CN105035171B - 一体成型的汽车空气悬架用c形梁及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体成型的汽车空气悬架用C形梁及其加工方法。C形梁包括由一体成型的空心管材制成的C形梁本体，所述加工方法依次包括以下步骤:步骤①在压机上利用缩孔凹模对空心管材的端部进行至少二次端部缩孔；步骤②在多向压机上分别利用锥度压板和端部压板对空心管材的端部和端部进行锥度压制及端部压制；步骤③将空心管材一体地放入呈对称结构的分半胀形凹模中，向空心管材中填充液体介质实现液压胀形；以及步骤④将胀形后的空心管材放入到弯曲模中，向空心管材内装入填充物，完成弯曲成形获得所述C形梁。由于C形梁为一体成型，避免焊接不牢固而影响C形梁稳定性，使整个C形梁受力均匀，且抬高强度并减少了总重量。

Description

一体成型的汽车空气悬架用C形梁及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种汽车的承载构件，具体涉及一种一体成型的汽车空气悬架用C形梁及其加工方法。

背景技术

随着汽车及零部件技术的发展，空气悬架在汽车尤其是一些客车上日益普及。C形梁(或称作U形梁)作为整个悬架最主要的承载构件，其通常是一个具有弯曲部分的焊接件。具体来说，C形梁在汽车底盘中起到重要的支撑作用，其安装在汽车底梁上，并通过减震系统间接与车轴两端的车轮连接。除了用于支撑整个车厢之外，C形梁还可以吸收当汽车发生碰撞或者其他外部能量，进而保证车辆所载人员的安全。

由于C形梁尺寸比较大，如果采用铸造工艺，则单个C形梁的整体铸造件重量不低于200kg，除了影响车辆动力性能外，还存在加工麻烦、成本高的缺点。也有将C形梁由上半体与下半体焊接形成的方法，由于C形梁的两端受力较大，容易造成C形梁断裂，另外，由于上半体与下半体的长度不一致，在焊接后端部会产生错位，在汽车高速行驶时，容易对C形梁焊接处产生较大应力，造成C形梁折断。如果发生焊接不牢固的情况，则会影响整个C形梁的支撑能力，容易产生安全隐患。

发明内容

为解决上述提到的C形梁生产加工工艺复杂、强度较低且易存在安全隐患的缺点，本发明提供一种一体成型的汽车空气悬架用C形梁及加工方法。

具体地，本发明提供一体成型的汽车空气悬架用C形梁，其包括由一体成型的空心管材制成的C形梁本体，所述C形梁本体呈沿垂直对称轴左右对称的C形结构，所述C形梁本体包括一个中间部以及中间部两端的两个过渡部和两个端部，所述端部包括第一端部和第二端部，所述中间部具有水平的上表面和水平的下表面，所述端部具有与所述中间部的上表面同侧的第一表面和与所述中间部的下表面同侧的第二表面，并具有朝向末端方向逐渐缩小的截面，所述过渡部将所述中间部和所述端部连接在一起，所述过渡部沿长度方向呈弧形，具有与所述中间部的上表面同侧的第一弧面和与所述中间部的下表面同侧的第二弧面，所述第一弧面分别与所述中间部的上表面以及所述端部的第一表面相 切，所述第二弧面分别与所述中间部的下表面以及所述端部的第一表面相切；其特征在于，所述C形梁本体的所述中间部、所述过渡部和所述端部具有相对的外凸侧表面，从而使得C型梁本体具有鼓形截面形状，所述鼓形截面包括平行的所述上边和所述下边以及两个外凸侧边，所述中间部的外凸侧表面轮廓线与所述过渡部的同侧外凸侧表面轮廓线之间形成所述过渡部的锥角，所述过渡部的锥角为6度，所述中间部的纵轴中心线与所述端部的纵轴中心线的夹角为45度，所述C形梁本体的壁厚为8mm。

而且，本发明还提供了一种制造前述一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，所述加工方法依次包括以下步骤，步骤①：在压机上利用缩孔凹模分别对所述空心管材的第一端部和第二端部进行至少两次端部缩孔；步骤②：在多向压机上分别利用锥度压板和端部压板对所述空心管材的第一端部和第二端部进行锥度压制及端部压制；步骤③：将所述空心管材放入呈对称结构的分半胀形凹模中，向空心管材中填充液体介质实现液压胀形；以及步骤④：将液压胀形后的空心管材放入到弯曲模中，向空心管材内装入填充物，在所述第一端部插入第一摆杆并在所述第二端部中插入第二摆杆，通过第一摆杆和第二摆杆向弯曲模方向偏转完成弯曲成形并获得所述C形梁。

