車架縱梁材料利用率分析

劉勇，李超鵬，元博，王勇

車架縱梁材料利用率分析

劉勇，李超鵬，元博，王勇

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 西安 722405）

在重型汽車中被稱為汽車“脊梁”的車架總成，其最重要的零件縱梁被譽為車架總成的“脊梁”，而縱梁加工過程中一個重要工藝指標是材料利用率，文章主要對車架加工工藝進行分析，找到縱梁材料損失的主要工序，分析原材料對縱梁下料過程的影響，通過采取措施減少材料損耗，降低生產成本。通過分析材料利用率，能夠幫助企業在生產制作中，找到提升的空間，對縱梁生產有重要意義。

縱梁；鋼帶；車架；材料利用率

前言

隨著我國經濟的快速發展，作為我國制造業的重要支柱之一的汽車制造業。其重型汽車市場呈現快速增長的趨勢，在重型汽車中被稱為汽車“脊梁”的車架總成，其最關鍵的零件是縱梁。縱梁的生產體現了重型汽車車架制作水平，是衡量制造能力的一個重要體現。材料利用率是機械制造過程中一個重要的指標，它在生產過程中直接影響到縱梁的生產成本。因此分析材料利用率能夠幫助企業在生產制作中，找到提升的空間，對縱梁生產有重要意義。

1 重卡車架

車架作為汽車承載基體，支撐著發動機、離合器、變速器、非承載式車身和貨箱等所有簧上質量有關的零件，承受著傳給它的各種力和力矩[1]。車架作為重卡汽車核心部件之一，由兩根互相平行且開口朝內，沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁鉚接而成。其中縱梁是車架主要承載零件，也是車架中最大的加工件。縱梁截面為C型，其腹面是汽車零部件連接的主要區域。根據縱梁截面狀態可分為等截面和變截面，根據車架總成寬度變化，分為直通式縱梁和Z字形縱梁（即縱梁折彎）。而縱梁成型工藝多采用沖壓或輥壓工藝。

圖1 車架總成

2 車架縱梁

車架縱梁長度6-12米，截面尺寸200-320mm左右，是個典型的細長零部件。縱梁材質主要為汽車大梁專用鋼，常見的牌號510L、600L等[2]，汽車大梁專用鋼供貨狀態為軋制寬度不小于600mm的熱軋鋼帶，又稱鋼卷。每卷寬度相同，大小、重量略有不同。

縱梁主要工藝是通過開平縱剪線將熱軋鋼帶縱剪到指定尺寸的大梁板，然后經過沖孔、成型、切割等工序完成加工。常見的縱梁工藝為：開平縱剪——沖孔（平面）——沖壓成型——切割——折彎，等截面縱梁也可采用輥壓成型的新工藝。以下我們以常見縱梁工藝進行分析。

2.1 開平縱剪工序

開平縱剪工藝是在開平縱剪復合線上，將熱軋鋼帶（卷狀）通過機械校平、利用縱剪機組剪切到指定寬度的板條，然后通過橫剪機組剪切到指定長度的大梁板（細長板料）。大梁板是縱梁在成型前的毛坯料。開平縱剪工序工藝流程如下：上料→初矯平→切頭剪→對中夾送→縱剪（去邊絲）→精矯平→橫剪切→出料。

開平縱剪工藝實質就是將鋼卷通過設備加工成的所需平板料。材料的損耗主要集中在該工序，對縱梁材料利用率影響占比85%-90%。

2.2 沖孔工序

沖孔是利用平板數控沖在大梁板上，按圖紙要求尺寸沖出指定直徑的孔（例如：φ15、φ17）。數控沖主要工藝流程如下：大梁板上料→夾持送進→數控沖孔→夾持送出→下料。

該工序對材料損耗為沖孔落下的圓形廢料，其不可再利用，是工藝上必須損耗掉的，其對縱梁材料利用率影響占比1%-2%。

2.3 成型工序

成型工序是利用大型壓力機，將大梁板沖壓成指定截面的槽鋼。該工序完成后，縱梁的基本加工完成。成型工序工藝流程如下：模具調整→大梁板上料→沖壓成型→成型下料。該工序是無切割直縱梁的最后工序。

成型工序無材料損耗，對縱梁材料利用率無影響。

2.4 切割工序

切割工序是利用機器人切割機在縱梁前段和后段按圖紙尺寸切割掉部分翼面和腹面。切割工序工藝流程：槽型縱梁上料→定位→機器人切割→下料。根據縱梁功能需求不同，部分車架縱梁有該工序。

切割工序材料損耗主要是切割掉的不規則部分，廢料不可再利用，其對縱梁材料利用率影響占比2-4%。

2.5 折彎工序

折彎工藝是利用縱梁折彎機在縱梁前段進行折彎，將直縱梁折彎成為Z字形梁，其主要因為大馬力發動機裝配空間要求所致。折彎工序工藝流程：槽型縱梁上料→定位→數控折彎→下料。大部分縱梁無此工序。

