车架之价

文_宋喜秀

车架之价

文_宋喜秀

本文从会计学角度，对车架的生产成本由材料费、工时费、制造费等几部分进行深入探讨和分析。选择车架不仅要考虑材料成本和工艺成本，更要在总体成本核算的基础上，进行统筹分析，选择更加经济适用的车架。

从法语“Chassis”一词衍生而来的汽车“车架”，早期是在2根平行的钢骨梁柱所构成的大梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的横梁制造而成的笼状结构，所以车架又简称为大梁。

表1 “栋梁之材”性能表

根据制造工艺差别，车架分为焊接车架、铆接车架、铆/焊车架。其中，中重型卡车主要采用铆接车架。按照受力情况不同，车架又可分为非承载式，半承载式和承载式3种。根据车体性质特点，车架还有底盘车架、挂车车架及副车架等分别。

车架质量占整车整备质量的15%左右，是名副其实的栋梁之材。从价格结构角度理解车架价值，具有重要的技术和经济意义。按照会计学原理，车架的生产成本由材料费、工时费、制造费等几部分构成。

1 直接材料费

直接材料费指企业生产经营单位产品过程中实际消耗的原材料、辅助材料、备品配件、外购半成品、燃料、动力、包装物以及其他直接材料的费用。规定车架材料的技术文件是定义产品结构的物料清单(Bill of Material，简称BOM)。

BOM描述了以车架为父项的所有子项装配件、零组件和原材料之间的结构关系，是制造车架所需的每种零部件数量的清单。根据用途和信息特征，BOM分为设计BOM、工艺BOM、生产BOM和成本BOM等4种类型。其中，生产BOM既确定了原材料、零部件的用量，又规定了采购、外协、加工和装配的属性，是生成、管理和控制各项具体业务计划的技术依据。

材料费核算，离不开材料材质、型号规格及品种数量等基础数据。

1.1 栋梁之材

车架是底盘的主心骨，也是上装的承载体。车架承受的载荷，包括汽车自身的重力、行驶动力形成的冲击力、惯性力、路面颠簸及各种外力形成的弯矩和翻转扭矩等。因此，一般都采用具有较强刚度和韧性的钢结构车架。

钢结构车架的纵梁一般用普通碳素结构钢钢板冲压而成，由于需要很高的强度、良好的塑性、韧性和冷弯成形性，所以通常采用热轧钢板。GB/ T 3273-2005《汽车大梁用热轧钢板和钢带》规定了汽车大梁(纵梁、横梁)用热轧钢板和钢带的尺寸、外形、技术要求、试验方法、检验规则、包装标志及质量证明书等。随着16Mn等低合金结构钢、T700L等工程结构钢等高强大梁钢先后问世，车架材质表现出了普通热轧钢板、低合金结构钢与高强度钢竞相发展的新常态。

表2 WB/A比值

屈服强度越大，越不容易变形断裂；伸长率越高，韧性越好；容重越小，自质量越轻。而强度、韧性和容重又往往不能兼容，铝合金、碳纤维车架于是成了后起之秀。车架常用材质的性能比较见表1。

从表1不难看出，高强度钢屈服强度大，是锰钢的2倍左右，普通钢材的3倍左右，但是伸展率较低，韧性教差，所以“宁折不弯”。锰钢伸展率高，韧性好——在形变较大的情况下，卸货后还能恢复原状，适合山区、重载等工况。

铝合金大梁一般由上翼板、下翼板和腹板焊接而成工字型纵梁，在挂车车架上应用较多，具有质量轻，强度高，抗大气腐蚀，方便加工等突出优点，但热塑性较低，焊接性能差。

碳素纤维和传统钢材比较，容重仅为后者的1/4左右，而强度和硬度都高很多。碳素纤维也有美中不足：一是有受力向度的安全性问题，虽然它很坚韧，但整体中的某些部位韧性低，容易“粉碎性骨折”；二是价格问题，高端化纤新产品的身世，其还不具备规模生产的经济性。所以，碳纤维更多地应用在车架补强方面。随着增强型热塑性碳纤维塑料(屈服强度≥3 500 MPa)的出现和日新月异的3D打印技术的发展，碳纤维材料也开始应用于“打印”车架车体一体化的车身。

1.2 轻量之梁

车架承上启下，安全责任巨大；而车架结构过于庞大，又有高质量、高油耗、高风阻的“三高”风险。锰钢的各项特性都比较平衡，适合很多工况，所以一度成为主流。但是，在计重收费的条件下，相对高强度钢，同样的承载力，锰钢的厚度更厚，宽度更宽，从而导致大梁更重，其轻量化优势略逊一筹。因此，高强度钢大梁后来居上。

