车架纵梁材料利用率分析

刘勇，李超鹏，元博，王勇

车架纵梁材料利用率分析

刘勇，李超鹏，元博，王勇

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 西安 722405）

在重型汽车中被称为汽车“脊梁”的车架总成，其最重要的零件纵梁被誉为车架总成的“脊梁”，而纵梁加工过程中一个重要工艺指标是材料利用率，文章主要对车架加工工艺进行分析，找到纵梁材料损失的主要工序，分析原材料对纵梁下料过程的影响，通过采取措施减少材料损耗，降低生产成本。通过分析材料利用率，能够帮助企业在生产制作中，找到提升的空间，对纵梁生产有重要意义。

纵梁；钢带；车架；材料利用率

前言

随着我国经济的快速发展，作为我国制造业的重要支柱之一的汽车制造业。其重型汽车市场呈现快速增长的趋势，在重型汽车中被称为汽车“脊梁”的车架总成，其最关键的零件是纵梁。纵梁的生产体现了重型汽车车架制作水平，是衡量制造能力的一个重要体现。材料利用率是机械制造过程中一个重要的指标，它在生产过程中直接影响到纵梁的生产成本。因此分析材料利用率能够帮助企业在生产制作中，找到提升的空间，对纵梁生产有重要意义。

1 重卡车架

车架作为汽车承载基体，支撑着发动机、离合器、变速器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量有关的零件，承受着传给它的各种力和力矩[1]。车架作为重卡汽车核心部件之一，由两根互相平行且开口朝内，冲压制成的槽型纵梁及一些冲压制成的开口槽型横梁铆接而成。其中纵梁是车架主要承载零件，也是车架中最大的加工件。纵梁截面为C型，其腹面是汽车零部件连接的主要区域。根据纵梁截面状态可分为等截面和变截面，根据车架总成宽度变化，分为直通式纵梁和Z字形纵梁（即纵梁折弯）。而纵梁成型工艺多采用冲压或辊压工艺。

图1 车架总成

2 车架纵梁

车架纵梁长度6-12米，截面尺寸200-320mm左右，是个典型的细长零部件。纵梁材质主要为汽车大梁专用钢，常见的牌号510L、600L等[2]，汽车大梁专用钢供货状态为轧制宽度不小于600mm的热轧钢带，又称钢卷。每卷宽度相同，大小、重量略有不同。

纵梁主要工艺是通过开平纵剪线将热轧钢带纵剪到指定尺寸的大梁板，然后经过冲孔、成型、切割等工序完成加工。常见的纵梁工艺为：开平纵剪——冲孔（平面）——冲压成型——切割——折弯，等截面纵梁也可采用辊压成型的新工艺。以下我们以常见纵梁工艺进行分析。

2.1 开平纵剪工序

开平纵剪工艺是在开平纵剪复合线上，将热轧钢带（卷状）通过机械校平、利用纵剪机组剪切到指定宽度的板条，然后通过横剪机组剪切到指定长度的大梁板（细长板料）。大梁板是纵梁在成型前的毛坯料。开平纵剪工序工艺流程如下：上料→初矫平→切头剪→对中夹送→纵剪（去边丝）→精矫平→横剪切→出料。

开平纵剪工艺实质就是将钢卷通过设备加工成的所需平板料。材料的损耗主要集中在该工序，对纵梁材料利用率影响占比85%-90%。

2.2 冲孔工序

冲孔是利用平板数控冲在大梁板上，按图纸要求尺寸冲出指定直径的孔（例如：φ15、φ17）。数控冲主要工艺流程如下：大梁板上料→夹持送进→数控冲孔→夹持送出→下料。

该工序对材料损耗为冲孔落下的圆形废料，其不可再利用，是工艺上必须损耗掉的，其对纵梁材料利用率影响占比1%-2%。

2.3 成型工序

成型工序是利用大型压力机，将大梁板冲压成指定截面的槽钢。该工序完成后，纵梁的基本加工完成。成型工序工艺流程如下：模具调整→大梁板上料→冲压成型→成型下料。该工序是无切割直纵梁的最后工序。

成型工序无材料损耗，对纵梁材料利用率无影响。

2.4 切割工序

切割工序是利用机器人切割机在纵梁前段和后段按图纸尺寸切割掉部分翼面和腹面。切割工序工艺流程：槽型纵梁上料→定位→机器人切割→下料。根据纵梁功能需求不同，部分车架纵梁有该工序。