可优选的是，所述步骤①中端部缩孔经过3次缩孔完成，空心管材的端部用固定装置固定，在第一步端部缩孔中，用第一缩孔凹模进行缩孔，将空心管材的端部外径尺寸由120mm缩孔至110-112mm；在第二步端部缩孔中，用第二缩孔凹模进行缩孔，将空心管材的端部外径尺寸由110-112mm变成101-103mm；在第三步端部缩孔中，用第三缩孔凹模进行缩孔，将空心管材的端部外径尺寸由101-103mm变成92-94mm。

可优选的是，所述步骤②中，将缩孔后的空心管材的第一端部和第二端部分别用固定装置固定，将锥度压板设置在空心管材的第一端部和第二端部的前方和后方并沿垂直于空心管材中心线的前后方向同时从前方和后方压制，以便将所述第一端部和第二端部沿前后方向的长度尺寸由92-94mm变为61-63mm；之后，将端部压板设置在第一端部和第二端部的上方和下方，并沿垂直于空心管材中心线的上下方向进行压制。

可优选的是，步骤④中所述填充物为钢砂。

可优选的是，所述空心管材的长度为2060mm-2070mm。

可优选的是，步骤③中所述液体介质为液体油。

可优选的是，所述空心管材的材质为16Mn。

本发明提供了一种制造一体成型C形梁的方法，对现有生产工艺提出了较 大的改进。通过步骤①的至少两次端部缩孔，步骤②沿纵向Z同时从前方和后方的锥度压制及沿方向Y进行压制端部压制，步骤③胀形及步骤④的弯曲成形制成基本呈矩形优选为鼓形横截面的C形梁本体。本发明所述的加工方法借助于模具实现了对一体成型C形梁的精密制造，在汽车高速行驶时，不易发生C形梁折断，保证了车辆的运行安全。由于整个C形梁本体为中空结构，所以整体重量减轻了；同时制造工艺精度高，增加了整个C形梁的强度，且避免了因为焊接影响C形梁整体性能的缺点，较大地提高汽车的整体性能。此外，由于通过本方法制造的具有高强度的一体成型C形梁能够吸收当汽车发生碰撞或者交通事故之外的能量，进而保证车辆所载人员的安全。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的正面结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为本发明C形梁本体的M-M剖面结构示意图；

图5a-图5c为本发明C形梁加工方法中的端部缩孔步骤示意图；

图6a-图6b为本发明C形梁加工方法中的锥度压制步骤示意图；

图7a-图7b为本发明C形梁加工方法中的端部压制步骤示意图；

图8a-图8b为本发明C形梁加工方法中的胀形步骤示意图；以及

图9a-图9c为本发明C形梁加工方法中的弯曲步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及工作原理做进一步解释。如图1所示，本发明提供一种一体成型的汽车空气悬架用C形梁，其包括由一体成型的空心管材制成的C形梁本体1。C形梁本体1的壁厚为6-9mm，优选壁厚为8mm，这样既保证C形梁的承载力较大又不易弯折。并且由于整个C形梁本体1为中空结构，整体重量较轻，并且能够吸收当汽车发生碰撞或者交通事故之外的能量，进而保证车辆所载人员的安全。

如图2-图3所示，C形梁本体1呈沿垂直对称轴Y1左右对称的C形结构，包括一个水平的中间部2以及中间部两端的两个过渡部3和两个端部4，并且两个过渡部3和两个端部4从中间部2开始分别向上翘。

下面以左右对称部分的一侧为例进行说明。

中间部2具有水平的上表面21和水平的下表面22，以及相对应的两个外凸的侧表面，使得中间部2的横截面呈鼓形，且中间部2的纵向各个位置处其 横截面的大小相同。

所述端部4具有与所述中间部2的上表面21同侧的第一表面41和与所述中间部2的下表面22同侧的第二表面42，以及相对应的两个外凸的侧表面，使得端部4的横截面呈鼓形并朝向末端方向逐渐缩小。

