CN102092259A - 一种变截面车辆纵臂构件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种变截面车辆纵臂构件的制作方法，包括以下步骤：1）放样落料：选择设定厚度的钢板进行落料，落料后的坯料的轧制延展方向与待制作的变截面车辆纵臂构件的长度方向一致，且坯料具有呈C形的轴线；2）预弯；3）U型弯；4）切边；5）预卷合：以凸面向下放入预卷合模内，在压机上初卷成型，得到预卷合件；6）成形卷：将预卷合件凸面向下放入成形卷合模内，在压机上初卷成型，得到卷合件；7）整形：将卷合件依次在压机上进行轴套端整形和轮毂端整形；8）成型：将整形件放入标准模腔内完成最终成型；8）在卷合形成的内凹卷缝上焊接，并进行后加工，制得变截面车辆纵臂构件。本发明既可简化成型过程、又能保证构件制作精度和有效节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及车辆扭梁式后桥上的纵臂，尤其是一种变截面车辆纵臂构件的制作方法。
背景技术
车梁纵臂是用来连接轴套、扭梁、避震器和轮毂支撑板等构件构成车辆后桥的重要基础构件。
变截面车辆纵臂构件为一个中空管件，所述构件包括与轴套连接的轴套端、与轮毂安装板连接的轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述车辆纵臂构件的轴线为连续曲线。
所述变截面车辆纵臂构件制作方法涉及到一种中空焊接构件的形成，构件的轴套端与轮毂端的形成，以及构件上所述变截面车辆纵臂构件上若干个尺寸相同或不相同、圆或非圆的用于安装或其他用途的通孔的制作。
所述变截面车辆纵臂构件的制作方法是指该纵臂构件从落料直至构件制作完成所需的全部工艺过程。所述变截面车辆纵臂构件目前一般有两种成形方法，采用传统的工艺方法制作时，一般需要先冲压2个或2个以上的半片，再焊接成整体。需要多道加工工序，工步多、后续焊接要求高，且难于满足构件的一致性要求。另外一种是采用空心圆管经内高压成形的制作方法，其基本工艺过程是以等径管材作坯料，通过管材内部施加超高压液体，并在施压过程中通过对构件沿轴线方向的材料补充，使管坯在模具型腔内成形为所需工件。相对而言，内高压成形仅需要弯曲、内高压成形和端部切割三道工序，并且无须后续焊接，具有一定的先进性，但是采用内高压成形的工艺控制复杂，制作成本大，目前在实际使用上还具有较大限制。
发明内容
基于传统制作工艺对构件制作的后续焊接工艺要求高，难于满足构件一致性要求，内高压成型具有一定的先进性，无需焊接，制作精度高，但是工艺控制复杂，在实际使用上还具有较大限制，本发明提供一种既可简化成型过程、又能保证构件制作精度和有效节约成本的变截面车辆纵臂构件的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种变截面车辆纵臂构件的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：
1）放样落料：选择设定厚度的钢板进行落料，且落料的长度方向与原材料轧制的方向一致；
2）预弯：将坯料在冲模上作预弯处理；且预弯后所述坯料具有呈3字形的形状；
3）U型弯：将预弯后的坯料在压机上作U型弯成C字构件的外凸型面。
4）切边：C字坯料水平***冲模，作C字型坯件上的卷边依照制件卷合要求进行切边，保证卷边后的卷缝的一致性；
5）预卷合：以凸面向下放入预卷合模内，所述预卷合模具有如下形状特征：预卷合模的型腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述型腔的轴线为连续曲线，且型腔顶部接缝处呈外凸状；在压机上初卷成型，得到预卷合件；
6）成形卷：将预卷合件凸面向下放入成形卷合模内，所述成形卷合模具有如下形状特征：成形卷合模的型腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述型腔的轴线为连续曲线，且型腔顶部接缝处呈圆弧状；在压机上成型，得到卷合件；
7）整形：将卷合件依次在压机上进行轴套端整形和轮毂端整形；
8）成型：将整形件放入标准模腔内完成最终成型，所述标准模腔具有如下形状特征：标准模腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述标准模腔的轴线为连续曲线；
8）在卷合形成的内凹卷缝上焊接，并进行后加工，制得变截面车辆纵臂构件。
进一步，所述步骤5）中，所述预卷合模的型腔型腔的中部为扭梁连接段，所述型腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述型腔的轴线呈C形；
所述步骤6）中，所述成形卷合模的型腔型腔的中部为扭梁连接段，所述型腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述型腔的轴线呈C形；
所述步骤8）中，所述标准模腔的中部为扭梁连接段，所述标准模腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述标准模腔的轴线呈C形，从轮毂端平面来看，所述标准模腔的轴线呈S形，且所述轮毂端的中心与轴套端的圆弧中心具有偏距D。
