CN115647203A - 一种汽车大梁的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车大梁的制造工艺，属于汽车零部件技术领域。一种汽车大梁的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、卷管焊接：将板材卷圆并将板材两边焊接在一起形成所需要直径的管材；S2、弯管/预弯：根据有限元分析确定管材进行弯管或者预弯后，对管材进行弯管或者预弯作业；S3、预压成型：将管材成型到有限元分析的尺寸范围内；S4、液压成型：将管材放入内高压模具中进行液压成型，成型后排出管材内部流动介质；S5、激光切割：将管材置于激光切割工装上，进行激光切孔和边线。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件技术领域，特别是一种汽车大梁的制造工艺。
背景技术
现有技术中，传统的大梁工艺为：落料-拉伸成型/成型-冲孔/修边-整形-焊接，汽车大梁产品为使用高强度钢制作成所需形状的冲压件，一般需要4-8道工序把冲压件做出来，然后将冲压件扣合处进行焊接，缺点是产品设计受焊缝结合位置限制，产品造型受冲压角度限制(无负角度)产品制造工序链长，高强刚反弹大产品合格率低。往往会在实际制造过程中其他搭接产品要根据大梁超差部分进行更改。由于大梁的精度和一致性问题经常会导致车辆的舒适度下降，安全性也受到影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种汽车大梁的制造工艺，具有稳定性更高、安全性的、工序步骤少、生产制造效率高的特点。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种汽车大梁的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、卷管焊接：将板材卷圆并将板材两边焊接在一起形成所需要直径的管材；
S2、弯管/预弯：根据有限元分析确定管材进行弯管或者预弯后，对管材进行弯管或者预弯作业；
S3、预压成型：将管材成型到有限元分析的尺寸范围内；
S4、液压成型：将管材放入内高压模具中进行液压成型，成型后排出管材内部流动介质；
S5、激光切割：将管材置于激光切割工装上，进行激光切孔和边线。
在上述汽车大梁的制造工艺中，在步骤S1中，焊接方式可选用直缝电阻焊或者激光焊接，在选用直缝电阻焊时，板材需要在切割成预设宽度后进行卷圆后焊接；在选用激光焊接时，板材需要在切割呈预设长度和预设宽度后进行卷圆焊接。
在上述汽车大梁的制造工艺中，在步骤S3中，
将管材放入下模中；
将管材两端封堵密封并对管材内部填充流动介质，使管材内部的压强达到第一预设压强；
使上模和下模闭合，以使管材内部的流动介质压缩，管材内部的压强达到第二预设压强，管材内表面在压力作用下被拉伸并向上模和下模内表面铺开；
通过轴向压缩管材内部流动介质并达到第三预设压强，以使管材的外壁贴合在上模和下模的内壁上。
在上述汽车大梁的制造工艺中，所述流动介质为水、低熔点合金或者蜡。
在上述汽车大梁的制造工艺中，所述第二预设压强的计算公式如下：P＝k(2d/D)T；
其中，P为管子内部压强，k为常量系数，取值范围0.6＜k＜1，大梁为高强度钢材取值在0.6-0.8；d为管子壁厚，D为管材直径，T为管材的抗拉强度。
在上述汽车大梁的制造工艺中，在管材内部填充流动介质之前，管材的两个端口需要进行预压，预压力公式如下：
F＝(2d/D)YS；
其中，F为预压力，d为管子壁厚，D为管材直径，Y为管材的屈服强度，S为管子端口部分在Z方向的投影面积，Z方向为冲压方向。
在上述汽车大梁的制造工艺中，对管材的端口预压可采用油缸或者氮气缸进行预压处理。
在上述汽车大梁的制造工艺中，所述管材为原材料强度大于700MPa的直缝焊接管材。
在上述汽车大梁的制造工艺中，所述板材厚度≥3mm。
在上述汽车大梁的制造工艺中，所述管材直径区间为大于120mm且小于160mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明选取了一个板材进行卷圆处理，然后再进行焊接，管材表面只有一个焊缝，在工艺处理上也会更简单；而本步骤中，只有一条焊缝，自然在焊接应力也会相应降低。
2.板材的厚度选择为≥3mm，而传统工艺中，传统大梁厚度一般在4.0mm以上。其在成本上大大的降低，但是在检测过程中，其疲劳强度、焊接强度扩口强度达到要求，压扁至1/3焊缝无开裂，在强度上仍旧复合要求，管材大梁的整体疲劳强度，远大于传统大梁，可以达到100w次以上。在成型后，焊接强度扩口强度不低于18％，压扁至1/3焊缝无开裂。