折彎工序無材料損耗，不影響縱梁材料利用率。

通過以上的工序分析，縱梁加工過程中，影響材料利用率最主要的是第一工序，即：開平縱剪工序。

3 材料利用率分析

選取市場比較常見的縱梁，截面規格為300*80*8 ，長度為7400mm的縱梁為例進行材料利用率分析。

（1）查工藝加工手冊[3]，將截面尺寸轉化成工藝下料的展開尺寸，即沖壓工序需要的毛呸尺寸。縱梁展開料尺寸：7400mm*428mm。鋼帶規格為1300mm*8*C（C代表不定長度）。

表1 縱梁材料利用率

由上表可得出，該尺寸縱梁下料工序材料利用率94.36%。

沖孔工序材料損耗1kg，切割工序材料損耗4kg，通過測算，零部件實際凈重為193.9kg，毛重為210.78kg，綜合材料利用率91.99%。

其各工序損耗率如下表：

表2 各工序材料損耗

根據以上數據，其主要材料損耗在開平縱剪工序，沖孔和切割工序材料損耗不到2.5%，切割工序不是每個縱梁必有的工序。并且沖孔和切割在加工過程中無法避免材料損耗，也無法通過優化提升材料利用率。所以以下主要是對材料利用率影響最大的開平縱剪工序進行分析。

（2）開平縱剪工序廢料產生的原因：

1）鋼帶兩側為原始軋制邊，寬度尺寸1310左右，比公稱寬度尺寸略大，為保證零件尺寸，需剪裁原始邊，通常叫取邊絲[4]。單邊取邊絲8mm-15mm左右，其材料損耗率為1.02%。

2）鋼帶料頭和料尾存在約500mm-1000mm長度的不規則扇形區域，該區域不可使用。鋼帶外圈和內圈因吊裝問題導致壓痕、劃痕較多，并且外圈與地面直接接觸，拉痕較重。在開平縱剪過程中，鋼帶料頭和料尾裁剪共11.7米，其材料損耗率為4.62%。

按加工經驗計算，取鋼帶外徑2000mm，內徑760mm，內圈和外圈損耗共計11mm，材料損耗率為4.17%。與國家標準GB/T 709中，對熱軋不切頭尾的不切邊鋼帶兩端不考核總長度相近。

根據以上分析，縱梁材料損耗主要是在開平縱剪過程中，裁剪鋼卷的料頭和料尾處形成的。經驗測算值略小于真實損耗值1.47%。主要原因為未考慮鋼帶取邊絲和零部件長度變化引起的廢料。后期可以參考經驗值快速推算縱梁材料利用率。

（3）提高材料利用率措施

通過以上的分析，針對大批量縱梁生產，可采取以下措施，提高材料利用率：

1）采用EPS技術，對鋼帶進行表面處理，去掉氧化皮和表面劃痕，增加鋼帶存放的工位器具，減小鋼帶料頭損耗。

2）改變現有吊裝方式，采用C型或其它專用吊具，減少內圈和外圈吊裝壓痕。

3）通過采用新的縱梁加工工藝，即：輥壓成型技術。開平縱剪工序不再剪切成大梁板，而是收成小鋼卷。利用輥壓成型，將小鋼卷連續加工成槽鋼，按照指定長度進行切斷。輥壓成型技術能夠實現大批量連續加工。并且根據縱梁長度及訂貨量，綜合考慮，可減少縱梁長度變化帶來損耗，提升縱梁材料利用率。該工藝適用于縱梁多品種柔性加工。

4）利用剪裁下的料頭、料尾，在可使用區域內加工尺寸較小的非結構重要件，減少料頭、料尾損耗，提升鋼帶綜合利用率。

4 結語

車架是重卡汽車中關鍵零部件之一，鋼材使用量大，并且汽車大梁專用鋼比普通鋼材價格較高，通過對車架縱梁材料利用率分析，參照相關資料，找到降低材料損耗的途徑。使車架縱梁材料利用率能進一步提升，降低縱梁生產成本。

[1] 劉惟信.汽車設計[M].清華大學出版社,2001.

[2] 方昆凡.工程材料手冊,黑色材料金屬卷[M].北京出版社,2002.

[3] 李旦.機械加工工藝手冊[M].機械工業出版社,2007.

[4] 張紀真.機械制造工藝標準應用手冊[M].機械工業出版社,1997.

Analysis of material utilization rate of frame longitudinal beam

Liu Yong, Li Chaopeng, Yuan Bo, Wang Yong

( Shaanxi Tongli Special Vehicle Co. Ltd., Shaanxi Xi’an 722405 )

An important process indicator in the processing of the longitudinal beam is the material utilization rate. This article mainly analyzes the frame processing technology, finds the main process of material loss of the longitudinal beam, analyzes the influence of raw materials on the cutting process of the longitudinal beam, and adopts measures to reduce material loss and reduce production costs. Analyzing the utilization rate of longitudinal beam materials can help companies find room for improvement in production, which is of great significance to the production of longitudinal beams.

Longitudinal beam; Steel belt;Frame;Material utilization rate

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.048

U465

A

1671-7988(2021)02-149-03

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劉勇（1985-），男，工程師，就職于陜西通力專用汽車有限責任公司，現擔任陜西省專用車裝備工程技術研究中心工藝研究所所長，研究方向：主要從事重型商用汽車及特種自卸車零部件設計及工藝研究。