一種轎車後扭梁結構及其製造方法
2023-05-08 06:45:26 4
專利名稱：一種轎車後扭梁結構及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車部件及製作方法，特別是一種轎車後扭梁結構及後扭梁本體加工方法，屬汽車技術領域。
背景技術：
現代轎車在保證其基本性能外，致力於提高安全性與舒適性，向高附加價值、高性能、高質量、輕量化方向發展。作為提高操縱穩定性、乘坐舒適性的轎車後扭梁懸架系統是汽車的一個主要組成部分，對車輛的平順性、操縱穩定性以及整車NVH性能有著重要的影響，因此後扭梁總成是各汽車生產企業不斷改進、創新的重要部件。汽車後扭梁總成由後扭梁本體、縱臂、螺旋彈簧支架、避振器支架、輪轂支架等組成，其中後扭梁本體是承力的關鍵零件。中國專利201080016173中所公開的扭梁製造方法中，選用金屬管材為後扭梁本體的原料，利用成形加工的方法，將金屬管材中部衝壓成V形截面，然後再將各零件進行拼焊組裝，形成後扭梁總成。這種結構的後扭梁本體通過CAE分析，在後扭梁端頭部位承受的應力較大，達到lOOOMPa，因此選用的材料強度需大於lOOOMPa，對於如此高強度的材料，採用傳統的冷衝壓工藝無法滿足變形要求，需採用熱成型或液壓成型工藝，材料及加工工藝都導致了扭梁本體成本增加，而且佔用材料重量大，不符合輕量化的設計理念。
發明內容
本發明用於克服已有技術的缺陷而提供一種在滿足強度要求的前提下，降低生產成本，簡化加工工藝的簡轎車後扭梁及加工方法。本發明所稱問題是以下述技術方案解決的
一種轎車後扭梁結構，它包括後扭梁本體和縱臂，後扭梁本體為左右對稱結構，其兩端分別與縱臂焊接，其特別之處是所述後扭梁本體由鋼板衝壓而成，衝壓下料曲線的端部輪廓由9段圓弧光滑過渡連接而成，以後扭梁本體兩端漏液孔3的中心連線為橫坐標，以對稱中心線為縱坐標，左端各段圓弧按下述方式確定R0=4. 5，圓心坐標為-502，O ；R1=44,圓心坐標為-546. 1，4. I ；R2= 48. 5，圓心坐標為-480. I，-64. 8 ;R3= 123.5，圓心坐標為-651. 8，-54. 8 ；R4=11,圓心坐標為-558. 5，-138. 5 ；R5= 50，圓心坐標為-551. -2. 3 ；R6=50，圓心坐標為-489. 76，76. 76 ;R7= 221.5，圓心坐標為-757. 6，34. 6、R8=7，圓心坐標為-574. 6，171. 3 ;在圓弧Rl與RO之間設有半徑為3的圓弧倒角，在圓弧R5與RO之間設有半徑為3的圓弧倒角，上述數值的單位均為mm。上述轎車後扭梁結構，所述後扭梁本體為槽形結構，其兩側上端頭與縱臂焊接處的橫截面為U形,所述橫截面的槽底彎曲部位圓弧半徑Rd=39 41mm、開口尺寸為66 mm、後壁延伸出前壁12-13 mm;後扭梁本體中間處的橫截面近似C形，所述橫截面的槽底彎曲部位由半徑分別為Ral、Ra2的兩個圓弧面光滑過渡連接而成，其中，Ral=66 68mm、圓心角為30-32°、Ra2=10 11mm、圓心角為50-53°、開口尺寸為78mm、後壁延伸出前壁17-18mm ;所述後扭梁本體的橫截面面積由兩側向中間漸變，中間橫截面較小，所述後扭梁本體的橫截面形狀由兩側向中間漸變過渡吻接。上述轎車後扭梁結構，所述後扭梁本體前壁底邊為半徑R9=1780-2177mm的弧形面,所述後扭梁本體後壁底邊為半徑R10=2100-2220 mm的弧形面，所述後扭梁本體上部為半徑Rll=2020-2030mm的弧形面。上述轎車後扭梁製造方法，它按如下步驟進行
a.下料採用板厚為6-8mm的冷成型熱軋汽車結構鋼板，根據後扭梁本體展開圖下料、剪裁；
b.衝壓將剪裁的鋼板在衝壓機上衝壓成型；
c.衝孔在衝壓成型的後扭梁本體製件上衝焊接定位孔； d.整形對後扭梁本體製件進行整形處理；
e.拋丸對後扭梁本體製件進行拋丸處理，拋丸覆蓋率為98%，扭梁表面拋丸強度檢測為 O. 3A-0. 4A。上述轎車後扭梁製造方法，所述拋丸工序中，將後扭梁本體製件懸掛在圓盤形吊架上，置入拋丸機中進行拋丸，拋丸過程需在拋丸機內轉換三個工位，每個工位正轉拋打