3.通过液压成型的管材由于内部压力远大于传统的工艺中冲压件的受力，因此，在管材成型之后，管材大梁的反弹量小，能够使管材大梁与预先设计的保持一致，所以使其他相关位置的产品修改的可能大大减小。
4.本工艺生产的大梁，其一体成型的液压工艺，其本身支撑强度足够，不需要再在内部设置支撑小件，而在外部则能够大大的减少支撑小件的数量，以使管材大梁能够达到要求的强度或者优于要求的强度。
附图说明
图1是本发明的一种工艺流程示意图；
图2是本发明中的液压成型的流程示意图；
图3是本发明中的其中一种大梁结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，图3中的a、b为大梁的两个视角的示意图。
如图1至图3所示，一种汽车大梁的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、卷管焊接：将板材卷圆并将板材两边焊接在一起形成所需要直径的管材；
板材需要选取原材料强度大于700MPa的，在选取板材的尺寸过程中，板材的长度最长4000mm，最低不宜低于500mm；该尺寸下制作而成的管材能够保证其强度；
相比于传统的大梁工艺的两个上下冲压件拼接焊而成，本身就存在两个焊缝，传统冲压工艺一般需要4-8道工序把冲压件做出来，然后再扣合焊接成传统的大梁；从工序上链条长，工装数量多，且焊接量大容易产生焊接变形和焊接应力。本身在对两个冲压件拼接过程中，也会具有一定精度要求，拼接效率上也会有限制。
本发明选取了一个板材进行卷圆处理，然后再进行焊接，管材表面只有一个焊缝，在工艺处理上也会更简单；而本步骤中，只有一条焊缝，自然在焊接应力也会相应降低。
进一步的，板材的厚度选择为≥3mm，而传统工艺中，传统大梁厚度一般在4.0mm以上。其在成本上大大的降低，但是在检测过程中，其疲劳强度、焊接强度扩口强度达到要求，压扁至1/3焊缝无开裂，在强度上仍旧符合要求。
进一步的，管材的管材直径区间为大于120mm且小于160mm。该直径区内件，制作成的管材大梁的强度上最为合适。在本步骤中，所需要直径的管材是指在直径区间为大于120mm且小于160mm之间的一个数值，具体情况则根据实际需求进行调整即可。
S2、弯管/预弯：根据有限元分析确定管材进行弯管或者预弯后，对管材进行弯管或者预弯作业；
在具体实施过程汇中，预弯是用弯管机和弯管模具实现管子无褶皱弯曲，弯管则是用模具和冲床实现的管子无褶皱弯曲；
具体采用哪种形式需要进行有限元分析。但是常规上能进行预弯的，弯管都能实现，反之则未必可行；
S3、预压成型：将管材成型到有限元分析的尺寸范围内；
在将管材设置到模具之前，需要对管材成型到有限元分析的尺寸范围内，使管材能够设置到预定的模具中；
在管材上下方向和左右方向进行校准成型。产品设计曲度需要符合流线设计，转角不大于45°。
S4、液压成型：将管材放入内高压模具中进行液压成型，成型后排出管材内部流动介质；
通过将管材设置的内高压模具中，使其通过对管材内部填充介质增加压力并使管材由内向外成型，而且通过液压成型的管材由于内部压力远大于传统的工艺中冲压件的受力，因此，在管材成型之后，管材大梁的反弹量小，能够使管材大梁与预先设计的保持一致，所以使其他相关位置的产品修改的可能大大减小；
在具体实施例中，管材大梁的四面的R角设计不低于R15mm。
S5、激光切割：将管材置于激光切割工装上，进行激光切孔和边线。根据实际需求进行切割加工即可。
本工艺中，通过这种方式制作出来的管材大梁，其能够大大的减少了冲压件的数量，产品的制造工序缩短，生产效率上大大的提高。
传统的大梁一般由前中后三段组成，且每段由上下2个冲压件拼焊而成。合计至少6个冲压件，由于传统大梁为拼焊起来的一般内部都会加支撑小件外面也会由加强件。
而本工艺生产的大梁，其一体成型的液压工艺，其本身支撑强度足够，不需要再在内部设置支撑小件，而在外部则能够大大的减少支撑小件的数量，以使管材大梁能够达到要求的强度或者优于要求的强度。
本实施例中，管材大梁的整体疲劳强度，远大于传统大梁，可以达到100w次以上。在成型后，焊接强度扩口强度不低于18％，压扁至1/3焊缝无开裂。
在传统工艺中，传统大梁厚度一般在4.0mm以上。其在成本上大大的降低。不但在成本上大大的降低，但是能够大梁相比于传统大梁更加有效的疲劳强度以及生产效率。
具体地，在步骤S3中，
S31、将管材放入下模中；
将预压成型后的管材设置到该下模的容置槽中。
