淺談卡車車架鉚接工藝及發(fā)展趨勢

喬憲濤

東風(fēng)柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545005

1 卡車車架鉚接工藝的概況

車架總成是卡車中最重要的基礎(chǔ)總成零部件之一，是卡車底盤的脊梁，幾乎所有的關(guān)鍵部件都裝配在車架總成上，它承受著所裝載的全部重量，傳遞著全部驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力，在卡車的運(yùn)行和制造過程中發(fā)揮著無可替代的作用和價(jià)值[1]。卡車車架主要由縱梁、橫梁、加強(qiáng)板、各種連接板及縱梁上的相關(guān)附件組成。各零部件間通過焊接、螺接、鉚接等工藝手段進(jìn)行組合。焊接一般用于雙層梁車間內(nèi)外梁定位塞焊和部分橫梁與連接板相連，螺接一般用于部分支架類連接，目前生產(chǎn)使用最廣泛的是鉚接工藝。鉚接工藝分為熱鉚和冷鉚，熱鉚是將鉚釘加熱到1000℃以上在通過鉚機(jī)進(jìn)行鉚接，冷鉚是在常溫下直接用鉚機(jī)進(jìn)行鉚接。熱鉚要求工藝條件較高不適用于目前大批量生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)，目前卡車行業(yè)內(nèi)基本采用冷鉚工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過風(fēng)動(dòng)鉚接機(jī)、液壓鉚接機(jī)等鉚接設(shè)備將不同標(biāo)準(zhǔn)的鉚釘鐓粗壓合成型。其中風(fēng)動(dòng)鉚接是利用對壓縮空氣來推動(dòng)風(fēng)錘持續(xù)擊打鉚釘使其鐓粗最終釘帽成型。液壓鉚接是利用液壓泵產(chǎn)生高壓液壓動(dòng)力輸出，通過專用合金結(jié)構(gòu)鋼制成的弓形鉚鉗進(jìn)行持續(xù)高壓鉚釘使其鐓粗成型。相比風(fēng)動(dòng)鉚接，液壓鉚接在生產(chǎn)過程中有以下諸多的優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)過程噪音小。（2）工作的要求和強(qiáng)度要求低。（3）鉚接力大生產(chǎn)效率高，約3秒鐘即可鉚接一只鉚釘。（4）生產(chǎn)環(huán)境要求低，不同的生產(chǎn)環(huán)境都能進(jìn)行工作。（5）鉚釘受力均勻，鉚接質(zhì)量高，同時(shí)可矯正車架局部變形。鑒于此目前卡車行業(yè)均采用液壓鉚接工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

2 卡車車架鉚接工藝中常見問題

鉚接工藝過程問題產(chǎn)生的影響因素有很多，主要有以下幾種：

（1）鉚釘自身：鉚釘?shù)牟馁|(zhì)選擇要根據(jù)設(shè)計(jì)需要合理選用，鉚釘長度要根據(jù)鉚接件的厚度進(jìn)行合理設(shè)定，過長則會(huì)在鉚接過程中產(chǎn)生鉚釘彎曲變形，甚至勉強(qiáng)成型引起多次鐓壓損傷鉚釘頭，過短則無法形成完整的鉚釘頭，甚至損傷鉚件。一般長度按L=1.4d+1.1H（L是鉚釘桿長度，d是鉚釘直徑，H是鉚接件總厚度）來選用。

（2）鉚釘孔徑及孔位：第一鉚釘孔徑一般比鉚釘直徑大5%-7%左右，通常卡車車架孔位大1mm，部分大0.5mm?？讖教笕菀桩a(chǎn)生鉚釘彎曲形成松聯(lián)接影響強(qiáng)度，太小則不易穿釘。第二鉚釘孔距鉚接件邊緣不能太近也不能太遠(yuǎn)，一般控制在孔邊到鉚接件邊緣1.5倍鉚接件厚度或2倍鉚釘直徑，最大不超過鉚接件厚度的8倍。第三鉚釘孔距彎曲件邊緣距離應(yīng)根據(jù)鉚模頭大小設(shè)定，以成型鉚釘頭不能落在彎曲半徑上和滿足鉚模頭作業(yè)空間為準(zhǔn)。第四鉚接位置設(shè)定要盡量滿足鉚釘受剪切載荷而非彎曲載荷或拉伸載荷，而且鉚接件厚度不同時(shí)預(yù)制鉚釘頭盡量放在薄鉚接件側(cè)。第五多層鉚接件孔位要確保不相互錯(cuò)層，一旦錯(cuò)層需進(jìn)行鉸孔，同時(shí)去除鉚接件間毛刺，總體來講相對于來講沖孔要好于鉆孔。

