汽車縱梁
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
汽車縱梁的實例教程
汽車沖壓零件模具設計的重點是在成形類模具上，因為成形工序是保證零件焊接幾何形狀及尺寸的主要工序，因此，一個零件在工藝設計前的工藝分析是至關重要的。本文通過對具有一定代表性的汽車縱梁進行工藝及結構分析，確定零件的成形工藝，利用AutoForm及UG為輔助工具，通過優化傳統工藝達到提升縱梁類產品質量的目的。
汽車縱梁具有材料厚、強度高、形狀復雜、表面質量要求高、回彈大等特點，是一個典型的U形結構件。在整個成形過程中，成形和翻邊工藝非常重要，下面以我公司CX62車型為例，介紹汽車縱梁的成形工藝及模具設計。
工藝現狀
⑴零件材料。
該汽車縱梁的零件材料為HC340/590DP，是加磷、料厚為1.8mm的超低碳鋼。屈服強度340MPa，抗拉強度590MPa的雙相鋼，在低碳或者超低碳中通過添加一定含量的磷、錳固溶強化元素來提高強度，同時這種鋼又具有較好的成形、強度性能，能夠滿足成形及使用安全的需要。零件圖如圖1所示。
⑵零件相關技術要求。
1）成形后的材料最薄處不能小于料厚的80%，變薄率最大20%。
2）制件必須避免縮頸、開裂、毛刺、扭曲、反彈等缺陷。
⑶零件的沖壓工藝分析。
零件有兩種沖壓工藝方案，一是落料+成形，二是拉延+修邊。對任何一個零件進行工藝分析時，都要在滿足質量、效率、安全、穩定、方便的前提下，盡量的降低成本，因此，優先考慮的是落料+成形工藝。
圖1 零件圖
圖2 零件截面
零件兩端頭為開放式造型，具備成形工藝的前提條件。另外，該零件的多個截面均為U形截面，且零件的深度方向深度較深、高低落差較大（圖2），如果采用拉延工藝，將導致產品兩側產生反彈、反弧和扭曲。
展開 板料沖壓成形作為一種重要的塑性加工工藝，廣泛應用于航空航天、汽車、儀表等工業領域。據統計，其中汽車覆蓋件中有60%～70%是采用沖壓工藝生產出來的。汽車覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大、表面質量要求高及生產成本高等特點。成形往往兼有拉延、脹形、翻邊、彎曲等多種形式，在成形過程中板料上各點的變形狀態很復雜，應力、應變很不均勻，差別很大，有些形狀較復雜的沖壓件需要經過多道工序才能完成。但是，覆蓋件的質量好壞在很大程度上受拉延模的質量控制，因此拉延件的設計是沖出高品質沖壓件的關鍵。而如何迅速而準確地預測整個沖壓成形過程可能出現的起皺、開裂以及不合要求的回彈等缺陷并確定其中的一些重要沖壓參數，已成為沖壓技術發展的瓶頸。隨著板料成形有限元理論的不斷完善、計算機技術的迅速發展、對沖壓加工過程認識的深入，以及板料成形有限元模擬技術的日趨成熟，使模擬沖壓成形過程成為可能，并日益成為汽車、模具、鋼鐵等企業優化工藝提供選材以及縮短產品開發周期、減少制造成本的有力工具。
本文以某汽車右前縱梁本體為例，依據其結構特點判斷材料的流動方式，用UG軟件對模型做合理的工藝補充并導出，借助三維沖壓仿真軟件PAM-STAMP2G進行成形過程的數值模擬，獲得了合理的拉深成形工藝參數，以用于指導生產。
模擬過程與結果
本體拉深工藝分析
圖1為汽車右前縱梁本體零件圖，其材料為X1，板料厚度為3mm。從該圖可以看出，該零件結構復雜，局部成形較多，是彎曲、拉延和脹形復合的結果，需要經過拉深→沖孔→切邊等多道工序才能完成，其拉深工藝過程為一次拉深成形，單動沖壓形式。本文主要研究其拉深成形過程，暫不對沖孔及切邊過程進行模擬，圖2即為零件的工藝補充完成的拉延件。
展開 原文作者：鮮光斌，羅琳，王業紅，陳蘇明
作者單位：奇瑞汽車有限公司
來源：mjgy2014
摘要：為了探究碳纖維復合材料在結構件上應用的可行性，選取前地板下縱梁加強板作為研究對象，分別選取了兩套樹脂體系（低溫型碳纖維增強樹脂基復合材料及高溫型碳纖維增強樹脂基復合材料）進行了對比試驗。通過此項目掌握了車用碳纖維復合材料應用于前地板下縱梁加強板的主要性能評價方法。也對今后考慮碳纖維在線涂裝隨車身過烘干爐以及實現與金屬車身的粘接提供了一些借鑒思路。
關鍵詞：碳纖維 前地板下縱梁加強板 可行性分析
1 前言
在全球節能減排的大趨勢下，碳纖維復合材料汽車已成為解決能源和環境問題的一種戰略性產品。隨著碳纖維制造成本的下降、復合材料制造工藝的成熟，目前國內外汽車及零部件廠商都在積極地進行研究應用。國內已經有很多主機廠對碳纖維復合材料在車身外覆蓋件上應用的可行性進行一定研究，但關于其在汽車結構件上的應用研究卻鮮有報道。
2 材料選擇及材料性能試驗方法
2.1材料
為了選擇前地板下縱梁加強板材料，并考慮其經過涂裝烘干爐，選擇低溫型碳纖維增強樹脂基（熱塑）復合材料（以下簡稱為低溫型復合材料）及高溫型碳纖維增強樹脂基（熱固）復合材料（以下簡稱為高溫型復合材料）分別開展試驗。
展開 在全球節能減排的大趨勢下，碳纖維復合材料汽車已成為解決能源和環境問題的一種戰略性產品。隨著碳纖維制造成本的下降、復合材料制造工藝的成熟，目前國內外汽車及零部件廠商都在積極地進行研究應用。國內已經有很多主機廠對碳纖維復合材料在車身外覆蓋件上應用的可行性進行一定研究，但關于其在汽車結構件上的應用研究卻鮮有報道。
2材料選擇及材料性能試驗方法
2.1材料