S33、将管材两端封堵密封并对管材内部填充流动介质，使管材内部的压强达到第一预设压强；
将管材的两端通过封堵件进行封堵，并对管材的内部填充流动介质，在填充时，需要填充满整个管材内部，使其内部产生5MPa-30MPa的压力；
流动介质为水、低熔点合金或者蜡等物质，尽量选择具有流动性且几乎不可以压缩的介质。在实际选择过程中，也可以选择液压油等物质，可以流动介质在加工的时候，填充或者取出流动介质也会比较方便。
通过内部填充流动介质，能够降低产品由于内部应力；
S34、使上模和下模闭合，以使管材内部的流动介质压缩，管材内部的压强达到第二预设压强，管材内表面在压力作用下被拉伸并向上模和下模内表面铺开；
通过使上模下压之后，管材受到上模和下模的压力，从而形变并使内部的流动介质也进行压缩，产品内表面在压力作用下被拉伸并向模具内表面铺开，进而达到部分与模具内表面贴合的情况，使内部能够达到第二预设压强；
第二预设压强的计算公式：P＝k(2d/D)T；
其中，P为管子内部压强，k为常量系数，取值范围0.6＜k＜1，大梁为高强度钢材一般取值在0.6-0.8之间效果最佳；d为管子壁厚，D为管材直径，T为管材的抗拉强度(粗略计算时可以用原板材抗拉强度代替)；
S35、通过轴向压缩管材内部流动介质并达到第三预设压强，以使管材的外壁贴合在上模和下模的内壁上。
轴向压缩是指，针对管材的端口方向上，对管材内部的力流动介质施压，从而在轴向压缩流动介质，使内部的压力增强至第三预设压强，从而使管材的壁完全贴合在上模和下模的内壁上。
该步骤中，使管材阶段性的进行三步压制，使管材能够在加工过程中，更好的成型。第三预设压强则是能够保证管材贴合在上模和下模的内壁上即可。
本申请中，内高压模具包括上模、下模、压机、两个封堵部件、两个预压组件。上模和下模组合形成供管材放置的通道，压机与上模相连。两个封堵部件能够移动并将管材的两端密封住，两个预压组件设置在上模中并由上之下的将管材进行预压。在进行轴向加压时，可通过移动封堵部件进行加压。
具体地，在步骤S1中，焊接可选用直缝电阻焊或者激光焊接，在选用直缝电阻焊时，板材需要在切割成预设宽度后进行卷圆后焊接；在选用激光焊接时，板材需要在切割呈预设长度和预设宽度后进行卷圆焊接。
在具体的焊接过程中，必须要保证管材的焊缝稳定。
具体地，S32、在管材内部填充流动介质之前，管材的两个端口需要进行预压，预压力公式如下：
F＝(2d/D)YS；
其中，F为预压力，d为管子壁厚，D为管材直径Y为管材的屈服强度(粗略计算时可以用原板材屈服强度代替)，S为管子端口部分在Z方向的投影面积，Z方向为冲压方向。
对管材的两端口进行预压，能够防止管子表面起褶皱，为管材充分拉伸提供前提条件。只有管材在后续充分拉伸了才能达到我们需要的抗拉强度。管材在焊接量比较大情况下产生焊接变形和焊接应力。
对两端口进行预压是从垂直于管材轴线的方向、且位于端口位置进行预压。
具体地，对管材的端口预压可采用油缸或者氮气缸进行预压处理。
具体地，所述管材为原材料强度大于700MPa的直缝焊接管材。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。同时，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上部件均为通用标准件或本技术领域人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种汽车大梁的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、卷管焊接：将板材卷圆并将板材两边焊接在一起形成所需要直径的管材；
S2、弯管/预弯：根据有限元分析确定管材进行弯管或者预弯后，对管材进行弯管或者预弯作业；
S3、预压成型：将管材成型到有限元分析的尺寸范围内；
S4、液压成型：将管材放入内高压模具中进行液压成型，成型后排出管材内部流动介质；
S5、激光切割：将管材置于激光切割工装上，进行激光切孔和边线。
2.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，在步骤S1中，焊接方式可选用直缝电阻焊或者激光焊接，在选用直缝电阻焊时，板材需要在切割成预设宽度后进行卷圆后焊接；在选用激光焊接时，板材需要在切割呈预设长度和预设宽度后进行卷圆焊接。
3.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，在步骤S3中，
将管材放入下模中；
将管材两端封堵密封并对管材内部填充流动介质，使管材内部的压强达到第一预设压强；
