图1  大梁式车架一般结构

本文分析了大梁式汽车车架及其零部件在生产过程中可以应用到的各种先进生产工艺以及各种工艺的优、缺点，并着重描述了车架纵梁的冲压、焊接、铆接等工艺规划过程中先进设备的选型及生产线的布置。

大梁式车架是目前绝大多数载货车、部分客车及自卸车等汽车上普遍采用的一种车架。目前国内各大汽车厂商在生产过程中都存在着品种繁多、生产组织困难、质量难以控制、自动化程度比较低等问题。根据本公司的实际情况综合运用冲压、铆接设备及工装等合适的工艺手段，就可以将以上问题降低在可以控制的范围之内。

图2  等离子切割机

纵梁生产工艺

汽车大梁的生产是车架乃至整车的重中之重，它在整车上所承载的力是复杂的：发动机的转矩通过车桥、发动机支撑等零件最终都传递到了车架上，同时整车载重也通过汽车板簧传递到车架上，而这些载荷都与路况有关系（不同的路况情况差异很大）。这就对车架的强度和刚度提出了比较高的要求，很难用CAE等分析软件准确进行模拟分析。汽车大梁（见图1）一般是对板料（卷料）进行冲孔、成形而成（这两个过程可以调换，跟生产工艺的选择有关）。

车架纵梁生产工艺的选择

1.成形工艺

传统的纵梁成形方式是通过成形模（一般是镶块式结构，这样易于品种切换）在压力机上进行成形。厚板料对压力机的压力、冲程时间要求比较高，一般选择油压机来成形，这样可以减小纵梁翻边的回弹。要生产出符合要求的纵梁，需要对设备进行多次调整方能达到要求。

图3  模具

目前还有一种成形工艺，这就是辊压，它一般是卷料经过开卷，通过辊压模，逐步使卷料进行变形，这样能生产出精度较高的产品。辊压完成后，再对需要切边的局部用等离子切割机、火焰切割机或激光切割机进行处理。

以上两种方法，各有特点。第一种方案能实现直梁和变截面纵梁的生产，生产效率比较高，设备、模具比较昂贵，制造周期长，品种切换限制比较大，质量比较稳定。第二种方法可以实现长期稳定的零件质量，其生产效率也比较高，如果模具设计的比较合理，也可以实现多个品种的快速切换。但辊压工艺只适合于直梁，对于变截面梁只能用第一种工艺。

图4  数控冲孔机

2.孔加工工艺

车架上的孔主要有三类：车架自身铆接、装配和塞焊用孔、整车零部件装配用孔和线束及油管通过孔。这些孔数目繁多、状态复杂、修改频繁，给工艺人员带来了很大的工作量。而加工车架孔的主要方式有：等离子切割机切孔、钻床划线打孔、模具冲孔和数控冲孔机冲孔等方式。

等离子切割机(见图2)切孔主要用于切割一些尺寸比较大的，精度要求不是很高的孔或者板材下料。如果是数控等离子切割机，结合定位工装，可以实现自动化生产。

图5  冲压横梁

钻床划线打孔主要应用于临时增加孔位或者更改孔位。

模具（见图3）冲孔主要用于大批量生产的要求质量稳定的孔加工，它所存在的问题是模具修改很难赶上产品图纸更新的速度，一般少品种、大批量的生产应用较多。汽车大梁由于长度方向尺寸和很大，同时质量也比较大，对模具加工设备、吊运设备要求较高，为了解决这些问题，目前车架纵梁基本上都采用模座加镶块的结构，这样便于模具的加工、拆装和吊运。

数控冲孔机（见图4）可以实现多品种快速切换，只需要更改数控系统中的加工程序即可实现品种的切换。以前由于设备效率低（50孔/min），主要用于孔数量较多同时孔精度要求比较高的小批量车架纵梁冲孔。目前新型的数控冲孔机，同时加载了数个主机，每个主机可以同时对一根纵梁进行冲孔，如果有翼面冲孔主机，还可以实现成形后的纵梁三面同时冲孔，效率大大提高，渐渐进入了批量生产的行列。

