CN116475305A - 商用车及其轻量化商用车轮罩支架管梁与制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车的轮罩支架管梁的成形技术领域，提供了一种商用车及其轻量化商用车轮罩支架管梁与制造方法。所述轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，包括以下步骤：S1：提供管坯；S2：减小管坯的壁厚，将所述管坯套在芯轴上旋转送进，同时通过2‑4个锤头高频对称开合击打管坯，以减小管坯的外径，通过改变锤头的行程能够改变管坯的外径；同时，芯轴的位置与管坯的送料行程配合，从而实现连续的壁厚变化，得到预定形状与壁厚的管坯；S3：对步骤S2得到的预定形状与壁厚的管坯进行预弯管，以得到弯管管坯；S4：对步骤S3得到的弯管管坯进行热气胀成形，得到轻量化商用车轮罩支架管梁的管体；S5：将法兰安装在步骤S4得到的管体上。
Description
技术领域
本发明涉及汽车的轮罩支架管梁的成形技术领域，尤其涉及一种轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法、由该制造方法制成的轻量化商用车轮罩支架管梁，以及包括该轻量化商用车轮罩支架管梁的商用车。
背景技术
按GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》法规要求：总质量大于7500kg 的货车、货车底盘改装的专项作业车及总质量大于3500kg 的挂车应装有防飞溅系统，其他机动车的所有车轮均应有挡泥板（亦称轮罩）。其目的在于阻止泥沙、碎石等冲击汽车的底盘，防止拉杆、球头等部件过早生锈和失效，并且避免碎石飞溅伤相邻行驶中的车辆、路边行人和设施，并减小人、动物和物体等卷入行驶中的车辆车轮的风险，并起气流导流作用，减少车辆行驶中的风阻。
轮罩固定在轮罩支架上，该支架包括支架管梁和焊接或抱箍装配在支架管梁上的起固定轮罩作用的辅助支架。所述支架管梁包括通过摩擦焊方式连接的法兰和管体。现有的支架管梁通过法兰与车架固定，处于悬臂梁工作状态，导致其受力工况恶劣。
有关数据表明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整车重量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车整车重量降低1%，油耗可降低0.7%。基于环保和节能的需要，轻量化已经成为汽车行业的基础性技术路线。一般商用车每个车轴需配置两组轮罩支架，平均每车重量合计40公斤左右，对其进行轻量化技术升级，具有现实和紧迫的意义。
以重卡为例，现有的支架管梁通常采用局部弯曲和整体直管两种结构，其中在管梁悬臂梁根部有扩径方案。该方案均采用等直径、等壁厚圆管，通过弯管或管端局部扩口成形，受制于传统工艺，管坯材料选择受限，屈服不能过高，牌号最高为Q345；为满足支架管梁悬臂梁根部受力需求，一般管坯直径为50mm，壁厚为4mm，同样受制于传统工艺，管端局部扩口到直径60mm左右时，壁厚被拉伸减薄，使局部强度降低，而在等直径部分，沿管坯轴线全程壁厚均相同，被迫过度设计，不仅增加了零部件的重量，且在振动环境下，额外增加了悬臂梁根部的应力，导致支架管梁根部断裂失效的频率高。通过创新工艺方法，实现高性能材料的应用和等强度结构的拓扑优化，使支架管梁达到轻量化和提高其可靠性的目的，对汽车管型件轻量化具有较大的示范作用。
发明内容
为了能够解决或至少减轻上述问题，本发明提供了一种轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法。此外，本发明还提供了一种由该制造方法制成的轻量化商用车轮罩支架管梁。本发明也提供了一种包括该轻量化商用车轮罩支架管梁的商用车。
本发明所提供的一种轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，包括以下步骤：
S1：提供管坯；
S2：减小管坯的壁厚，将所述管坯套在芯轴上旋转送进，同时通过2-4个锤头高频对称开合击打管坯，以减小管坯的外径，通过改变锤头的行程能够改变管坯的外径；同时，芯轴的位置与管坯的送料行程配合，从而实现连续的壁厚变化，得到预定形状与壁厚的管坯；
S3：对步骤S2得到的预定形状与壁厚的管坯进行预弯管，以得到弯管管坯；