横梁数量的结构优化也有助于车架轻量化。横梁有连接横梁与支撑横梁2种，为了提高扭转刚度、降低扭转应力，通常在纵梁应力相对集中的部位增加横梁，或加大横梁横截面积以改善与纵梁连接处的受力状况，这就是传统的大而稀的横梁结构。高强度的W型轻型横梁可以与纵梁贯穿连接，所以又称作贯穿梁。在贯穿梁腹板处施焊，并在翼面两端与纵梁切口处留有2 mm左右的间隙，能够明显降低扭转应力和整备质量。

1.3 后顾之忧

车架如骨架，承上又启下，抗压抗拉抗扭转，还要轻量化。只有将好钢用在刀刃上，才能免除安全与经济二者不可兼得的后顾之忧。

梁承受的最大弯矩Mmax与抗弯截面系数WB的关系为：

Mmax=[σ] WB

此关系式表明，在许用应力[σ]一定的条件下，Mmax与抗弯截面系数WB成正比，WB越小越危险；另一方面，材料用量与横截面积A成正比，A越大越浪费。因此，科学合理的截面形状应该是U大A小，也就是说WB/ A越大越经济。型钢截面的WB/A与截面高度h(直径d)的关系见表2。

由表2可知，运用WB/A比值较高的槽型钢、工字钢可以解决后顾之忧。同时，还可以根据车架应力分布情况，在水平面内或纵平面内做成弯曲的，也可以做成等断面或非等断面的；改善梁的受力状况；挂车纵梁通常采用钢板焊接而成的工字梁，由于上翼板受力明显弱于下翼板，为了降低整备质量，上翼板厚度往往要低于下翼板1～2 mm。

在模块化时代，汽车行业的竞争就是供应链之间的竞争。要生产国际领先水平的车架产品，就要构建国际性的供应链，依赖全球采购信息系统，通过智能高效的采购平台或者网络直接向世界级的供应商订货。当然，在享受采购信息规范、高效、智能化的同时，企业还要注意对采购业务进行实时分析，对采购信息进行安全性管理。

2 工时费

工时费由2部分构成：一是企业直接从事产品生产工人的工资、奖金、津贴、补贴和各种福利费用；二是产品外部加工费等能直接计入产品制造成本的费用。从工时费构成原理可以看出，工艺决定工时，流程影响过程，计划关系计价。

2.1 工艺之宜

钢结构车架的纵梁、横梁是由薄板冲压件经焊接、铆接、栓接及粘接等方法联结而成的，冲压和焊接是车架制作的主要工艺过程。

冲压工艺通常由下料、折边、压印、冲孔等工序组成，焊接工艺则有电阻焊、电渣焊、电弧焊、CO2气体保护焊、激光焊等多种焊接方式和人工焊、自动焊、焊接机器人等多种焊接方法。确定工艺方案的指导思想是如下。

(1)流程宜简不宜繁。提高车架刚度的2种技术路线里，传统的大而稀的横梁结构，虽然工时费用总额较低，但因局部焊接量过大，增加了横梁与纵梁连接处的扭转应力，使车辆的行驶平顺性变差；轻而密的横梁结构，焊接量、耗电量显然要高出不少，但因局部工作量小而积少成优。

(2)参数宜严不宜宽。为了预防热变形，焊接工艺要经历定位、夹紧、点固三步曲。点固过程对电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、气体流量、焊接速度、焊丝伸出长度、直流回路电感等焊接工艺参数应当从严控制；否则，需要付出20%左右的工时矫正焊接变形和消除残余应力。

(3)装备宜通不宜专。冲压是一种先进的工艺方法，但对冲压设备及专用模具的技术要求较高，所以，小批量生产阶段多选择组合模式。车架梁型以槽型直梁为主，为了兼容抗弯抗扭综合素质，钢结构车架常将元宝型、圆管型、X型、工字型、几字型等曲面形状的横梁与槽型直梁搭配运用——此为散件组合；CO2气体保护焊是一种熔化极气体保护电弧焊接法，是一种经济实惠的焊接技术，将冲压的槽型直梁背靠背焊接成工字型横梁，既简化了工艺，又降低了成本，此为工艺组合。

2.2 分工之功

车架焊装完工，验收合格后，工艺流程进入总成涂装工序。涂装既能防止腐蚀，又能增加美观，使车架在各种气候条件下保持光泽、色彩和美观，而不发生退色和锈蚀。

涂装工艺过程主要有漆前预处理、底漆、喷漆、烘干等工序。一方面，涂装过程需要大量的化学试剂处理和精细的工艺参数控制，对油漆材料以及各项加工设备的要求都很高，涂装工艺一般都是各公司的技术秘密。另一方面，由于涂装过程使用的化学试剂、形成的可燃粉尘等涉及操作人员的职业保护和职业健康问题，所以有许多企业都将涂装工序外包给专业的涂装企业。涂装工序外包后，由外包双方协商确定工时费，并按外部加工费直接计入产品制造成本。当然，其他工序和半成品、产成品都可以外包，因为外包模式不仅能够发挥专业公司的专业优势，而且可以节省发包企业的作业场地，缩短产品生产节拍和开发创新周期。