切割工序材料损耗主要是切割掉的不规则部分，废料不可再利用，其对纵梁材料利用率影响占比2-4%。

2.5 折弯工序

折弯工艺是利用纵梁折弯机在纵梁前段进行折弯，将直纵梁折弯成为Z字形梁，其主要因为大马力发动机装配空间要求所致。折弯工序工艺流程：槽型纵梁上料→定位→数控折弯→下料。大部分纵梁无此工序。

折弯工序无材料损耗，不影响纵梁材料利用率。

通过以上的工序分析，纵梁加工过程中，影响材料利用率最主要的是第一工序，即：开平纵剪工序。

3 材料利用率分析

选取市场比较常见的纵梁，截面规格为300*80*8 ，长度为7400mm的纵梁为例进行材料利用率分析。

（1）查工艺加工手册[3]，将截面尺寸转化成工艺下料的展开尺寸，即冲压工序需要的毛呸尺寸。纵梁展开料尺寸：7400mm*428mm。钢带规格为1300mm*8*C（C代表不定长度）。

表1 纵梁材料利用率

由上表可得出，该尺寸纵梁下料工序材料利用率94.36%。

冲孔工序材料损耗1kg，切割工序材料损耗4kg，通过测算，零部件实际净重为193.9kg，毛重为210.78kg，综合材料利用率91.99%。

其各工序损耗率如下表：

表2 各工序材料损耗

根据以上数据，其主要材料损耗在开平纵剪工序，冲孔和切割工序材料损耗不到2.5%，切割工序不是每个纵梁必有的工序。并且冲孔和切割在加工过程中无法避免材料损耗，也无法通过优化提升材料利用率。所以以下主要是对材料利用率影响最大的开平纵剪工序进行分析。

（2）开平纵剪工序废料产生的原因：

1）钢带两侧为原始轧制边，宽度尺寸1310左右，比公称宽度尺寸略大，为保证零件尺寸，需剪裁原始边，通常叫取边丝[4]。单边取边丝8mm-15mm左右，其材料损耗率为1.02%。

2）钢带料头和料尾存在约500mm-1000mm长度的不规则扇形区域，该区域不可使用。钢带外圈和内圈因吊装问题导致压痕、划痕较多，并且外圈与地面直接接触，拉痕较重。在开平纵剪过程中，钢带料头和料尾裁剪共11.7米，其材料损耗率为4.62%。

按加工经验计算，取钢带外径2000mm，内径760mm，内圈和外圈损耗共计11mm，材料损耗率为4.17%。与国家标准GB/T 709中，对热轧不切头尾的不切边钢带两端不考核总长度相近。

根据以上分析，纵梁材料损耗主要是在开平纵剪过程中，裁剪钢卷的料头和料尾处形成的。经验测算值略小于真实损耗值1.47%。主要原因为未考虑钢带取边丝和零部件长度变化引起的废料。后期可以参考经验值快速推算纵梁材料利用率。

（3）提高材料利用率措施

通过以上的分析，针对大批量纵梁生产，可采取以下措施，提高材料利用率：

1）采用EPS技术，对钢带进行表面处理，去掉氧化皮和表面划痕，增加钢带存放的工位器具，减小钢带料头损耗。

2）改变现有吊装方式，采用C型或其它专用吊具，减少内圈和外圈吊装压痕。

3）通过采用新的纵梁加工工艺，即：辊压成型技术。开平纵剪工序不再剪切成大梁板，而是收成小钢卷。利用辊压成型，将小钢卷连续加工成槽钢，按照指定长度进行切断。辊压成型技术能够实现大批量连续加工。并且根据纵梁长度及订货量，综合考虑，可减少纵梁长度变化带来损耗，提升纵梁材料利用率。该工艺适用于纵梁多品种柔性加工。

4）利用剪裁下的料头、料尾，在可使用区域内加工尺寸较小的非结构重要件，减少料头、料尾损耗，提升钢带综合利用率。

4 结语

车架是重卡汽车中关键零部件之一，钢材使用量大，并且汽车大梁专用钢比普通钢材价格较高，通过对车架纵梁材料利用率分析，参照相关资料，找到降低材料损耗的途径。使车架纵梁材料利用率能进一步提升，降低纵梁生产成本。

[1] 刘惟信.汽车设计[M].清华大学出版社,2001.

[2] 方昆凡.工程材料手册,黑色材料金属卷[M].北京出版社,2002.

[3] 李旦.机械加工工艺手册[M].机械工业出版社,2007.

[4] 张纪真.机械制造工艺标准应用手册[M].机械工业出版社,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

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1671-7988(2021)02-149-03

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刘勇（1985-），男，工程师，就职于陕西通力专用汽车有限责任公司，现担任陕西省专用车装备工程技术研究中心工艺研究所所长，研究方向：主要从事重型商用汽车及特种自卸车零部件设计及工艺研究。