所述过渡部3将所述中间部和所述端部连接在一起，所述过渡部3沿长度方向呈弧形，具有与所述中间部2的上表面21同侧的第一弧面31和与所述中间部的下表面同侧的第二弧面32，以及相对应的两个外凸的侧表面，使得过渡部3的横截面呈鼓形，两个侧表面从中间部向端部方向逐渐靠近，使得过渡部3的横截面呈鼓形并朝向末端方向逐渐缩小。

所述过渡部3的所述第一弧面31分别与所述中间部的上表面11以及所述端部的第一表面21相切，所述第二弧面32分别与所述中间部的下表面22以及所述端部的第一表面42相切。如图2所示，上表面21和与过渡部的第一弧面31的交线与纸面相交于点A,下表面22和第二弧面32的交线与纸面相交于点C，第一弧面31的中心轴与纸面相交于点O1，第二弧面32的中心轴与纸面相交于点O2，点01和点02均位于连线AC上。第一弧面31的半径R1为420mm--440mm，优选半径R1可以为420mm,425mm,430mm或者440mm。第二弧面32的半径R2为470mm---490mm，优选半径R2可以为470mm,475mm,478mm或者480mm或者488mm。

如图3-图4所示，中间部2的纵轴中心线X1与端部4的纵轴中心线P1之间夹角α为40-46度，可优选的是夹角α约为45度。如果夹角α角度过大或者过小，均容易使过渡部3的受力过于集中，不利于受力分散，容易使C形梁在使用时出现断裂，造成安全隐患。

所述中间部2的外凸侧表面的轮廓线23与所述过渡部3的同侧外凸侧表面的轮廓线33之间形成所述过渡部的锥角β，过渡部3的锥角β为4-8度，可优选的是夹角β为6度，这样夹角β的选择更有利于使整个C形梁本体受力均匀。

所述端部4在末端处两个侧表面之间的距离与中间部2的两个侧表面之间的距离之间具有一个长度差ΔH，ΔH为32-37mm，优选的ΔH为35mm。

如图4所示，中间部2沿M-M向的剖面为水平平行的上表面21和下表面22以及两个侧壁外凸的鼓形截面。鼓形截面的外凸侧壁可以增加C形梁受力的均匀性。C形梁本体1的壁厚d沿整个梁是相同的，均为6-9mm，优选为8mm。由于减小了壁厚，在确保安全的前提下降低了整个C形梁的重量。C形梁本体1的高度h大于宽度w,从而C形梁抗弯截面模量大并使具有更可靠的承载能力。

下面以一个具体实施例对本发明的具体结构作进一步说明。

本发明提供一种一体成型的汽车空气悬架用C形梁，C形梁本体1的壁厚 为6mm，C形梁的承载力较大，不易弯折，并且由于整个C形梁本体1为中空结构，整体重量较轻，并且能够吸收当汽车发生碰撞或者交通事故之外的能量，进而保证车辆所载人员的安全。一体成型的C形梁本体1在汽车高速行驶时，不易发生C形梁折断。

C形梁本体1呈沿垂直对称轴Y1左右对称的C形结构，包括中间部2、过渡部3以及端部4。下面以左右对称部分的一侧为例进行说明，中间部2具有水平的上表面21和水平的下表面22，过渡部3以圆弧连接段方式将中间部2和端部4连接在一起，而端部4具有朝向端口44方向逐渐缩小的截面。

过渡部3包括半径为R1的第一弧面31和半径为R2的第二弧面32。过渡部3的第一弧面31分别与端部4的第一侧面41和中间部2的上表面21相切，过渡部3的第二弧面32分别与端部4的第二侧面42和中间部2的下表面22相切。

上表面21和与过渡部的第一弧面31的交线与纸面相交于点A,下表面22和第二弧面32的交线与纸面相交于点C，第一弧面31的中心轴与纸面相交于点O1，第二弧面32的中心轴与纸面相交于点O2，点01和点02均位于连线AC上。第一弧面31的半径R1为430mm。第二弧面32的半径R2为478mm。

如图4所示，中间部2沿M-M向的剖面为水平平行的上表面21和下表面22以及两个侧壁外凸的鼓形截面。鼓形截面的外凸侧壁可以增加C形梁受力的均匀性。C形梁本体1的壁厚d沿整个梁是相同的，均为8mm。由于减小了壁厚，在确保安全的前提下降低了整个C形梁的重量。C形梁本体1的高度h大于宽度w,从而C形梁抗弯截面模量大并使具有更可靠的承载能力。