当然，根据不同的变截面纵臂构件的形状，我们可以依照纵臂构件的形状设计匹配的预卷合模、成形卷合模以及标准模腔的形状。
再进一步，所述步骤7）中，所述轴线与轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为35~50.8o。
更进一步，所述步骤7）中，所述标准模腔至少包括三个连续或分段变化的截面形状。
所述步骤7）中，所述标准模腔的最短外表面素线与所述轮毂端与所在平面截交处的切线与该平面的夹角为42.2~56 o；所述标准模腔的最长外表面素线与所述轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为30.6~41.8 o。
所述步骤7）中，所述轴套端圆弧的型心轴线与所述轮毂端平面的夹角为104.8~125 o。
所述步骤7）中，与所述轮毂端平面相垂直的平面和所述轴套端圆弧的型心轴线的夹角具有倾角为0~2o 。
所述截面形状为以下之一：①圆形；②矩形；③梯形；④椭圆形；⑤异形。当然，也可以为其他截面形状。
所述步骤7）中，所述标准模腔的最短外表面素线为卷合后的焊接线。
所述步骤1）中，钢板的厚度为3~4.5毫米，钢板的力学性能为：屈服强度σs=330Mpa、抗拉强度σs=450Mpa、延伸率δ=33%，硬化指数n=0.23。
所述扭梁连接段的截面均呈圆形。当然，也可以采用其他形状。
本发明的有益效果主要表现在：简化异型复杂变截面构件的成型过程、将焊接的不利影响降低到最小，保证构件的一致性、提升制作精度，有利批量化生产。
附图说明
图1是车辆纵臂构件的安装示意图。
图2是变截面车辆纵臂构件的立体图。
图3是变截面车辆纵臂构件的侧面图。
图4是图3的A-A截面示意图。
图5是图3的B-B截面示意图。
图6是图3的C-C截面示意图。
图7是图3的D-D截面示意图。
图8是图3的E-E截面示意图。
图9是安装有轮毂安装板和轴套的变截面车辆纵臂构件的示意图。
图10是落料步骤的坯料示意图。
图11是预弯处理后的坯料示意图。
图12是图11的俯视图。
图13是U型弯处理后的坯料示意图。
图14是图13的俯视图。
图15是预卷合模的示意图。
图16是预卷合件的示意图。
图17是图16的俯视图。
图18是成形卷合模的示意图。
图19是卷合件的示意图。
图20是图19的截面图。
图21是标准模腔的示意图。
图22是成型后的示意图。
图23是图22的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图23，一种变截面车辆纵臂构件的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：
1）放样落料：选择设定厚度的钢板进行落料，落料后的坯料的轧制延展方向与待制作的变截面车辆纵臂构件的长度方向一致，且所述坯料具有呈C形的轴线；
2）预弯：将坯料在冲模上作预弯处理；
3）U型弯：将预弯后的坯料在压机上作U型弯；
4）切边：在冲模上作卷边切边，依照待制作的变截面车辆纵臂构件的尺寸大小进行切边，保证卷边后的卷缝的一致性；
5）预卷合：以凸面向下放入预卷合模内，所述预卷合模具有如下形状特征：预卷合模的型腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述型腔的轴线为连续曲线，且型腔顶部接缝处呈外凸状；在压机上初卷成型，得到预卷合件；
6）成形卷：将预卷合件凸面向下放入成形卷合模内，所述成形卷合模具有如下形状特征：成型卷合模的型腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述型腔的轴线为连续曲线，且型腔顶部接缝处呈圆弧状；在压机上成型，得到卷合件；
7）成型：将整形件放入标准模腔内完成最终成型，所述标准模腔具有如下形状特征：标准模腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述标准模腔的轴线为连续曲线；
8）在卷合形成的内凹卷缝上焊接，并进行后加工，制得变截面车辆纵臂构件。
进一步，所述步骤5）中，所述预卷合模的型腔型腔的中部为扭梁连接段，所述型腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述型腔的轴线呈C形；
所述步骤6）中，所述成形卷合模的型腔型腔的中部为扭梁连接段，所述型腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述型腔的轴线呈C形；
所述步骤8）中，所述标准模腔的中部为扭梁连接段，所述标准模腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述标准模腔的轴线呈C形，从轮毂端平面来看，所述标准模腔的轴线呈S形，且所述轮毂端的中心与轴套端的圆弧中心具有偏距D。
当然，根据不同的变截面纵臂构件的形状，我们可以依照纵臂构件的形状设计匹配的预卷合模、成形卷合模以及标准模腔的形状。