I.5分鐘、反轉拋打I. 5分鐘。本發明針對轎車後扭梁製作工藝複雜、生產成本高的問題進行了改進，其主要特點體現在如下方面1.改變後扭梁本體結構形狀，其兩端與縱臂焊接面為曲面，所述曲面由9段圓弧面光滑過渡連接而成，該結構應力分布合理，將端頭部位的最大應力值降低約60% ；2.選用高強度鋼板為原料，經剪切、冷衝成型等工序製備後扭梁本體，由於原料成本低且加工工藝簡單，所以使後扭梁成本降低，並實現了產品輕量化；3.為提高後扭梁的疲勞強度，增加拋丸工序，對經衝壓成型及整形後的後扭梁本體進行拋丸處理，提高表面硬度，使其疲勞壽命達80萬次以上，所述指標位於同類產品的較高水平。
圖I是本發明產品轎車後扭梁結構的示意 圖2是後扭梁本體的衝壓下料 圖3是後扭梁本體結構示意 圖4、圖5分別是圖3的D-D截面、A-A截面的斷面 圖6是後扭梁本體懸掛在圓盤形吊架的示意 圖7是圖6的俯視 圖8是拋丸機工位不意圖。附圖中各標號含義如下1.後扭梁本體；2.縱臂；3.漏液孔；4.焊接定位孔；5.圓盤形吊架；6.拋丸機。
具體實施例方式參看圖1，後扭轉梁總成包括後扭梁本體I、縱臂2等構件。後扭轉梁本體為後扭梁總成中關鍵構件，其控制指標主要有四個方面強度、疲勞壽命、扭轉剛度、模態。傳統的後扭梁總成，由於結構形狀上的設計缺陷，導致後扭梁本體與縱臂連接的端頭部位為應力集中部位，通過CAE分析，後扭梁在端頭部位承受的應力約為lOOOMPa，因此要求材料應力需大於lOOOMPa，這就導致了材料成本的提高及加工過程的困難。本發明打破常規設計思路，改進、優化後扭梁本體結構，使其應力合理分布，應力峰值大大降低，再根據後扭梁的受力狀態合理選材及選擇加工工藝，在保證滿足各項控制指標的前提下，有效降低成本，簡化加工工藝，減輕重量，實現產品輕量化。參看圖I、圖2，本發明所述的後扭梁本體I為左右對稱結構，其兩端分別與縱臂2焊接，縱臂為常規結構，縱臂與後扭梁焊接部位的橫截面為圓形，半徑為28mm。所述後扭梁本體由鋼板衝壓而成，衝壓下料曲線的端部輪廓由9段圓弧光滑過渡連接而成，以後扭梁本體兩端漏液孔3的中心連線為橫坐標，以對稱中心線為縱坐標，衝壓下料曲線的左端各段圓弧按下述方式確定(右端輪廓與左端對稱)R0=4. 5，圓心坐標為-502，O ；R1=44,圓心坐標為-546. 1，4. I ；R2= 48. 5，圓心坐標為-480. I，-64. 8 ;R3= 123. 5，圓心坐標為-651. 8，-54. 8 ；R4=11,圓心坐標為-558. 5，-138. 5 ；R5= 50，圓心坐標為-551. -2. 3 ；R6=50，圓心坐標為-489. 76，76. 76 ;R7= 221.5，圓心坐標為-757. 6，34. 6、R8=7，圓心坐標為-574. 6，171. 3 ;在圓弧Rl與RO之間設有半徑為3的圓弧倒角，在圓弧R5與RO之間設有半徑為3的圓弧倒角，上述數值的單位均為mm。在上述各段圓弧中R4、R8為後扭梁本體與縱臂焊合的起弧點B，R2、R6為後扭梁本體與縱臂焊合的收弧點A，B、A兩處是產生應力集中的峰值部位。本發明基於長期試驗、研究，結合CAE分析不斷改進，給出起弧點、收弧點合適的圓弧半徑及將這兩段圓弧光滑連接的圓弧Rl、R3和圓弧R7、R5。採用該輪廓曲線，可保證後扭梁本體與縱臂焊縫均勻搭接，改變應力分布，減少應力集中，配合起弧點、收弧點包角焊接，可明顯降低應力集中峰值。經CAE分析，本發明後扭梁本體I與縱臂2焊合後，其應力分布趨於均勻，應力峰值下降至350-400MPa左右。應力值的大幅度下降，為後扭梁本體的選材和制定加工工藝獲得了較大的改進空間。在圖2中RO形成的中部凹口，衝壓後形成漏液孔3，所述孔用於電泳液的洩漏。參看圖3-5，本發明後扭梁本體採用板厚為6_8mm的冷成型熱軋汽車結構鋼板經冷衝壓成型，根據後扭梁整體的工作情況和受力狀態，後扭梁本體採用槽形結構，在後扭梁本體兩側上端頭與縱臂焊接處的D-D橫截面為U形，其彎曲部位圓弧半徑Rd=39 41mm，開口尺寸Ld為66. 