如图3-图4所示，中间部2的纵向中心线X1与端部4的纵向中心线P1之间夹角α为45度。如果夹角α角度过大或者过小，均容易使过渡部3的受力过于集中，不利于受力分散，容易使C形梁在使用时出现断裂，造成安全隐患。此外，过渡部3的锥角β为6度，中间部3与端部4的长度差ΔH为35mm。

下面进一步以实施例的方式对本发明的C形梁的加工方法进行说明。

本发明选用的坯料为16Mn的空心管材50，其外径为120mm，长度为2060mm-2070mm，优选为2065mm，壁厚为12.2mm，材料的屈服强度为355MPa，抗拉强度为500MPa。本发明的C形梁本体1的加工方法包括下面步骤，而且在下面示意图中为清楚起见仅示意出本发明C形梁本体1的半剖示意图

步骤①端部缩孔

端部缩孔工艺过程如图5a-5c所示，分成至少2步缩孔完成，该工艺过程 在诸如液压机的压机上实现，本实施中以三步端部缩孔为例，需要3套缩孔凹模。

如图5a所示，在第一步端部缩孔中，空心管材50的第一端部51用固定装置52固定，用第一缩孔凹模53进行缩孔，将空心管材50的端部51外径尺寸由120mm缩孔至111mm。

如图5b所示，在第二步端部缩孔中，空心管材50的第一端部51仍用固定装置52固定，用第二缩孔凹模54进行缩孔，将空心管材50的端部51外径尺寸由111mm变成102mm。

如图5c所示，在第三步端部缩孔中，空心管材50的第一端部51仍用固定装置52固定，用第三缩孔凹模55进行缩孔，将空心管材50的第一端部51外径尺寸由102mm变成93.2mm。

然后按照相同的方法对空心管材50的第二端部56进行三步缩孔。

步骤②锥度压制及端部压制步骤：

图6a-6b为锥度压制，图7a-7b为端部压制，在多向压机上实现对空心管材50的锥度压制及端部压制。

将缩孔后的空心管材50的第一端部51用固定装置62固定，将锥度压板60设置在空心管材50的第一端部51的前方和后方即锥度压板60沿垂直面设置，按照C形梁本体1的锥度要求沿纵向Z同时从前方和后方压制，将空心管材50的第一端部51外径尺寸由93.2mm变为62mm，锥度压制完成后形状如图6b所示；之后，将端部压板61设置在空心管材50的第一端部51的上方和下方即端部压板61沿水平面设置，在方向Y进行压制，端部压制完成后形状如图7b所示。

然后按照相同的方法对空心管材50的第二端部56进行锥度压制及端部压制。

步骤③胀形步骤：

参见图8a-8b所示。将锥度压制及端部压制完成后的空心管材50一体地放入呈对称结构的分半胀形凹模63中，将分半胀形凹模63扣合在一起并锁紧，向空心管材50中填充液体介质64实现液压胀形，使空心管材50完全贴靠在分半胀形凹模63，胀形步骤完成后空心管材50的截面胀成长方形截面。

步骤④弯曲成形：

如图9a-9c所示弯曲步骤。按照图9a中将胀形后的空心管材50放入到弯曲模65的相对位置处，向空心管材50内填充钢砂66作为填充物，防止弯曲成形时空心管材50内凹。向空心管材50的第一端部51中插入第一摆杆57,且向 第二端部52中插入第二摆杆58，并使第一摆杆57和第一端部51之间进行固定，并使第二摆杆58和第二端部52之间进行固定；通过第一摆杆57和第二摆杆58向弯曲模65方向同步偏转完成弯曲成形并获得所述C形梁，如图9a、9b和9c所示逐步完成弯曲成形工艺。如图9c所示，成形后的空心管材50具有基本呈矩形的横截面，而且在一个优选实施方式中为鼓形横截面形状。在步骤④弯曲成形步骤中，通过通过第一摆杆57、第二摆杆58和弯曲模65的协同动作，在提高生产率的同时，可以有效地提高弯曲件的制造精度避免出现弯曲失效。