S4：对步骤S3得到的弯管管坯进行热气胀成形，得到轻量化商用车轮罩支架管梁的管体；
S5：将法兰安装在步骤S4得到的管体上。
在一些实施例中，在步骤S2中，在管坯改变外径壁厚并撤去芯轴后，再次利用2-4个锤头高频对称开合击打阶梯型管坯，得到缩径管坯。
在一些实施例中，步骤3采用压弯的方式得到弯管管坯。
在一些实施例中，在步骤S3中，将加热后的缩径管坯放入冲压模具的下模，然后合模，在上模的挤压下，缩径管坯逐渐成形，得到弯管管坯。
在一些实施例中，步骤3采用绕弯的方式得到弯管管坯。
在一些实施例中，在步骤3中，利用拼块和夹模固定加热后的缩径管坯，轮模、拼块和夹模一起转动，使缩径管坯弯曲。
在一些实施例中，所述轮模上设置引导筋。
本发明还提供了一种轻量化商用车轮罩支架管梁，由上述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法制成，所述轮罩支架管梁包括管体和安装在所述管体一端的法兰，所述管体包括与所述法兰连接的第一管部、远离所述法兰设置的第二管部，以及连接所述第一管部与第二管部的第三管部，所述第一管部与第二管部错开设置，其中所述第三管部自所述第一管部弯向所述第二管部，所述第一管部的壁厚逐渐减小过渡到所述第三管部的壁厚，所述第三管部的壁厚逐渐减小过渡到所述第二管部的壁厚，所述第二管部的壁厚自其起始端至其末端逐渐减小，且所述第三管部的外直径自与所述第一管部连接处至与所述第二管部连接处逐渐减小。
在一些实施例中，所述第二管部的壁厚自其起始端至其末端连续均匀的逐渐减小，或者以阶梯形式交替减小。
本发明也提供了一种商用汽车，包括上述轻量化商用车轮罩支架管梁。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明所提供的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法能够提供一种具有变截面和变壁厚特征的轮罩支架管梁的创新轻量化结构，还能够适应更高级别高强钢的应用，在保证可靠性前提下，减少材料用量。
（2）通过本发明的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法制造轮罩支架管梁，能够使得制成的轮罩支架管梁的质量降低，实现轮罩支架管梁的轻量化，有利于汽车的轻量化。
（3）通过本发明的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法制造轮罩支架管梁，能够改善轮罩支架管梁的疲劳断裂等问题，提高轮罩支架管梁的抗疲劳寿命。
附图说明
图1示出了根据本发明的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法的减壁厚工艺过程的示意图，其中示出了管坯的运动方向。
图2示出了通过图1所示的减壁厚工艺过程得到的阶梯型管坯的剖面图。
图3示出了击打图2所示的阶梯型管坯后得到的缩径管坯。
图4示出了根据本发明一实施例的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法的预弯管工艺过程的示意图。
图5示出了根据本发明另一实施例的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法的预弯管工艺过程的示意图。
图6示出了图5所示的预弯管工艺过程中采用的轮模的剖面图。
图7示出了经过预弯管工艺过程后的弯管管坯的剖面图。
图8示出了根据本发明的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法的热气胀成形工艺过程的示意图。
图9示出了根据本发明一实施例的轻量化商用车轮罩支架管梁的立体图。
图10示出了制造图9所示的轻量化商用车轮罩支架管梁过程中得到的缩径管坯。
图11示出了制造图9所示的轻量化商用车轮罩支架管梁过程中得到的弯管管坯。
图12示出了图9所示的轻量化商用车轮罩支架管梁的管体的剖视图。
图13示出了图9所示的轻量化商用车轮罩支架管梁在承受向下的作用力时的弯矩情况。
