內(nèi)高壓車架的同步工程開發(fā)

王飛

東風(fēng)（武漢）實業(yè)有限公司 湖北武漢 430000

高強(qiáng)度輕量化是汽車近幾年發(fā)展的主流趨勢，內(nèi)高壓成形技術(shù)就是在這種需求下發(fā)展起來的輕量化制造方法。液壓成形按液體介質(zhì)不同分為水壓成形和油壓成形；按坯料狀態(tài)不同分為管材成形和板材成形，其中內(nèi)高壓技術(shù)就屬于管材成形。它的原理是使液體壓力作用于管坯內(nèi)部，管壁在液體壓力的作用下緊貼模具型腔，由此制造出在軸線方向具有不同截面形狀的管狀部件。

傳統(tǒng)的沖焊方案設(shè)計出的零件是兩個半圈帶法蘭結(jié)構(gòu)，通過焊接連接到一起，這種設(shè)計和制造方案會導(dǎo)致零件出現(xiàn)材料利用率低、質(zhì)量大、成形精度差等缺點，且焊接易變形導(dǎo)致總成裝配誤差等問題。而采用內(nèi)高壓成形的方法減少了零件、模具、焊縫的數(shù)量，降低原材料和加工成本，提高了零件的整體性，增大了零件的強(qiáng)度和剛度及使用壽命，同時零件成形精度高，回彈很小，利于尺寸控制。同時，輕量化效果非常明顯。

傳統(tǒng)沖焊和內(nèi)高壓成形方案對比

1.傳統(tǒng)沖焊方案

傳統(tǒng)沖焊方案產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)沖焊方案產(chǎn)品

按照傳統(tǒng)沖焊方案設(shè)計，一共需要168個零件構(gòu)成，總質(zhì)量約為315kg，單臺試制費用預(yù)計為12.2萬元（不包含材料、工裝、標(biāo)準(zhǔn)件、型材及包裝物流等費用，見表1）。

表1 沖焊方案明細(xì)

2.內(nèi)高壓成形方案

內(nèi)高壓成形方案產(chǎn)品如圖2所示。

圖2 內(nèi)高壓成形方案產(chǎn)品

按照內(nèi)高壓成形方案設(shè)計，一共需要138個零件，總質(zhì)量約為305kg，單臺試制費用預(yù)計為6.8萬元（不包含材料、工裝、標(biāo)準(zhǔn)件、型材及包裝物流等費用，見表2）。

表2 內(nèi)高壓成形方案明細(xì)

由此可見，采用內(nèi)高壓成形方案相較傳統(tǒng)沖焊方案，零件數(shù)量減少約18%，質(zhì)量減少約3.2%，試制成本可以節(jié)約44.3%。

3.管材焊接成形方案

為了更全面地對比方案的優(yōu)劣，需考慮在傳統(tǒng)沖焊方案基礎(chǔ)上的優(yōu)化性方案，如采用管材焊接成形的方案，明細(xì)見表3。

表3 管材焊接成形方案明細(xì)

根據(jù)表3統(tǒng)計，按照管材焊接成形方案設(shè)計，一共需要138個零件，總質(zhì)量約為320kg，單臺試制費用預(yù)計為8.2萬元（不包含材料、工裝、標(biāo)準(zhǔn)件、型材及包裝物流等費用）。

相較于傳統(tǒng)沖焊方案，管材焊接成形方案在零件數(shù)量和費用上有明顯優(yōu)化，但是零件整體增重明顯，達(dá)不到整車輕量化的要求。

綜上所述，最終建議客戶按照內(nèi)高壓成形方案設(shè)計開發(fā)該車架，此方案受到客戶認(rèn)可，后續(xù)同步工程均以此方案為基礎(chǔ)進(jìn)行。

車架開發(fā)同步工程

1.焊接技術(shù)方案

（1）焊接技術(shù)方案 焊接技術(shù)方案如圖3所示。

圖3 焊接技術(shù)方案

考慮到許多位置都是重要安裝位置的安裝孔，因此決定先焊縱梁和橫梁再焊接成整體框架，最后焊接帶有安裝功能的支架，這樣可以最大程度減少焊接應(yīng)力變形對重要安裝點的影響。詳細(xì)焊接工藝如下。

1）工序件焊接，如圖4所示。

圖4 部分工序件焊接

2）橫梁焊接，如圖5所示。

圖5 部分橫梁焊接

3）縱梁焊接，如圖6所示。

圖6 部分縱梁焊接

4）框架焊接，如圖7所示。

圖7 框架焊接

5）總成零件合拼，如圖8所示。

圖8 總成零件合拼

（2）焊接技術(shù)方案主要問題點 具體分析如下：

1）如圖9所示，前懸架上安裝座組分總成過于復(fù)雜，裝配子件較多，即使分序也有部分位置難以焊接，建議優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，優(yōu)化可焊性，減少焊接工裝投入。

2）如圖10所示，因為后防撞梁組4個裝配孔應(yīng)為安裝掛鉤使用，所以中間小件應(yīng)都使用弧焊連接，雙面加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)使部分位置難以焊接，建議優(yōu)化。

