脫落、撞裂的缺陷頻率降低，減小了售后返修率。如圖6和圖7所示。

圖6 隔板壓筋條圖

圖7 隔板壓筋條局部示意圖

4.5 項(xiàng)目技術(shù)性能指標(biāo)和水平

項(xiàng)目完成后達(dá)到的性能指標(biāo)及質(zhì)量指標(biāo)如表1所列。

表1 M5重卡鋁燃油箱總成性能指標(biāo)及質(zhì)量指標(biāo)

5 存在的技術(shù)問題及進(jìn)一步改進(jìn)提高的意見

項(xiàng)目完成后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，如圖8所示，當(dāng)然項(xiàng)目仍存在一些需改進(jìn)及提高的地方：

（1）沖壓件漏工序現(xiàn)象目前完全靠作業(yè)人員本工序自檢和后工序?qū)ι瞎ば虻哪恳暀z驗(yàn)來防止發(fā)生，但這種方式不可靠，只有靠工裝防錯才能進(jìn)一步確保零件品質(zhì)。目前已經(jīng)在焊具、模具上部分實(shí)施了零件的防錯，如防止沖壓漏沖孔、端蓋漏縮口等等，每道工序都能靠工藝裝備來實(shí)現(xiàn)防錯，這是努力的方向。

（2）隨著鋁合金燃油箱的量產(chǎn)，專業(yè)設(shè)備逐步取代作業(yè)人員勞動強(qiáng)度大的工作已成為一種趨勢，通過把勞動量大，強(qiáng)度大的、精度要求高的工作交給專機(jī)，人工只需做一些比較簡單的工作，這樣不僅可以防止漏焊、錯焊的問題發(fā)生，還可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的優(yōu)化，提升生產(chǎn)線的產(chǎn)能。在今后的項(xiàng)目改進(jìn)工作，多考慮人機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的效益，逐步提高產(chǎn)品品質(zhì)及產(chǎn)量，提高企業(yè)競爭力。

圖8 M 5重卡鋁燃油箱總成投產(chǎn)后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

6 結(jié)束語

本項(xiàng)目直接增加社會就業(yè)50人，提高了國產(chǎn)汽車關(guān)鍵零部件制造水平，降低了整車制造成本。單套產(chǎn)品有一部分外購配件可帶動周邊小型汽車零部件配套廠商的發(fā)展，間接擴(kuò)大社會就業(yè)機(jī)會。同時通過該項(xiàng)目的開發(fā)可豐富我公司對鋁合金新材料開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，積累我公司鋁合金新材料生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)能力，鍛煉公司技術(shù)、工藝、檢驗(yàn)人才，為今后開發(fā)生產(chǎn)其它鋁合金新材料鈑金件奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，推進(jìn)廣西車輛輕量化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展步伐。

[1]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊（基礎(chǔ)篇）[M].北京：人民交通出版社出版，2001.

[2]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2007.

[3]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊（設(shè)計(jì)篇）[M].北京：人民交通出版社出版，2001.

[4]汽車工程手冊編輯委員會.汽車工程手冊（制造篇）[M].北京：人民交通出版社出版，2001.

The Research and Development of Aluminum Fuel Tank Assembly M 5 Heavy Card

TAN Ke-cheng，XU Guan-neng
（1.Liuzhou Railway Vocational College，Liuzhou Guangxi545007，China；2.Guangxi Truck Research Institute，Liuzhou Guangxi545007，China）

Through the research and development of fuel tank assembly of M5 heavy aluminum，the M5 heavy truck aluminum fuel tank assembly，key techniques and problems needing attention for the design and development，provide a useful reference for other similar product design and development.

M5 heavy truck aluminum fuel tank assembly；research and development；aluminium allow

U464.136

A

1672-545X（2017）02-0014-03

2016-11-16

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（編號：桂科能1298025-2號）；柳汽重卡軸間差速器加工工序卡創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用（編號：桂教科研〔2016〕3號－KY2016YB765）

譚克誠（1973-），男，廣西象州人，碩士，副教授，研究方向?yàn)槠囯娮涌刂萍夹g(shù)和車輛工程；許冠能（1964-），男，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)槠?、零部件開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)研究。