（3）鉚鉗使用的鉚模分為動(dòng)鉚模和靜鉚模，分別安裝在活塞桿和鉚鉗體上，鉚模腔的大小及深度要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求加工，太小鉚接后會(huì)在鉚釘頭周圍形成帽緣，太大鉚接后會(huì)在鉚件表面形成鉚模壓痕。

（4）鉚接操作：鉚鉗鉚接分為固定臥鉚鉚接和懸吊鉚接兩種。固定臥鉚鉚接一般用于縱梁鉚接，將鉚鉗固定在地面上，通過吊掛輸送把縱梁等部件放置到鉚鉗中心位置進(jìn)行鉚接作業(yè)。懸吊鉚接一般用于橫梁鉚接及總成拼接等，將車架總成各零部件放置在線體固定支撐架上，鉚鉗通過彈簧平衡器懸掛在空中導(dǎo)軌上，移動(dòng)鉚鉗的位置來進(jìn)行鉚接作業(yè)。無論哪種鉚接方式，鉚接操作時(shí)都要保證鉚鉗、鉚模中心線和鉚釘中心軸線應(yīng)該在一條直線上不能歪斜，否則會(huì)導(dǎo)致成型鉚釘頭偏離鉚釘中心或與鉚釘桿形成角度產(chǎn)生虛鉚，影響鉚接強(qiáng)度，或者造成鉚接件表面損傷。

（5）其他問題：車架鉚接過程安全方面也要重點(diǎn)關(guān)注，鉚鉗在不同時(shí)刻的鉚接活動(dòng)和鉚接動(dòng)作，都會(huì)承擔(dān)液壓設(shè)備的巨大壓力，而且工作的動(dòng)作頻繁且活動(dòng)復(fù)雜。因此鉚鉗材料的選擇要慎重，要保證鉚鉗的硬度、強(qiáng)度和耐久度，在鍛造過程中要避免內(nèi)部缺陷以免造成鉚鉗疲勞斷裂，另外在高壓的工作環(huán)境下液壓系統(tǒng)的管路強(qiáng)度及接頭密封要定期點(diǎn)檢，一旦漏油及時(shí)維修更換，避免油液泄露導(dǎo)致安全隱患發(fā)生。

3 將來卡車車架鉚接工藝發(fā)展趨勢

3.1 代替螺栓聯(lián)接工藝

車架螺栓聯(lián)接工藝是通過高強(qiáng)度螺栓將縱梁、橫梁、連接板以及其他附件等進(jìn)行連接的生產(chǎn)工藝方式，其優(yōu)勢在于：一是在螺栓連接操作時(shí)，一側(cè)用扳手固定螺母或螺栓頭，另一側(cè)用風(fēng)槍、電槍或定扭設(shè)備將螺栓或螺母快速擰緊。工具操作空間小，不用像鉚鉗鉚接那樣過多考慮干涉問題。二是常用扭緊工具體積小、重量輕，比用鉚鉗操作方便（即使鉚鉗吊掛有彈簧平衡器），易上手。但其也存在一定劣勢：首先為了承受重載荷，車架螺栓聯(lián)接均采用高強(qiáng)度螺栓和高強(qiáng)度螺母，生產(chǎn)成本高，一套高強(qiáng)螺栓和螺母的價(jià)格是一個(gè)鉚釘?shù)膸妆渡踔潦畮妆?，在一個(gè)車架上分布著數(shù)以百計(jì)的聯(lián)接位置，在大批量生產(chǎn)中螺栓聯(lián)接與鉚接的成本差距是顯而易見的。其次螺栓防松問題，雖然目前螺栓有各種防松結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但車架在車輛運(yùn)輸、行駛過程中因震動(dòng)、變載、沖擊等交變動(dòng)載荷或溫差發(fā)生較大變化時(shí)螺栓聯(lián)接有可能產(chǎn)生松動(dòng)。因松動(dòng)產(chǎn)生失效，可能導(dǎo)致整車性能受到影響，使用壽命縮短，嚴(yán)重的可能會(huì)產(chǎn)生安全事故，而鉚接相對來說比較穩(wěn)定可靠。綜上未來市卡車市場對整車輕量化、成本要求在加強(qiáng)，鉚接工藝的成本優(yōu)勢、可靠性優(yōu)勢更加明顯，隨著鉚接工藝發(fā)展，只要通過合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉚接位置布置，鉚接工藝使用范圍將更廣。

