副车架弯管生产工艺研究

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摘要：通过介绍某汽车底盘前副车架总成上某弯管件的生产工艺优化过程及研究，阐述了工艺优化过程中进行的产品结构优化、弯管模具结构优化、机加工夹具结构优化、工艺方案优化、质量控制优化等实际生产工艺优化和问题解决过程，对比分析该副车架弯管工艺优化前后产生的实际经济效益，对同类型产品生产研发过程中提高生产效率、提高材料利用率、提升质量稳定性等方面具有一定的参考价值。

关键词：副车架；弯管；工艺优化

目前汽车产品质量普遍提高，价格竞争已成为汽车企业产品竞争的主要手段之一，成本控制能力成为决定各企业产品竞争力的重要因素。因此，在不牺牲产品质量的前提下，降本增效成为各大汽车厂商及零部件制造企业提高企业竞争力的有效手段车降本增效的重要途径之一，随着汽车轻量化的不断发展和推广，对于管材的应用也越来越广泛。弯管件与传统的铸铁及冲压板金件相比，在相同强度、韧性等需求前提下，金属用量更少、加工工艺更简单，成型性能及承受多方向压力耐疲劳性能更好。在这样的背景下，弯管件加工工艺的优劣与生产制造成本的高低的关系显得越来越密切。本文就在副车架弯管实际生产过程中遇到的问题进行分析，并提出解决问题工艺优化方案，实现了该零件的提质、降本、增效。

1副车架弯管产品简介

副车架是轿车底盘前桥的一个重要零件，是发动机、变速箱的支撑构建，受力比较复杂。而本文研究的对象———副车架弯管是副车架上连接副车架与车身的重要部件（如图1）。由于同时要与副车架上下片进行装配焊接，同时副车架弯管上的钻孔与轴套焊接后还要与车身上的孔紧密对接连接，对弯管件的弯管件的弯管精度、钻孔位置和大小精度要求比较高。该副车架弯管原材料为准50×3mm厚的无缝管，材质为Q345B，屈服强度σs=345MPa，抗拉强度σb=510~600MPa，伸长率δ=21%，其产品图如图2所示[1]。

2原生产工艺分析

2.1原生产工艺简介。生产工艺流程：切管→弯管→钻孔→切除头部→去除毛刺→装箱。原来该弯管件主要生产工艺有6道工序，一般市面采购到的原材料大多是6m~7m长的无缝管，弯管前需要把长管切割成需要的长度，然后使用CNC数控弯管机进行弯管。常见的弯管形式有绕弯、推弯、滚弯、压弯四种，而弯管机绕弯根据其有无芯棒又可以分为有芯弯管和无芯弯管，该副车架弯管使用的是数控弯管机进行有芯绕弯（弯管原理图如图3）。弯管之后使用CNC加工中心钻铣准32的孔，并把钻孔一端的尾料切除。最后为防止钻铣的孔和切割端头周边毛刺影响后续装配和焊接，最后需要员工手工进行去毛刺。.2.2原生产工艺方案存在的问题概述。（1）防皱板损耗很大，调整花费时间长。原来弯管容易起皱，需要防皱板，由于该无缝管表面粗超度远不如常见的焊管，管件较厚需要压紧力大，故防皱板损耗很大。当防皱板轻微磨损，就需要进行位置调整，花费很长的工作时间。防皱板材质为铜，切加工难度较高，成本很高。（2）机加工刀具损耗大，加工精度差。一般的机加工钻铣孔刀具下刀点都是平面，这样刀片受力均匀平稳，刀具损耗小，零件震动也小，从而精度就好。而该零件因为要在圆管上面钻通孔，钻铣下刀面为曲面，刀具受力不均匀，经常出现刀片崩刃、烧坏刀竿的现象，而且零件震动很大，钻出的孔尺寸不稳定，成椭圆的较多，影响后续装配和焊接。（3）切除端头材料利用率低，生产效率低且安全风险高。根据生产节拍，一台机加工加工出来的零件需要专门一个人进行切除端头，切掉约25mm长的头料，浪费很大。且用圆盘锯床切割，经常出现刀片崩裂，安全风险很高。（4）人工去除毛刺生产效率低，经常有铁屑飞出来，安全风险较高。整套工序下来，该弯管生产成本很居高不下，提质增效降本工作迫在眉睫。