為了選擇前地板下縱梁加強板材料，并考慮其經過涂裝烘干爐，選擇低溫型碳纖維增強樹脂基（熱塑）復合材料（以下簡稱為低溫型復合材料）及高溫型碳纖維增強樹脂基（熱固）復合材料（以下簡稱為高溫型復合材料）分別開展試驗。測試樣條為預浸布迭層，迭層可采用編織（表層）/單向纖維（UD）（中間層）/編織（表層）。碳纖維采用T300級的3k編織纖維和T300級的12k單向纖維。樹脂基體均為環氧樹脂，纖維體積比為55%。膠黏劑為環氧樹脂型結構膠。下縱梁為H1500鋼板。
2.2試驗方法及設備
拉伸試驗參照ASTMD3039/D3039M-08《聚合物基復合材料拉伸性能試驗方法》，彎曲試驗參照GB/T1449—005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》，沖擊試驗參照GB/T1043.1—008《塑料簡支梁沖擊性能的測定第1部分：非儀器化沖擊試驗》，抗剪試驗參照GB/T7124—008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》，低溫脆化試驗參照GB/T5470—008《塑料沖擊法脆化溫度的測定》，熱變形溫度測定參照GB/T1634.2—2004《塑料負荷變形溫度的測定第2部分：塑料、硬塑料和長纖維增強復合材料》。
展開 
汽車縱梁的相關專題、標簽、搜索
汽車縱梁的最新內容
表6 鋼質前縱梁參數
在汽車前縱梁壓潰建模過程中，約束前縱梁后端6個方向的自由度。為了真實模擬汽車碰撞時的工況，對剛性板附加了600 kg的質量，并賦予剛性板以15 m/s的初始速度來撞擊汽車前縱梁，最大壓潰位移設置為170 mm，即汽車前縱梁一半的距離。
由于重載汽車縱梁料厚板重，傳統手動落料生產模式不僅生產效率低，而且人工搬料存在一定的安全隱患，無法滿足增產需要。因此，創新設計，實現縱梁落料自動化是目前的發展方向。
本文針對汽車車身某處縱梁沖壓件焊接面產生翹曲的原因及解決方案進行了闡述，通過對零件的造型、沖壓工藝方案、現場模具調試等3個方面對翹曲缺陷進行分析，歸納并制定了相應的解決方案，最終使翹曲缺陷得到消除，為以后的模具設計和模具調試提供借鑒與參考。
縱梁是車架裝配的基礎，縱梁的單件精度是車架制造精度的基礎。近年來，為了降低汽車重量，汽車鈑金件采用的材質向著高強化、輕量化方向發展。
本文以某汽車右前縱梁本體為例，依據其結構特點判斷材料的流動方式，用UG軟件對模型做合理的工藝補充并導出，借助三維沖壓仿真軟件PAM-STAMP2G進行成形過程的數值模擬，獲得了合理的拉深成形工藝參數，以用于指導生產。
模擬過程與結果
本體拉深工藝分析
圖1為汽車右前縱梁本體零件圖，其材料為X1，板料厚度為3mm。
激光拼焊技術在20世紀90年代末引入中國，一汽、上汽、長城、奇瑞、吉利等汽車公司在前縱梁、門內板和B柱加強板等都有應用。寶鋼已有23條激光拼焊生產線，年產2 200多萬片板坯，占我國市場份額的70%以上，是世界第三、亞洲第一大激光拼焊板生產公司。鞍鋼也在與蒂森克虜伯合作，在長春等地建立激光焊接加工生產線。
（3）電器沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）電器沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節能的加工方法，沖壓件的成本較低。
縱梁是卡車車架的骨架部分，縱梁長度一般為5～10m不等，從其斷面來看汽車車架縱梁是典形的U形件，包括內縱梁和外縱梁零件。一般傳統成形工藝，汽車車架縱梁內外板是各自落料沖孔，各自成形，模具開發成本高，成形后考慮精度存在差異，容易造成縱梁內外板裝配孔位置不吻合，導致鉚焊裝配困難，且內外板形面因不吻合導致裝配間隙大，裝配間隙大會削減縱梁的抗彎強度。
（3）五金沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）五金沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節能的加工方法，沖壓件的成本較低。
五金沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。
這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通的壓力機的行程次數每分鐘才幾十次，而高速壓力機每分鐘可以達到數百次，甚至上千次，而且每次沖壓行程都能得到一個或多個沖壓件；
沖壓時模具包裝了沖壓件的尺寸與形狀精度，一般不破壞沖壓材料的表面質量，而且模具的壽命一般比較長，所以沖壓件的質量穩定，互換性好，具有”一模一樣”的特點；
沖壓可以加工尺寸范圍較大，形狀比較復雜的零件，如小到鐘表的秒針，大到汽車縱梁
3、沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較為復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
4、沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需要別的加熱設備，因而是一種省料、節能的加工方法。相對來說成本也比較低。