再进一步，所述步骤7）中，所述轴线与轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为35~50.8o，o。
更进一步，所述步骤7）中，所述标准模腔至少包括三个连续或分段变化的截面形状。
所述步骤7）中，所述标准模腔的最短外表面素线与所述轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为42.2~56 o ，优选范围35~39 o；所述标准模腔的最长外表面素线与所述轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为30.6~41.8 o ，。
所述步骤7）中，所述轴套端圆弧的型心轴线与所述轮毂端平面的夹角为104.8~125 o ，。
所述步骤7）中，与所述轮毂端平面相垂直的平面和所述轴套端圆弧的型心轴线的夹角为0~2 o；0 o时，所述轮毂端平面相垂直的平面和所述轴套端圆弧的型心轴线平行，当然，夹角也可以采用0.3~1.5 o。
所述截面形状为以下之一：①圆形；②矩形；③梯形；④椭圆形；⑤异形。
所述步骤7）中，所述标准模腔的最短外表面素线为卷合后的焊接线。
所述步骤1）中，钢板的厚度为3~4.5毫米，钢板的力学性能为：屈服强度σs=330Mpa、抗拉强度σs=450Mpa、延伸率δ=33%，硬化指数n=0.23。
所述扭梁连接段的截面均呈圆形。当然，也可以采用其他形状。
本实施例中，后加工只是加工变截面构件的轮毂端的外凸曲面上所分布的若干个尺寸相同或不相同、圆或非圆的用于和所构成的扭梁式悬架支撑板安装孔对应的通孔，在构件腹部上的用于制作定位、检测用的基准小孔，以及用于安装线夹及其他用途的圆或非圆小孔。
本实施例中，所述构件采用材料为3~4.5毫米的钢板，屈服强度σs=330Mpa、抗拉强度σs=450Mpa、延伸率δ=33%，硬化指数n=0.23的高强薄板或低碳钢板，经实际试验该构件优先采用材料厚度为4.5毫米的国标400高强优质薄钢板，经放样落料、预弯、U型弯、切边、卷合、整形等工艺成形为如图所要求的基本形状，制作过程如下：
1.将钢板原材按照排料优化方案预制为便于冲压上下料的合理尺寸，构件的落料应使构件的长度方向与钢板原材料的轧制延展方向一致的，以保证材料良好的卷合和延展性能，坯料参照图10；
2.将落料件在冲模上作预弯处理如图11和图12，也称一次拉伸；
3.将预弯后的工件在压机上作U型弯如图13，也称二次拉伸；
4．将上述经过U型弯的工件在冲模上作卷边切边，以保证卷边后的卷缝的一致性；
5.将经过切边的工件以凸面在上放入如图15所示的预卷合模内，在压机上初卷成型；
6.再将预卷合件以凸面在上放入如图18所示的成形卷合模内，在压机上成型，得到卷合件；
7.将卷合件依次在压机上进行小端整形、大端整形并且在具有标准模腔内完成最终成型，所述标准模腔如图21所示。
在卷合形成的内凹均匀卷缝上采用电弧焊而成。焊缝特征是沿轴线方向上构件表面的最短素线。
本实施例制得的车辆纵臂构件，以轮毂端所在平面为主视图方向，与所述轮毂端所在平面的垂直平面为侧视图方向，所述变截面卷合焊接车辆纵臂构件的轴线特征是：在主视图上呈S型，且轮毂端中心和轴套端的圆弧中心在该视图上具有一个偏距D，在侧视图上呈C型，参照图1~图3。
根据轮毂端的不同形状，纵臂构件在轴线上的变截面特征是沿轴线各个截面呈连续或分段变化的圆形、矩形、梯形或异型，其中至少包括3个或以上的规则或不规则的空心截面的周长是变化的，截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大。
参照图3，纵臂构件的几何特征是：所述轴线与轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为35~50.8o；轴套端的圆弧R的型心轴线与轮毂端所在平面相交呈104.8~125 o夹角。
参照图3，按照本制作方法制作的车辆纵臂构件的中部为扭梁连接段，即B-B剖切平面到C-C剖切平面之间的截面周长相等，且截面均呈圆形；纵臂构件自与型心轴线垂直的B-B剖切平面开始向轴套端方向渐变为如图4所示异形矩形，其中沿纸平面方向的尺寸大致为86毫米，沿与纸平面垂直的方向上的大致尺寸为46毫米 ；纵臂构件自与型心轴线垂直的C-C剖切平面开始向轮毂端方向渐变为如图7、图8所示的异形，并最终渐变为轮毂端截面，所述轮毂端截面包括光滑连接的四条直边和四个半径大致为自15毫米至28毫米范围内的圆弧；纵臂构件上最短外表面素线与轮毂端端面截交线上的切线与轮毂端平面的夹角为45-49O，构件上最长外表面素线与轮毂端端面截交线上的切线与轮毂端平面的夹角为35-39 O，端面上最大外形尺寸大致在100至150毫米之间。构件的最大的长度尺寸大致在450毫米，最大宽度尺寸大致在 250毫米，最大厚度尺寸大致在150毫米。
本实施例在结构上与现有纵臂制作的区别在于：（1）只有一条焊缝且焊缝处于构件轴线的内凹的最短素线上，使焊缝质量对构件的影响几乎可以忽略不计；（2）本发明采用多次冲压，卷合制作异型复杂变截面纵臂构件，具有降低制作成本，有利于大批量稳定生产的优点。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (11)