车架涂装合格后，还要按照工艺要求打刻车辆识别代码VIN。VIN是Veterinary Information Network 的缩写，俗称17位码，由17位字符组成，是表明车辆身份的“汽车身份证”。该号码的生成有着特定的规律，能保证50年内在全世界范围内不重复出现。

2.3 规模之磨

生产制造BOM确定的材料批量规模，对产品生产成本也有重要影响。

一方面，原材料、零组件是即时采购，还是领用库存，是单件采购，还是批量订货，是有时间和周期差别的；即使是库存物料，也会因批次不同而不同。所以，采购批次和批量对产品成本的形成有着不容忽视的直接影响。

另一方面，企业也会因自制单件订单生产成本核算问题陷入尴尬处境。如果接一件干一件，如实安排生产，有可能把“豆腐盘成肉价钱”；顺水推舟多排计划时，计划可能会随时更改，一旦发生变化，又有可能带来不良影响；此外，库存越大风险越大，企业因此越容易陷入恶性循环。

3 制造费

企业各个分公司及制造车间为了组织和管理产品生产而发生的各项间接费用，统称制造费。主要包括管理人员的工资、员工福利费、固定资产折旧费、设施设备修理费、经营性租赁费、机物料消耗、低值易耗品摊销、取暖费、水电费、办公费、差旅费、运输费、保险费、设计制图费、试验检验费、劳动保护费、各种停工损失以及其他制造费用。羊毛出在羊身上，这些间接费用最终都要通过产品增值实现自身价值。

3.1 工厂之偿

制造费用的本质是企业的管理支出，体现了企业的资源实力和管理水平，仅从设计制图流程就能看出差别。大多数传统企业还停留在以车型为局限的尺寸数据组合阶段，一车一议，一架一图，现订现画，车架研制活动比较死板和被动。而那些技术领先的企业，大多采用了车架定制系统，车架用户利用电子触摸屏选配零配件模块，浏览定制系统自动生成的BOM表，自动计算出来的价格表(成本BOM)，然后根据系统展示出来的零部件轴测图，可以在极短时间内定制自己中意的车架。

另外，有限元分析、结构优化、3D打印等先进设计技术的普及，使车架设计流程日益人性化。但是，流程便捷不等于成本低廉——软件硬件成本的高投入需要通过折旧费、设计费、办公费等制造费科目长期消化。

3.2 关键之坚

纵梁是主心骨，横梁是腹部肌肉，纵横交错栋梁材，成就好身价。早在20世纪60年代，德国奔驰就已采用有限元优化结构设计技术研制车架，历经10年开发成功的奔驰NG-80系列重型汽车，装配了不等宽、变截面、边梁式鱼肚型结构车架。奔驰独有的这种车架技术，在轻量化的同时，还提高了车架的抗弯强度、扭转弹性和承受非对称循环交变冲击载荷的能力，在我国重型汽车产业特别是军用货车领域有巨大市场。但是制作这样高新技术的车架，需要专用的冲压设备和模具。从1978年4月出国考察，到1988年9月中德双方在人民大会堂举行奔驰重型汽车引进项目签字仪式，10年的艰难谈判，难点之一，就是这些关键设备需要全部从国外进口，这对当时尚不富裕的中国来说，外汇开支的压力明显过大。所以，奔驰重卡的引进之路一波三折。3.3 裂纹之问

高强度钢车架，不仅对生产设备及技术要求较高，而且不适合超载及山区路况的运输环境。车架在空载和超载工况容易开焊开裂的4个敏感区域(见图4)，经常引发售后质量纠纷：一是纵梁中段上部焊缝，二是纵梁下翼面与牵引销座板焊接处，三是第一后悬架的板簧前支架与纵梁下翼面焊接处，四是大变形与强约束集中的螺栓孔。

表3 车架的成本BOM 万元

(1)纵梁中段上部开焊是高强度钢遇到强电流退火，梁退火后破坏了钢材结构而引起的焊缝开焊。实践证明，采用轻而密的贯穿梁结构，可以避免此类问题。

(2)纵梁下翼面与牵引销座板焊接处开焊的主要原因是大而稀的横梁间距过大，使鹅颈处几乎成了抗扭真空地带。改进对策是在真空地带添加横梁。

(3)在重载工况下，牵引销座板与第一后悬架的板簧前支架之间处于悬空状态，容易产生巨大的弯曲变形，这是第一后悬架的板簧前支架与纵梁下翼面焊接处开焊的主要原因。改进办法是在焊接处加焊三角板分散受力。

(4)螺栓孔开裂属于应力集中造成的疲劳断裂，应通过降低加工应力和改善外部应力2个渠道对症下药。