圖10 后防撞梁組

3）如圖11所示，合拼工序部分區(qū)域零件過于密集，按照滿焊的思路，很多焊縫會重疊，建議優(yōu)化零件形狀，或者減少部分焊縫。

圖11 合拼工序部分區(qū)域

（3）焊接技術(shù)方案難點及解決措施 技術(shù)難點在于由于焊接變形會導(dǎo)致總成尺寸質(zhì)量不合格。

解決措施如下：

1）借鑒以往成功的焊接經(jīng)驗，科學(xué)設(shè)計成形件尺寸公差，督促公差設(shè)計要求落實到模具設(shè)計。同時精準(zhǔn)控制生產(chǎn)過程，以確保得到較為理想的焊件接頭裝配間隙。

2）合理設(shè)計焊接工裝，增加必要的輔助功能（如液壓缸強(qiáng)力裝夾和水冷塊的布置）。應(yīng)用焊接裝備仿真手段，指導(dǎo)焊裝布局，及時發(fā)現(xiàn)工裝夾具存在的問題并優(yōu)化。

3）正確布置定位焊點，合理制定焊接工藝順序，兩人同時對稱施焊，盡量采用橫焊接或船形焊。開展焊接仿真和疲勞仿真分析，提供技術(shù)支持。

4）成形件到焊裝調(diào)試現(xiàn)場時，安排具有鈑金成形豐富經(jīng)驗的人員到現(xiàn)場指導(dǎo)，提供技術(shù)保障。

5）總成專用檢具提前精準(zhǔn)測量，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)校。

2.成形技術(shù)方案

（1）成形技術(shù)方案介紹 沖壓成形技術(shù)方案見表4。內(nèi)高壓成形技術(shù)方案見表5。

表4 沖壓成形技術(shù)方案

表5 內(nèi)高壓成形技術(shù)方案

（2）成形技術(shù)方案主要問題點及解決措施 具體分析如下：

1）如圖12所示，紅色箭頭所指示重點零件需開成形軟模，以確保零件尺寸，其他小支架零件需要激光切割加折彎成形。

圖12 需開軟模零件示意

2）如圖13所示，電池包安裝支架零件型面及孔的要求高，但是零件本身存在成形性差的問題，需要增加拔模角。另外8個面的共面和孔的位置度要求無法保證，建議改為4個件或者2個件。

圖13 電池包安裝支架

3）如圖14a所示，左右后縱梁局部區(qū)域減薄嚴(yán)重，建議優(yōu)化R角，紅色圓弧R650mm調(diào)整為R720mm，黃色圓角R30mm區(qū)域加大，更改后成形狀態(tài)如圖14b所示。

圖14 左右后縱梁更改前后產(chǎn)品成形狀態(tài)對比

4）如圖15所示，左右前縱梁紅框處截面周長（496.3mm）與管坯周長（433.6mm）相差太大，成形開裂，需要將截面周長至少調(diào)整到470mm以下。

圖15 左右前縱梁截面周長

5）如圖16所示，左右前縱梁局部減薄嚴(yán)重，建議將局部圓角R20mm調(diào)整為R25mm，更改后成形狀態(tài)如圖16所示。

圖16 左右前縱梁更改前后產(chǎn)品形態(tài)對比

3.檢測技術(shù)方案

（1）檢測技術(shù)方案介紹 具體介紹如下：

1）成形單件檢測技術(shù)方案如圖17所示，紅色箭頭指示的單件需要開發(fā)檢具來保證尺寸的監(jiān)控。

圖17 成形單件檢測技術(shù)方案

2）總成檢測技術(shù)方案如圖18所示，在焊接成品工序后增加一序在線接觸式自動檢測設(shè)備（檢測關(guān)鍵尺寸，且可讀數(shù)）。

圖18 總成檢測技術(shù)方案

（2）檢測技術(shù)方案主要問題點 具體分析如下：

1）如圖19所示，14個電池安裝支架組孔與電池包的14個孔同時安裝，并且同時通過，孔相對位置度要求較高。而且14個孔所在零件都是焊接上去的，會存在焊接變形，孔的相對位置尺寸很難保證，建議調(diào)整需求。

圖19 電池安裝支架組孔

2）如圖20所示，后懸架前橫梁組裝為前后板周邊全貼設(shè)計，中間穿套筒裝配，套筒與零件單邊間隙只有0.5mm。裝配零件后前后板的6個同軸很難同時保證，存在裝件困難，建議調(diào)整結(jié)構(gòu)。

圖20 后懸架前橫梁組

3）很多單件設(shè)計無工業(yè)化定位孔，或者是有孔但是不能作為定位孔使用，建議增加相應(yīng)定位孔。

結(jié)語

綜上所述，內(nèi)高壓成形方案無論是從成本的角度出發(fā)，還是從零件質(zhì)量的角度出發(fā)都相對于傳統(tǒng)沖焊方案更有優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上完善焊接與檢測工藝方案，能確保最終成品零件滿足客戶的使用要求。同時產(chǎn)品采用內(nèi)高壓成形技術(shù)整車輕量化效果明顯，符合國家綠色環(huán)保、節(jié)能減排的理念。

該產(chǎn)品作為某車企第一款使用內(nèi)高壓成形技術(shù)的車架，對于后期其他平臺的研發(fā)也具有很大的參考價值，可以作為經(jīng)驗積累與技術(shù)儲備。