图6  管式横梁件

3.纵梁表面处理工艺

这里的表面处理主要包括机械式的表面处理方法和化学表面处理方法。

机械式的表面处理方法主要包括：抛丸、喷丸和喷砂等工艺方法。其主要原理是通过高速磨料对零件表面的冲击，使零件表面呈现出致密、均匀的凹坑，以增加涂装作业中油漆的附着力，提高外观质量，其处理效果比较明显。但在投入设备时需注意同时考虑环境因素，增加除尘和降噪措施。

化学处理方法主要有蒸汽清洗和酸洗，这些方法的主要目的是除去纵梁表面在冲压过程中留下的拉延油、防锈油及铁锈，在生产线的建设过程中可酌情采用。

4.横梁件的生产工艺

横梁件在车架上的作用主要是连接左、右纵梁，同时为整车的其他零件提供部分装配位置。

汽车车架横梁有冲压横梁（见图5）和管式横梁（见图6）。冲压横梁有简单折弯的、π式的、几个冲压件铆合的或焊合式等几种，近几年，管式横梁越来越多地出现在新开发的轻型车架中，它具有结构简单、生产容易及投入成本少等优点，目前在大吨位或重型大梁式汽车中应用较少，主要应用于5t以下的卡车及客车底盘上。

冲压横梁的生产方式和普通冲压件一样，量产状态下主要是通过模具进行落料、冲孔及成形。如果横梁需要合成，再在专用夹具上进行焊接或铆接。

5.其他零部件的生产工艺

车架上的零件除了纵梁和横梁之外还有一些加强板、支架、拖钩之类的零件（见图7）。这些零件在车架上主要起加强、安装其他零部件及辅助作用，如纵梁加固板（加强板）、横梁加强板、保险杠支架、板簧吊耳支架、副簧支架、减振器支架、缓冲块支架及拖钩等。其生产根据功能及强度要求，有铸造、冲压和锻压等工艺手段，在此不一一叙述。

车架总成的生产工艺

由于车架在整车上的特殊性，要求它具有可靠的强度和适宜的刚度，因此车架总成上各零件的连接大都采用的是非可拆卸的连接，主要有焊接和铆接。焊接车架由于其属于刚性连接，没有缓冲作用，又存在焊接硬化，故一般仅用在载重比较小的车架总成合成中。在焊接合成时，关键尺寸的保证主要靠焊接夹具上的定位销、定位面和夹紧装置来保证。

铆接是目前应用最为广泛的车架装配方式，装配时首先要将纵梁、横梁总成及加强板用铆钉按照图纸和工艺要求拼装在一起，通过夹具固定，然后通过安装在液压站上的铆钳将部分或全部铆钉铆死。这些工作可以分布在几个工位上，需要注意的是，一般在第一个工位需要通过定位夹紧装置把车架的尺寸控制好，在后续的工位整体尺寸基本上就会保持稳定。在此过程中车架的输送方式和翻转方式由生产线的设计来决定。

另外，除了焊接和铆接外，在铆钳无法接近的情况下或者一些小支架类零件可以通过螺栓装配在车架上，此时就要考虑螺栓的强度和防松措施，必要时选取强度较高的螺栓、螺母，并加弹簧垫圈或者使用防松螺栓和螺母。

结语

面对日益增长的客户需求，未来的车架需要具有合理的结构、很高的承载能力、较轻的重量和稳定的质量，我们要综合考虑公司的规模、投入资金的多少、投资回收期及客户群的需求等因素，把工艺水平和公司的定位统一在一个水平上，这样才能达到最好的效果。相信在新品开发规划时，如果能合理选择车架的冲压、焊接、铆接工艺及设备，一定能够将生产线的效率提高到最大的程度，一定能生产出符合要求的车架。