附图标记说明：1-锤头；2-芯轴；3-电磁感应线圈；4-管坯；41-阶梯型管坯；42-缩径管坯；43-弯管管坯；431-凹部；5-下模；6-上模；7-热气胀成形模具；71-热气胀成形模具上模；72-热气胀成形模具下模；8-油缸；9-密封推头；10-气管；11-气源；12-轮模；121-引导筋；13-拼块；14-夹模；15-导模；16-防皱模；17-轮罩支架管梁；171-管体；1711-第一管部；1713-第二管部；1712-第三管部；172-法兰。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例1
图1、图4和图8示出了本发明的实施例1的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法。本实施例中的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法包括以下步骤：
S1：提供管坯4。根据所需的轮罩支架管梁的尺寸选择相应的管坯。
S2：减小管坯4的壁厚，将所述管坯4套在芯轴2上旋转送进，同时通过多个锤头1高频开合击打管坯4，以减小管坯4的外径，通过改变锤头1的行程能够改变管坯4的外径；同时，芯轴2的位置与管坯4的送料行程配合，从而实现连续的非等厚壁厚变化，得到预定形状与壁厚的管坯。在步骤S2中，可通过电磁感应线圈3对管坯4进行加热，使管坯4的屈服强度降低，延伸率提高。优选地，将所述管坯4加热至800-950℃，套在芯轴2上旋转送进，同时通过对称的2-4个锤头1高频对称开合击打管坯，通过改变锤头1的行程能够改变管坯4的外径；同时，芯轴2的位置与管坯4的送料行程配合，从而实现连续的非等厚壁厚变化，得到预定形状与壁厚的管坯。在本实施例中，芯轴2的锥度有利于材料沿着伸出方向流动和间歇冷却。如图2所示，管坯4改变外径壁厚之后，得到阶梯型管坯41，阶梯型管坯41的厚度分布可以根据需要进行调整。如图3所示，撤去芯轴2后，再次利用多个锤头1高频开合击打阶梯型管坯41，得到缩径管坯42。还优选地，在步骤S2中，管坯4改变外径壁厚之后，得到壁厚呈渐变或阶梯型管坯41，然后撤去芯轴2后，再次利用2-4个带型腔的锤头1，对称高频开合击打阶梯型管坯41，得到各种变径形状的缩径管坯42。
S3：对步骤S2得到的预定形状与壁厚的管坯进行预弯管，以得到弯管管坯43。在本实施例中，采用压弯的方式得到弯管管坯43。具体地，将加热后的缩径管坯42放入冲压模具的下模5，然后合模。在上模6与下模5的联合挤压下，缩径管坯42逐渐成形，得到弯管管坯43。可以想到的是，对于直管形状管梁，可略去本步骤。
S4：对步骤S3得到的弯管管坯43进行热气胀成形，得到轻量化商用车轮罩支架管梁的管体。优选地，将弯管管坯43放入加热炉中加热，使弯管管坯43的屈服强度降低，延伸率提高。将加热后的弯管管坯43放入热气胀成形模具7中后，合模热气胀成形模具上模71和热气胀成形模具下模72，油缸8推动密封推头9向前运动，密封弯管管坯43的管口。气源11通过气管10和密封推头9向弯管管坯43内输送高压惰性气体，使弯管管坯43膨胀变形，与热气胀成形模具7的内侧贴合。具体地，将弯管管坯43加热后放入热气胀成形模具中，模具合模，密封弯管管坯43的两端管口，然后向弯管管坯43内输送高压惰性气体，使弯管管坯膨胀变形，与热气胀成形模具的内侧贴合，对管体形状进行精加工，实现各种轮廓结构，如弯曲部位直径渐变，管体成形局部连接凸凹面等特征，得到轻量化商用车轮罩支架管梁的管体。
进一步地，本实施例的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法还包括以下步骤：
S5：通过焊接的方式将法兰焊接在步骤S4得到的管体上，以得到最终的轻量化商用车轮罩支架管梁。优选地，法兰与管体通过摩擦焊连接。
实施例2
图1、图5和图8示出了本发明的实施例2的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法。该实施例2的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法采用与实施例1的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法不同的预弯管方式。