经过以上四个步骤，本发明的C形梁本体1制造完成。

本发明提供了一种制造一体成型C形梁的方法，对现有生产工艺提出了较大的改进。通过步骤①的至少两次端部缩孔，步骤②沿纵向Z同时从前方和后方的锥度压制及沿方向Y进行压制端部压制，步骤③胀形及步骤④的弯曲成形制成基本呈矩形的横截面的C形梁本体1。本发明所述的制造方法借助于模具实现了对一体成型C形梁的精密制造，在汽车高速行驶时，不易发生C形梁折断，保证了车辆的运行安全。由于整个C形梁本体1为中空结构，所以整体重量减轻了；同时制造工艺精度高，增加了整个C形梁的强度，且避免了因为焊接影响C形梁整体性能的缺点，较大地提高汽车的整体性能。此外，由于通过本方法制造的具有高强度的一体成型C形梁能够吸收当汽车发生碰撞或者交通事故之外的能量，进而保证车辆所载人员的安全。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，所述C型梁包括由一体成型的空心管材制成的C形梁本体，所述C形梁本体呈沿垂直对称轴左右对称的C形结构，所述C形梁本体包括一个中间部以及中间部两端的两个过渡部和两个端部，所述端部包括第一端部和第二端部，所述中间部具有水平的上表面和水平的下表面，所述端部具有与所述中间部的上表面同侧的第一表面和与所述中间部的下表面同侧的第二表面，并具有朝向末端方向逐渐缩小的截面，所述过渡部将所述中间部和所述端部连接在一起，所述过渡部沿长度方向呈弧形，具有与所述中间部的上表面同侧的第一弧面和与所述中间部的下表面同侧的第二弧面，所述第一弧面分别与所述中间部的上表面以及所述端部的第一表面相切，所述第二弧面分别与所述中间部的下表面以及所述端部的第二表面相切；

其特征在于：所述加工方法依次包括以下步骤，

步骤①：在压机上利用缩孔凹模分别对所述空心管材的第一端部和第二端部进行至少两次端部缩孔；

步骤②：在多向压机上分别利用锥度压板和端部压板对所述空心管材的第一端部和第二端部进行锥度压制及端部压制；

步骤③：将所述空心管材放入呈对称结构的分半胀形凹模中，向空心管材中填充液体介质实现液压胀形；以及

步骤④：将液压胀形后的空心管材放入到弯曲模中，向空心管材内装入填充物，在所述第一端部插入第一摆杆并在所述第二端部中插入第二摆杆，通过第一摆杆和第二摆杆向弯曲模方向偏转完成弯曲成形并获得所述C形梁。

2.如权利要求1所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：所述C形梁本体的所述中间部、所述过渡部和所述端部具有相对的外凸侧表面，从而使得C型梁本体具有鼓形截面形状，所述鼓形截面包括平行的上边和下边以及两个外凸侧边，所述中间部的外凸侧表面轮廓线与所述过渡部的同侧外凸侧表面轮廓线之间形成所述过渡部的锥角，所述过渡部的锥角为6度，所述中间部的纵轴中心线与所述端部的纵轴中心线的夹角为45度，所述C形梁本体的壁厚为8mm。

3.如权利要求2所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：所述步骤①中端部缩孔经过3次缩孔完成，空心管材的端部用固定装置固定，在第一步端部缩孔中，用第一缩孔凹模进行缩孔，将空心管材的端部外径尺寸由120mm缩孔至110-112mm；在第二步端部缩孔中，用第二缩孔凹模进行缩孔，将空心管材的端部外径尺寸由110-112mm变成101-103mm；在第三步端部缩孔中，用第三缩孔凹模进行缩孔，将空心管材的端部外径尺寸由101-103mm变成92-94mm。

4.如权利要求3所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：所述步骤②中，将缩孔后的空心管材的第一端部和第二端部分别用固定装置固定，将锥度压板设置在空心管材的第一端部和第二端部的前方和后方并沿垂直于空心管材中心线的前后方向同时从前方和后方压制，以便将所述第一端部和第二端部沿前后方向的长度尺寸由92-94mm变为61-63mm；之后，将端部压板设置在第一端部和第二端部的上方和下方，并沿垂直于空心管材中心线的上下方向进行压制。

5.如权利要求2所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：步骤④中所述填充物为钢砂。

6.如权利要求2所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：所述空心管材的长度为2060mm-2070mm。

7.如权利要求2所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：步骤③中所述液体介质为液体油。

8.如权利要求2所述的一体成型的汽车空气悬架用C形梁的加工方法，其特征在于：所述空心管材的材质为16Mn。