1.一种变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步骤：
1）放样落料：选择设定厚度的钢板进行落料，落料后的坯料的轧制延展方向与待制作的变截面车辆纵臂构件的长度方向一致，且所述坯料具有呈C形的轴线；
2）预弯：将坯料在冲模上作预弯处理；
3）U型弯：将预弯后的坯料在压机上作U型弯；
4）切边：在冲模上作卷边切边，依照待制作的变截面车辆纵臂构件的尺寸大小进行切边，保证卷边后的卷缝的一致性；
5）预卷合：以凸面向下放入预卷合模内，所述预卷合模具有如下形状特征：预卷合模的型腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述型腔的轴线为连续曲线，且型腔顶部接缝处呈外凸状；在压机上初卷成型，得到预卷合件；
6）成形卷：将预卷合件凸面向下放入成形卷合模内，所述成形卷合模具有如下形状特征：成形卷合模的型腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述型腔的轴线为连续曲线，且型腔顶部接缝处呈圆弧状；在压机上成型，得到卷合件；
7）整形：将卷合件依次在压机上进行轴套端整形和轮毂端整形；
8）成型：将整形件放入标准模腔内完成最终成型，所述标准模腔具有如下形状特征：标准模腔包括轴套端和轮毂端，所述轴套端的截面周长小于所述轮毂端的截面周长，所述标准模腔的轴线为连续曲线；
8）在卷合形成的内凹卷缝上焊接，并进行后加工，制得变截面车辆纵臂构件。
2.如权利要求1所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤5）中，所述预卷合模的型腔型腔的中部为扭梁连接段，所述型腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述型腔的轴线呈C形；
所述步骤6）中，所述成形卷合模的型腔型腔的中部为扭梁连接段，所述型腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述型腔的轴线呈C形；
所述步骤8）中，所述标准模腔的中部为扭梁连接段，所述标准模腔的截面周长从扭梁连接段到轴套端呈连续由小变大，从扭梁连接段到轮毂端呈连续由小变大，从与轮毂端垂直的平面方向来看，所述标准模腔的轴线呈C形，从轮毂端平面来看，所述标准模腔的轴线呈S形，且所述轮毂端的中心与轴套端的圆弧中心具有偏距D。
3.如权利要求1或2所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤7）中，所述轴线与轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为35~50.8o。
4.如权利要求1或2所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤7）中，所述标准模腔至少包括三个连续或分段变化的截面形状。
5.如权利要求1或2所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤7）中，所述标准模腔的最短外表面素线与所述轮毂端与所在平面截交处的切线与该平面的夹角为42.2~56 o；所述标准模腔的最长外表面素线与所述轮毂端所在平面截交处的切线与该平面的夹角为30.6~41.8 o。
6.如权利要求3所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤7）中，所述轴套端圆弧的型心轴线与所述轮毂端平面的夹角为104.8~125 o。
7.如权利要求6所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤7）中，与所述轮毂端平面相垂直的平面和所述轴套端圆弧的型心轴线的夹角具有倾角为0~2o 。
8.如权利要求4所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述截面形状为以下之一：①圆形；②矩形；③梯形；④椭圆形；⑤异形。
9.如权利要求1或2所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤7）中，所述标准模腔的最短外表面素线为卷合后的焊接线。
10.如权利要求1或2所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述步骤1）中，钢板的厚度为3~4.5毫米，钢板的力学性能为：屈服强度σs=330Mpa、抗拉强度σs=450Mpa、延伸率δ=33%，硬化指数n=0.23。
11.如权利要求1或2所述的变截面车辆纵臂构件的制作方法，其特征在于：所述扭梁连接段的截面均呈圆形。
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