3.2 替代焊接工藝

焊接工藝在轎車和輕卡的車架制造上應(yīng)用比較廣泛，在中重卡上一般用在橫梁與橫梁連接板聯(lián)接、縱梁內(nèi)外梁塞焊定位以及一些不太重要的零件拼接上。焊接工藝的優(yōu)勢在于：不需在縱梁、橫梁、連接板等零部件上加工過多連接孔，對車架的強(qiáng)度影響較小。但其不足的問題是焊接后零部件都會(huì)產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中，引起整體或局部的變形，因此減少焊接件變形和效率提升，需要制造專用焊裝夾具。隨著市場個(gè)性化需求不斷提高，卡車車型更新?lián)Q代較快，雖然通用化設(shè)計(jì)程度也在同步提高，但車架種類也會(huì)隨之大量變化，如果采用大量焊接工藝，投入在車架焊接專用工裝夾具上的成本是非常巨大的，并且對于焊接質(zhì)量的控制也很難，所以與鉚接相比較，后者在成本、質(zhì)量控制等方面就更加的方便、直觀和經(jīng)濟(jì)。

3.3 數(shù)控機(jī)器人鉚接工藝應(yīng)用

目前國外一些設(shè)計(jì)公司已經(jīng)開發(fā)出數(shù)控機(jī)器人鉚接技術(shù)，其通過專門開發(fā)的機(jī)器人程序軟件結(jié)合專用的液壓鉚鉗，在專用的鉚接工裝上可以實(shí)現(xiàn)車架底盤，橫梁總成等模塊的全自動(dòng)化鉚接。另外針對一個(gè)車架上多種鉚釘規(guī)格，還研發(fā)出自動(dòng)換鉚鉗頭裝置，配合機(jī)器人和編程自動(dòng)更換對應(yīng)鉚釘直徑的鉚鉗頭，該技術(shù)已經(jīng)在VOLVO、IVECO等重卡車企業(yè)里有部分成生產(chǎn)線應(yīng)用。而國內(nèi)在這方面研究雖然取得一些突破但仍處于剛剛起步階段。車架鉚接是車架生產(chǎn)過程的重勞崗位，將來為了避免傳統(tǒng)人工勞作帶來的高強(qiáng)度，低效率，質(zhì)量控制一致性問題，為了使車架制造工藝方面更加高效、合理，最終形成高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)模式。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)器人鉚接技術(shù)在輕、中、重卡車架總成生產(chǎn)過程中將會(huì)占據(jù)越來越主導(dǎo)的地位。

4 結(jié)語

車架鉚接技術(shù)是卡車行業(yè)車架生產(chǎn)過程中最重要工藝技術(shù)之一，已經(jīng)被行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，但隨著技術(shù)的發(fā)展、精益化要求越來越高，鉚接技術(shù)還有很多地方需要我們不斷的摸索和探討，如鉚接工藝的優(yōu)化、鉚接設(shè)備的改善提升、鉚接質(zhì)量一致性管控、鉚接效率的提升等等方面。

另外從現(xiàn)階段甚至未來很長一段時(shí)期來看，在車架生產(chǎn)制造過程中鉚接工藝技術(shù)將和螺栓聯(lián)接技術(shù)、焊接工藝技術(shù)相互結(jié)合，在不同種類和規(guī)格的卡車車架生產(chǎn)制造中發(fā)揮著各自不同的作用和價(jià)值。但從車架鉚接工藝技術(shù)長遠(yuǎn)發(fā)展來看，隨著鉚接工藝技術(shù)不斷的發(fā)展，螺栓聯(lián)接工藝和焊接工藝技術(shù)終究會(huì)逐漸被鉚接技術(shù)所代替，從而進(jìn)一步使車架制造工藝更加科學(xué)、有效，車架生產(chǎn)成本更低，質(zhì)量更穩(wěn)定可靠。