摘要：车架总成是构成重型卡车的核心零部件之一，承载着整车各类功能总成，被誉为重卡的脊梁。随着国民经济的快速发展，客户对重卡产品有了低油耗、多配置、大马力、长生命周期的新需求，而现有重卡车架总成制造工艺不能完全满足这些新需求。文章从客户需求解读、工艺现状剖析、先进制造技术可行性分析等方面展开探讨，得出了轻量化材料成型、柔性快速制孔、纵梁局部变形、散件电泳等符合重卡行业发展的工艺技术路线，也形成了当前车架总成制造工艺的发展趋势。
关键词：车架；工艺发展趋势；客户需求；重卡行业
重卡制造是以客户需求为导向的行业，将客户需求转化为产品卖点必然也是每个主机厂想做到的。根据市场调研，低油耗、多配置、大马力、长生命周期是现阶段客户对重卡产品的核心需求，而车架总成（见图1）作为重卡的脊梁，是重卡产品实现各种功能的基础，必须满足以上提到的核心需求。
图1 重卡车架总成
随着制造工艺的发展，车架总成制造有多种多样的工艺路线选择，本文将解析满足现阶段重卡客户核心需求的车架总成制造工艺的发展趋势。
在重卡运输行业中，燃料成本占总成本的30%～35%，客户对整车的百公里油耗指数非常关心。据统计，车辆重量每减轻10%，油耗可降低6%～8%[1]。
GB 1589－2016最新规定：车货总重≤49 t，相比2004规定降低6 t，客户的盈利区域大幅缩水。降低车架总成重量可提高载货量，提升客户营收。
国内重卡纵梁材料在初期发展阶段主要为510L、QSTE340的8 mm厚的钢材，抗拉强度在500 MPa级、屈服强度在300 MPa级。这类材料的纵梁主要制造工艺是：使用如图2所示的大吨位油压机，利用模具将裁剪好的条形料模压成型为固定腹宽的U型槽梁，生产效率约为1.5 min每根，生产不同腹宽纵梁的换模时间较长。
图2 模压纵梁的大型压力机
随着材料发展，抗拉强度在700 MPa级、屈服在600～700 MPa级的超高强钢逐渐在重卡领域普及应用。在510L级别的纵梁材料切换为超高强钢后，可取消车架总成中原有起加强作用的L型加强板并且不降低车架总成强度与刚度，相比普通钢材料车架，高强钢车架可降重约40～60 kg。
对于模压工艺，超高强钢的高屈服强度、高屈强比将导致压型过程中成型力大幅增大、翼面回弹严重等问题。
辊压成型是将卷料开卷校平后再通过多组具有不同槽型的辊子，逐渐使钢材发生塑性变形形成连续的U型槽钢，之后再将连续的槽钢按需要长度切断，制成纵梁[2]，原理图如图3所示。辊压工艺属于连续渐进成型，有着成型力需求小、成型回弹小、生产效率高（≥15 m/min）、自动校正卷料镰刀弯的优势。
图3 辊压成型原理
因此，辊压工艺不仅解决了模压工艺对超高强钢材料模具回弹调试复杂、设备成型力不足的缺陷，还能通过快速切换辊子兼顾不同幅宽、不同厚度、不同材料的纵梁生产，如图4所示。辊压成型工艺将逐渐取代模压成型工艺。
图4 正在辊压成型的纵梁
铝合金等低密度的有色金属也是重卡车架轻量化的一个方向。根据理论分析，与钢制车架等强度设计铝合金车架可降重30%～40%[3]，但成本将提升近1倍，并且铝合金车架零部件需要挤压成型，这是重卡主机厂不具备的批产工艺方式。
因此，铝合金材料在重卡轻量化的应用，需要主机厂与材料厂家联合开发，并应用于高附加值产品，如新能源重卡。试制中的铝合金车架如图5所示。
图5 试制中的铝合金车架
重卡行业竞争日益激烈，细分市场逐步增多，主机厂的整车配置要满足不同客户的个性化需求。重卡车架纵梁作为搭载所有整车子系统的安装平台，单根纵梁孔数多达300～500个，孔规格多达10多种以上，且其孔径尺寸、孔位置度公差也必须满足多样化的子系统装配需求。
重卡纵梁制孔工艺种类较多，有模具一次冲孔、摇臂钻人工钻孔、数控平板钻钻孔、数控平板冲冲孔、数控三面冲冲孔、数控腹面-翼面冲冲孔等工艺。
常见的数控平板冲制孔工艺，如图6所示，需要先冲好翼、腹面所有孔，再使用油压机模压成型，因成型回弹影响，翼面孔与有装配关系的腹面孔匹配时易出现错位，需在装配现场绞孔，纵梁材料强度越高，错位越明显。
图6 平板冲冲孔
人工摇臂钻钻双层梁内梁孔如图7所示。对于双层纵梁车架，采用内外梁分别制孔、成型、合梁工艺时，由于板料镰刀弯、压型模具定位销间隙、设备定位与进给精度影响，在合梁后，内外梁孔之间会出现1 mm以上错位。部分主机厂采用冲外梁孔－内外梁合梁－摇臂钻按外梁孔位钻出内梁孔的工艺，保证内外梁孔位契合度，但该工艺劳动强度大、生产效率较低[4]。
图7 人工摇臂钻钻双层梁内梁孔
依托数控冲孔设备生产效率和精度的提升，国内的重卡主机厂已开始使用2到3台数控腹面冲与1台数控翼面冲组连线分步制孔工艺来解决重卡产品纵梁腹面孔数多、翼面孔少且变化快的特点，如图8所示。
图8 腹面数控冲与翼面数控冲