在本实施例中，采用绕弯的方式得到弯管管坯43。具体地，利用拼块13和夹模14固定加热后的缩径管坯42。轮模12、拼块13和夹模14一起转动，使缩径管坯42弯曲，改变轮模12转动的角度即可改变弯管的角度。导模15用于导向缩径管坯42，防皱模16能够减小弯管管坯43在弯曲过程中内侧起皱现象的发生，通过在轮模12上设置引导筋121（如图6所示），也能够有效防止弯管管坯43内侧的起皱。优选地，所述引导筋121引导管坯弯曲部位内侧多余的材料形成轴向凹部，容易在胀形时贴膜。如图6和图7所示，在引导筋121的作用下，弯管管坯43的截面会发生变化，弯管管坯43在对应引导筋121的位置处形成一向弯管管坯43内凹陷的凹部431，这有效地防止了在预弯管过程中弯管管坯43内侧的起皱情况。
实施例3
图9示出了根据本发明的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法制成的轻量化商用车轮罩支架管梁的立体图。所述轮罩支架管梁17包括管体171和安装在管体171一端的法兰172。优选地，法兰172与管体171通过摩擦焊连接。在本实施例中，所述管体171包括与法兰172连接的第一管部1711、远离法兰172设置的第二管部1713，以及连接第一管部1711与第二管部1713的第三管部1712。第一管部1711与第二管部1713错开设置、优选平行错开设置，其中第三管部1712自第一管部1711弯向第二管部1713。
在本实施例中，法兰172采用Q345制成，管体171采用Q550制成。如图9所示，轮罩支架管梁17的管体171的各部分的规格为：第一管部1711的规格为φ1：60*3.5（单位为mm）；第二管部1713的起始部分的规格为φ2：50*2.5（单位为mm），第二管部1713的末端部分的规格为φ3：50*1.8-2（单位为mm）。优选地，所述第一管部1711的壁厚逐渐减小过渡到第三管部1712的壁厚，第三管部1712的壁厚逐渐减小过渡到第二管部1713的壁厚，第二管部1713的壁厚自其起始端至其末端逐渐减小，且第三管部1712的外直径自与第一管部1711连接处至与第二管部1713连接处逐渐减小。
通过本发明的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法制造上述的轮罩支架管梁17。提供由Q550制成的管坯，规格为φ4：57*4.0（单位为mm）。将管坯套在芯轴上旋转送进，电磁感应线圈将管坯加热到850℃-950℃。多个锤头高频开合击打管坯，减小管坯的外径；芯轴的位置与送料行程配合，从而实现连续的壁厚变化，得到阶梯型管坯。撤去芯轴后，再次利用多个锤头高频开合击打阶梯型管坯，得到缩径管坯42。在此过程中，该缩径管坯42的各部分尺寸如图10所示。具体地，缩径管坯42对应第一管部1711的位置处的规格为φ4：57*4.0（单位为mm）；对应第二管部1713的起始端的位置处的规格为φ5：50*2.6（单位为mm），对应第二管部1713的末端的位置处的规格为φ6：50*2（单位为mm），该部分的壁厚逐渐减小；此外，缩径管坯42对应第一管部1711的位置与对应第二管部1713的起始端的位置的中间部分的壁厚逐渐减小，且外直径逐渐减小。
然后，利用加热炉将缩径管坯42加热到650℃-750℃，利用拼块和夹模固定加热后的缩径管坯42。轮模、拼块和夹模一起转动，使缩径管坯弯曲，得到弯管管坯43，如图11所示。具体地，弯管管坯43对应第一管部1711的位置处的规格为φ4：57*4.0（单位为mm）；对应第二管部1713的起始端的位置处的规格为φ5：50*2.6（单位为mm），对应第二管部1713的末端的位置处的规格为φ6：50*2（单位为mm），该部分的壁厚逐渐减小；此外，缩径管坯42对应第三管部1712的位置处的壁厚为3mm，其外直径逐渐减小。
将弯管管坯43加热到900℃-1000℃，放入热气胀成形模具中合模，密封两端。气源通过其中一端向弯管管坯43内输送高压惰性气体（气压为35-50MPa，充气时间为为20-30S，保压时间为20-30S），使弯管管坯43膨胀变形，与模具贴合，成型管体171（如图12所示）。具体地，所述第一管部1711的壁厚逐渐减小过渡到第三管部1712的壁厚，第三管部1712的壁厚逐渐减小过渡到第二管部1713的壁厚，第二管部1713的壁厚自其起始端至其末端逐渐减小，且第三管部1712的外直径自第一管部1711至第二管部1713逐渐减小。优选地，第一管部1711处的壁厚为3.5mm，外直径为60mm。还优选地，第三管部1712处的壁厚为3mm，其外直径自第一管部1711末端逐渐减小过渡至第二管部1713的起始端。更优选地，第二管部1713处的起始端壁厚为2.6mm，末端壁厚为2mm，外直径为50mm。还优选地，所述第二管部1713的壁厚自其起始端至其末端连续均匀的逐渐减小，或者以阶梯形式交替减小。
