車架縱梁材料利用率分析

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車架作為汽車承載基體，支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、非承載式車身和貨箱等零件，承受著傳遞給它的各種力和力矩。車架是以金屬材料加工而成，縱梁是其核心部件。由于材料利用率是機(jī)械制造過程中一個(gè)重要的指標(biāo)，因此對材料利用率分析能夠幫助企業(yè)在生產(chǎn)制作中，找到提升的空間。

重型貨車車架

車架作為重型貨車汽車核心部件之一，由兩根互相平行且開口朝內(nèi)，沖壓制成的槽形縱梁及一些沖壓制成的開口槽形橫梁鉚接而成（見圖1）。其中縱梁是車架主要承載零件，也是車架中最大的加工件，其斷面為槽形結(jié)構(gòu)，加工工藝多采用沖壓。

圖1 車架總成

縱梁的加工工藝

如圖2所示，車架縱梁材質(zhì)主要為汽車大梁專用鋼，常見的牌號為510L、600L等，原材料都以熱軋鋼帶（寬度尺寸固定的鋼卷）狀態(tài)供貨。縱梁主要加工工藝是通過開平縱剪線將熱軋鋼帶縱剪到指定尺寸的大梁板，然后在板料上沖孔、沖壓成槽形，最后進(jìn)行切割和折彎?？v梁加工過程中，影響材料利用率最主要的是下料環(huán)節(jié)，即開平縱剪工序。

圖2 車架縱梁

原材料（鋼帶）

鋼帶是軋鋼企業(yè)為了適應(yīng)不同工業(yè)化生產(chǎn)各類金屬或機(jī)械產(chǎn)品的需要，而生產(chǎn)的一種窄而長的鋼板。鋼帶又稱鋼卷，每卷寬度相同，長度根據(jù)每卷的大小略有不同。鋼帶一般成卷供應(yīng)，按加工方法分熱軋鋼帶、冷軋鋼帶兩種。汽車大梁專用鋼為熱軋鋼帶，軋制寬度≥600mm的寬鋼帶。

材料利用率分析

選取市場比較常見的縱梁，截面規(guī)格為300mm×80mm×8mm，長度為7400mm的縱梁進(jìn)行材料利用率分析?？v梁截面如圖3所示。

圖3 縱梁截面

1.下料

查工藝加工手冊，將截面尺寸轉(zhuǎn)化成工藝下料的展開尺寸，即沖壓工序需要的板材尺寸?？v梁展開料尺寸：7400mm×428mm。鋼帶規(guī)格為1300mm×8C（C代表不定長度）?？v梁材料利用率見表1。

表1 縱梁材料利用率

2.分析廢料產(chǎn)生的原因

1）鋼帶兩側(cè)為原始軋制邊，寬度尺寸公差走正差，為保證零件尺寸，需剪裁原始邊，通常叫取邊絲。單邊取邊絲8～15mm，其材料損耗率為1.02%。

2）鋼帶料頭和料尾存在500～1000mm長度的不規(guī)則扇形區(qū)域，該區(qū)域不可使用。鋼帶外圈和內(nèi)圈因吊裝問題而導(dǎo)致壓痕、劃痕較多，并且外圈與地面直接接觸，拉痕較重。在開平縱剪過程中，鋼帶料頭和料尾裁剪共11.7m，其材料損耗率為4.62%。

鋼帶外徑2000mm，內(nèi)徑760mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，內(nèi)圈和外圈損耗共計(jì)11mm，材料損耗率為4.17%。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 709—2019的相關(guān)要求，對熱軋、不切頭尾的不切邊鋼帶檢查厚度、寬度時(shí)，兩端不考核，總長度L=90/公稱厚度（L單位為m，公稱厚度單位為mm），且≤20m。為標(biāo)準(zhǔn)不考核長度即：90/8 m=11.25m。

根據(jù)以上分析，縱梁材料損耗主要是在開平縱剪過程中，裁剪鋼卷的料頭和料尾處形成的。經(jīng)驗(yàn)測算損耗長度與國標(biāo)不考核長度數(shù)據(jù)相近，經(jīng)驗(yàn)測算值略小于真實(shí)損耗值1.47%。主要原因?yàn)槲纯紤]鋼帶取邊絲和零部件長度變化引起的廢料，后期可以參考經(jīng)驗(yàn)值快速推算縱梁材料利用率。

3.提高材料利用率措施

針對大批量縱梁生產(chǎn)，可采取以下措施，提高材料利用率。

1）采用EPS技術(shù)，對鋼帶進(jìn)行表面處理，去掉氧化皮和表面劃痕，增加鋼帶存放的工位器具，減小鋼帶料頭損耗。

2）改變現(xiàn)有吊裝方式，采用C形或其他專用吊具，減少內(nèi)圈和外圈吊裝壓痕。

3）通過改變縱梁加工工藝，將現(xiàn)加工工藝：開平縱剪（大梁板）—平面沖孔—沖壓，變更為：開平縱剪（小鋼卷）—輥壓成型—三面沖孔工藝，以減少縱梁長度變化帶來的損耗，適用于縱梁多品種柔性加工。

4）利用剪裁下的料頭、料尾，在可使用區(qū)域內(nèi)加工尺寸較小的非結(jié)構(gòu)重要件，減少料頭、料尾的損耗，提升鋼帶綜合利用率。

結(jié)語

車架是重型貨車中關(guān)鍵零部件之一，鋼材使用量大，并且汽車大梁專用鋼比普通鋼材價(jià)格高。通過對車架縱梁材料利用率分析，參照相關(guān)資料，找到提升鋼帶利用率的途徑，使車架縱梁材料利用率進(jìn)一步提升。