使上模和下模闭合，以使管材内部的流动介质压缩，管材内部的压强达到第二预设压强，管材内表面在压力作用下被拉伸并向上模和下模内表面铺开；
通过轴向压缩管材内部流动介质并达到第三预设压强，以使管材的外壁贴合在上模和下模的内壁上。
4.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，所述第二预设压强的计算公式如下：P＝k(2d/D)T；
其中，P为管子内部压强，k为常量系数，取值范围0.6＜k＜1，大梁为高强度钢材取值在0.6-0.8；d为管子壁厚，D为管材直径，T为管材的抗拉强度。
5.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，在管材内部填充流动介质之前，管材的两个端口需要进行预压，预压力公式如下：
F＝(2d/D)YS；
其中，F为预压力，d为管子壁厚，D为管材直径，Y为管材的屈服强度，S为管子端口部分在Z方向的投影面积，Z方向为冲压方向。
6.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，对管材的端口预压可采用油缸或者氮气缸进行预压处理。
7.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，所述管材为原材料强度大于700MPa的直缝焊接管材。
8.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，所述板材厚度≥3mm。
9.根据权利要求1所述的汽车大梁的制造工艺，其特征在于，所述管材直径区间为大于120mm且小于160mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211424744.7A CN115647203A (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种汽车大梁的制造工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211424744.7A CN115647203A (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种汽车大梁的制造工艺 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN115647203A true CN115647203A (zh) | 2023-01-31 |
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ID=85022229
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211424744.7A Pending CN115647203A (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种汽车大梁的制造工艺 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN115647203A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116352441A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-06-30 | 舆软科技(上海)有限责任公司 | 一种用板料冲压成形异形、封闭、变截面梁类零件的方法 |
-
2022
- 2022-11-14 CN CN202211424744.7A patent/CN115647203A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116352441A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-06-30 | 舆软科技(上海)有限责任公司 | 一种用板料冲压成形异形、封闭、变截面梁类零件的方法 |
| CN116352441B (zh) * | 2023-03-15 | 2023-12-15 | 舆软科技(上海)有限责任公司 | 一种用板料冲压成形异形、封闭、变截面梁类零件的方法 |
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