面对600～1 000孔每车的制孔需求，腹翼连线数控冲可达到每100孔生产时间小于1.5 min，并且能保证纵梁全长冲孔精度达到±0.5 mm，可满足各类子系统装配要求，达到双层梁分别制孔再合梁的精度需求；通过二次冲孔定位销，避免同根纵梁两次冲孔的再定位偏差；设备冲头模位数量不小于15种，匹配各类规格螺栓和铆钉的装配需求。
激光切割也是新兴的一种制孔工艺，切割速度可达2.4 m/min（3 kW功率，8 mm钢板）[5]，无需冲孔模具，对孔径变化复杂的产品更加柔性。该工艺初期设备投入较大，适用于较薄纵梁以及无法模具冲孔的铝合金纵梁制孔。
在动力性能方面，国内重卡主流的最大马力已从过去的200～300马力提升至现在的400～500马力，甚至600 马力的产品也已面世。大马力重卡在高速干线运输中高效率、低能耗的很具优势，但大马力发动机对散热模块的尺寸需求也比较大，需要车架前端装配宽度达到800 mm以上，如图9所示。对于车架整体而言，GB 1589－2016规定整车宽度不得大于2 550 mm，因此，车架在前轴后桥处的宽度不能过大，否则会影响整车转向系统和行走系统的布置。
图9 前端变宽的车架总成
对于一般马力重卡的车架总成，直大梁车架的宽度 简单的纵梁平板切割工艺就能满足其前端冷却模块的装配空间需求，但无法满足大马力发动机装配的空间需求。
纵梁折弯工艺可制造出前宽后窄的车架总成，保证整车驾驶性能的前提下，可大幅扩展车架前端装配空间，车架前后两端宽度差可做到120 mm以上。该工艺有着特殊的设备和工装，如图10所示，使之仅需很小的调整，即可达到不同纵梁变宽的需要，柔性化较高，也可补偿折弯回弹，而且变形区域控制质量大大优于模具成型，生产效率可达5 min每件[4]。
同时，辊压 机器人等离子三维立体切割工艺也替代了平板等离子切割 模具冲压成型工艺，使辊压工艺生产的已成型纵梁前段翼面依旧能避让出60 mm以上的空间。该工艺使用六轴工业机器人，如图11所示，定位稳定、行动空间大、精度高，配合端头的等离子切割设备能够高效地完成8 mm厚度的槽型纵梁切割工作[6]。
图10 纵梁折弯设备与模具
图11 六轴等离子切割机器人
激光切割也是纵梁切割可采用的一种先进工艺，相比于等离子切割需要匹配复杂的新风除烟系统与焊渣处理系统，激光切割更加环保。
重卡行业对于运输效率和出勤率有着很高的要求，而车架总成作为整车的基础，其故障率必须远低于其他总成，一旦车架总成出现故障，不论是配件购买还是更换，都会对客户造成重大损失。根据市场反馈，电泳漆锈蚀是车架总成的主要失效类型，降低了车架总成的整体使用寿命。
常规的重卡车架涂装工艺是在车架总成铆接完成后，整体将车架总成放入电泳设备中涂装。因工艺流程是先铆接再涂装，纵梁与加强梁、纵梁与横梁、横梁与连接板等零部件的贴合面以及铆钉连接处会形成电泳盲区，尤其是重载的三层梁车型的纵梁贴合面盲区，这会导致这些部位实际达不到油漆质量的最低要求（耐盐雾性≥500 h、耐候性≥500 h），在使用中很快出现锈蚀和淌黄水的现象，如图12所示，容易产生断裂等强度失效问题，极大地降低了产品的使用寿命[7]。
图12 车架总成零件贴合面锈蚀
为解决重卡多层梁车架，特别是纵梁之间的夹层锈蚀，可采用散件电泳 涂层铆钉 总成补漆工艺。纵梁、横梁、连接板等零部件分别电泳后，使用带特殊涂层的铆钉装配成车架总成，后续再对运输、装配过程中产生的磕碰划伤进行补漆，如图13所示。该工艺大幅降低了车架总成零件夹层锈蚀的问题，使车架总成各个部位都达到了油漆质量标准要求，保证了重卡产品的正常生命周期。
图13 散件电泳零部件与车架总成
本文通过解析现阶段重卡行业的产品特征，总结了车架总车制造工艺的几个发展趋势。车架总成制造工艺决定着重卡产品的性能与品质，正确选择制造工艺，制造出满足客户需求的产品是每个主机厂的不懈追求，这也是重卡产品的核心竞争力。
参考文献
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[2] 蒋红,赵升吨,李帆,等.载货汽车纵梁成形工艺及设备探讨[J].重型机械,2022(2): 56-59.
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[5] 钟韬,蔡成旺,张红伟,等.激光切割金属板材关键工艺参数试验分析[J].2021,59(1):69-72.
[6] 李绍民.重型汽车车架制造技术研究[J].汽车工艺与材料,2014(10):42-44,48.
[7] 李村国.卡车底盘涂装工艺的改进[J].汽车工艺与材料,2012(9):33-35.
来源：《汽车实用技术》
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