最后，通过焊接的方式将法兰172焊接在管体171上，以得到最终的轻量化商用车轮罩支架管梁。优选地，法兰172与管体171通过摩擦焊连接。
测试上述得到的轻量化商用车轮罩支架管梁。如图13所示，固定法兰172与管体171的结合处，在距离管体l的位置处，施加向下的作用力F，可以得到管体171所受的弯矩。由图可得，法兰172与管体171的结合处弯矩最大，其数值为Fl。空心圆的惯性矩为：，其抗弯截面系数为：/>；其中D为空心圆的外直径，d为空心圆的内直径。由图13可知，管体的壁厚从左到右逐渐变小，故法兰与管体结合处的惯性矩以及抗弯截面系数最大，在管体末端的惯性矩以及抗弯截面系数最小。结合管体受到的弯矩，可判断该轮罩支架管梁通过变截面、非等壁厚实现了等强度设计，有效利用材料，避免等壁厚过度设计。
实施例4
本发明还提供了一种商用车，其包括上述的轮罩支架管梁，其中商用车的轮罩和挡泥板通过所述轮罩支架管梁安装。
本发明所提供的轮罩支架管梁与现有技术相比，质量降低，轻量化效果明显，有利于汽车的轻量化；通过变截面、非等壁厚实现了等强度设计，有效利用材料，避免等壁厚过度设计。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供管坯；
S2：减小管坯的壁厚，将所述管坯套在芯轴上旋转送进，同时通过2-4个锤头高频对称开合击打管坯，以减小管坯的外径，通过改变锤头的行程能够改变管坯的外径；同时，芯轴的位置与管坯的送料行程配合，从而实现连续的壁厚变化，得到预定形状与壁厚的管坯；
S3：对步骤S2得到的预定形状与壁厚的管坯进行预弯管，以得到弯管管坯；
S4：对步骤S3得到的弯管管坯进行热气胀成形，得到轻量化商用车轮罩支架管梁的管体；
S5：将法兰安装在步骤S4得到的管体上。
2.根据权利要求1所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，在管坯改变外径壁厚并撤去芯轴后，再次利用2-4个锤头高频对称开合击打阶梯型管坯，得到缩径管坯。
3.根据权利要求1所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，步骤3采用压弯的方式得到弯管管坯。
4.根据权利要求3所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，在步骤S3中，将加热后的缩径管坯放入冲压模具的下模，然后合模，在上模的挤压下，缩径管坯逐渐成形，得到弯管管坯。
5.根据权利要求1所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，步骤3采用绕弯的方式得到弯管管坯。
6.根据权利要求5所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，在步骤3中，利用拼块和夹模固定加热后的缩径管坯，轮模、拼块和夹模一起转动，使缩径管坯弯曲。
7.根据权利要求6所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法，其特征在于，所述轮模上设置引导筋。
8.一种轻量化商用车轮罩支架管梁，其特征在于，其由权利要求1至7中任一项所述的轻量化商用车轮罩支架管梁的制造方法制成，所述轮罩支架管梁包括管体和安装在所述管体一端的法兰，所述管体包括与所述法兰连接的第一管部、远离所述法兰设置的第二管部，以及连接所述第一管部与第二管部的第三管部，所述第一管部与第二管部错开设置，其中所述第三管部自所述第一管部弯向所述第二管部，所述第一管部的壁厚逐渐减小过渡到所述第三管部的壁厚，所述第三管部的壁厚逐渐减小过渡到所述第二管部的壁厚，所述第二管部的壁厚自其起始端至其末端逐渐减小，且所述第三管部的外直径自与所述第一管部连接处至与所述第二管部连接处逐渐减小。
9.根据权利要求8所述的轻量化商用车轮罩支架管梁，其特征在于，所述第二管部的壁厚自其起始端至其末端连续均匀的逐渐减小，或者以阶梯形式交替减小。
10.一种商用汽车，其特征在于，包括权利要求8或9所述的轻量化商用车轮罩支架管梁。
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