3副车架弯管生产工艺优化方案及效果

3.1弯管机导模力优化及弯管芯棒尺寸优化，取消防皱板。起皱是弯管过程中比较常见的缺陷模式，形成起皱的原因很多，包括管料本身的软硬差异，弯管件的直径、壁厚和弯曲半径的相对关系，弯管模具的精度公差，以及弯管机参数的选择等等。由于该副车架弯管直径为准50mm，弯曲半径达到了90°，壁厚3mm，如果没有防皱板，非常容易起皱。优化方案：优化芯棒尺寸和芯棒位置。如图4，优化芯棒尺寸d，保证D2-d﹤1mm，同时优化芯棒工作位置，使芯棒深入管内开始弯曲处的距离e=10~15mm；如图5，慢慢增加导模压力F，直至起皱现象消失（在不放管件的时候，大量增大F，导模压入会撞到弯轮，严禁不放管件启动自动弯管）。优化后效果：通过优化芯棒尺寸及位置，大量增加导模压力，使得该弯管在不需要防皱板的情况也不出现起皱的现象，节省了防皱板的消耗，同时节省了调整的时间，大量降低了成本和提高了生产效率。3.2机加工夹具结构优化，去除切除尾料工序。在副车架弯管采用数控加工中心钻铣孔的工艺，机加夹具在设计的时候主要考虑了用以将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧，并且便于操作工快速进行装取工件。按照常规的设计思路，夹住钻孔两端，同时用另一直端直段内孔定位，设计的机加夹具如图6.经过批量生产后发现，该机加夹具存在的主要缺点是材料利用率低及振动大。主要由于钻孔较大，该机加夹具要能够夹紧工件，需在钻孔一端拥有足够的长度用以夹紧，钻孔后再把延长的工艺长度切割掉，材料利用率低，切切割产生的损耗及安全风险很大。优化方案：优化夹具结构，采用仿形支撑及压块，采用内管内胀式胀紧机构。优化后夹具结构如图7。采用仿形的支撑定位块及压块，加大了弯管与夹具支撑、压块的接触面积，同样的压力下可以使工件更加稳定，从而不需要额外加长管件用以装夹压紧。另一端采用内部自定心撑开（胀紧）机构，工件轴心与胀紧立柱轴心同心度更好，工件定位精度更高，且工件夹紧更加牢固。优化后效果：通过机加工夹具的改进优化，提高了材料利用率，提高了零件的加工精度和装夹可靠性。用改进后的夹具，钻孔后不需要再进行切割，去除了切割工序，节省了人力、锯片的投入，大大降低了制造成本，经济效益非常可观，且大大降低了安全风险。3.3冲压冲孔代替机加工钻铣孔，去除去毛刺工序，降低刀片损耗。采用数控加工中心钻铣孔的工艺批量生产一段时间后，发现机加工钻铣用的刀片、刀杆损耗较大。由于钻孔是在管面上进行，下刀时刀片受力不均匀，很容易崩刃。并且零件震动大，经常出现烧刀等问题损坏刀竿。刀片及刀竿属精密易耗品，价格很高，造成加工成本居高不下。并且钻孔后毛刺朝外，容易伤手，影响后续装配及焊接，需要用菠萝钻打掉毛刺，劳动强度大，铁屑飞溅，风险较高。优化方案：从想法到实践，经过不断验证，团队成功采用冲压工艺实现该副车架弯管上直径32mm的孔的制造。冲压模具结构如图8、9所示，在管件上冲孔的工艺本来就不容易，而要在直径50mm，壁厚3mm的管件上冲压出直径32mm的孔，对冲压模具的结构、强度提出很高的要求。团队巧妙的通过结构设计、冲头、凸、凹模结构设计，模具选材等各个环节突破创新，使用简单的80~100t机械式压力机，即可实现了批量稳定冲孔[2]优化后效果：冲压冲孔生产节拍比机加工钻孔稍快，但是冲头寿命更高，节省了大量的刀片损耗成本。切冲孔后毛刺不高，毛刺都朝向管内，不影响后序装配及焊接等，冲孔后无需进行打毛刺，降低了劳动强度，降低了安全风险。同时，冲出来的圆孔质量稳定，克服了机加工钻铣空由于震动造成孔的偏心、椭圆等质量风险。

4副车架弯管生产工艺优化过程中的经验和创新

本文介绍的副车架弯管生产工艺优化过程，最大的经验和创新价值体现在以下三点：（1）工艺优化思路的开拓。文章介绍了通过机械参数调整、工装夹具的调整优化，工艺方案的优化等优化方式，实现了零件制造过程的优化和提质增效降本，为零部件制造过程的工艺优化提供了较高的参考价值。（2）管件类零件机加工夹具的结构创新。采用仿形支撑及压块，并且采用内管内胀式胀紧机构，优化了零件结构，提高了产品质量稳定性，为类似的管件装夹夹具的设计有一定的参考价值。（3）管件类零件冲孔工艺创新。采用该模具结构实现批量厚管的生产应用，提高了生产效率和质量稳定性，对类似管件打孔提供很好的参考，为如何使用简陋设备、简单工装实现高效生产提供了很巧妙的思路。

5结束语

优化后的生产工艺流程：切管→弯管→冲孔→装箱。由此可见，经过一系列的生产过程工艺优化，副车架弯管生产工序由原来的六道序变成了四道序，节省了人员，降低了防皱板、刀片、锯片等大量损耗，同时提高了零件的制造精度及稳定性，降低了安全风险，从而大大降低了零件的制造成本。在汽车零部件成本压力越来越大的背景下，如何在不牺牲质量的前提下降低零部件的制造成本，实现提质、降本、增效，本文介绍的副车架弯管生产工艺优化过程在思路上及某些结构设计、工艺方案上的创新应用都具有较好的参考价值。

参考文献：

[1]安继儒，郭强．金属材料手册[M]．北京：化学工业出版社，2013.

[2]王孝培．冲压手册[M]．3版.北京：机械工业出版社，2012．

作者:揭江弘 韦宝胜 单位:柳州五菱汽车工业有限公司