3 mm,前壁高度尺寸Hd=88 mm，後壁延伸出前壁12-13 mm ;由圖4可見，所述截面槽底部相對X-X面是對稱的(X-X面為過後扭梁本體兩端漏液孔的鉛垂面)。後扭梁本體中間處的A-A橫截面近似C形，其彎曲部位由半徑分別為Ral、Ra2的兩個圓弧面光滑過渡連接而成，其中Ral=66 68mm，圓心角為55-57°，Ra2=10 Ilmm,圓心角為90-92°，前壁高度尺寸Ha=41-43 mm，後壁延伸出前壁17-18 mm，開口尺寸為Lal+Lal=78mm，其中，由前壁至X-X面的尺寸La2=37. 3 mm ;由後壁至X-X面的尺寸Lal=40. 7mm ;由圖5可見，所述截面形狀相對X-X面不對稱。後扭梁本體的橫截面面積由兩側向中間漸變，中間橫截面較小，述後扭梁本體的橫截面形狀由兩側向中間漸變過渡吻接。參看圖1，所述後扭梁本體前壁底邊為半徑R9=2177-1780mm的弧形面，所述後扭梁本體後壁底邊為半徑R10=2100-2220 mm的弧形面，衝壓成型後的後扭梁本體上部形成Rll=2020-2030mm 的弧形。參看圖2、圖3、圖6、圖7、圖8，後扭梁本體的加工過程如下
a.下料採用型號為QStE420TM、板厚為6_8mm的冷成型熱軋汽車結構鋼板，根據後扭梁本體展開圖下料、剪裁，如圖2所示；b.衝壓將剪裁的鋼板在衝壓機上衝壓成型；
c.衝孔將衝壓成型的後扭梁本體製件衝出長圓孔4，如圖3所示；
d.整形對後扭梁本體製件進行整形處理；
e.拋丸對後扭梁本體製件進行拋丸處理，經整形的後扭梁本體製件懸掛在圓盤形吊架5上，置入拋丸機6中進行拋丸，拋丸過程需在拋丸機內轉換三個工位，三個工位呈直線式排布，間距為200毫米，每個工位正轉拋打I. 5分鐘、反轉拋打I. 5分鐘，使拋丸覆蓋率達到98%。後扭梁表面拋丸強度經強度檢測儀檢測為O. 3A-0. 4A (A代表A試片，即Almin試片)。對衝壓整形的後扭梁本體製件進行拋丸處理，是本發明方法的關鍵工序，採用冷成型熱軋汽車結構鋼板冷衝壓成型的後扭梁本體其強度、扭轉剛度等指標均可達到相關要求，但疲勞壽命偏低，約為40萬次，經過拋丸處理後，使後扭梁本體表面強化，疲勞壽命大大提高，經檢測疲勞壽命可超過80萬次，該指標位於同類產品的較高水平。
後扭梁本體製作完畢後，將其與常規方法製作的縱臂、螺旋彈簧支架、避振器支架、輪轂支架等製件進行拼焊，製成後扭梁總成如圖I所示。
權利要求
1.一種轎車後扭梁結構，它包括後扭梁本體(I)和縱臂(2)，後扭梁本體為左右對稱結構，其兩端分別與縱臂焊接，其特徵在於所述後扭梁本體(I)由鋼板衝壓而成，衝壓下料曲線的端部輪廓由9段圓弧光滑過渡連接而成，以後扭梁本體兩端漏液孔(3)的中心連線為橫坐標，以對稱中心線為縱坐標，左端各段圓弧按下述方式確定R0=4. 5，圓心坐標為-502, O ；R1=44,圓心坐標為-546. I, 4. I ；R2= 48. 5,圓心坐標為-480. 1，-64. 8 ；R3=123. 5，圓心坐標為-651. 8，-54. 8 ；R4=11,圓心坐標為-558. 5，-138. 5 ；R5= 50，圓心坐標為-551. -2. 3 ；R6= 50，圓心坐標為-489. 76，76. 76 ；R7= 221. 5，圓心坐標為-757. 6，34. 6、R8=7，圓心坐標為-574. 6，171. 3 ;在圓弧Rl與RO之間設有半徑為3的圓弧倒角，在圓弧R5與RO之間設有半徑為3的圓弧倒角，上述數值的單位均為mm。
2.根據權利要求I所述的轎車後扭梁結構，其特徵在於所述後扭梁本體(I)為槽形結構，其兩側上端頭與縱臂(2)焊接處的橫截面為U形，所述橫截面的槽底彎曲部位圓弧半徑Rd=39 41mm、開口尺寸為66 mm、後壁延伸出前壁12-13 mm ;後扭梁本體中間處的橫截面近似C形，所述橫截面的槽底彎曲部位由半徑分別為Ral、Ra2的兩個圓弧面光滑過渡連接而成，其中Ral=66 68mm,圓心角為55-57。，Ra2=10 Ilmm,圓心角為90-92。，開口尺寸為78_、後壁延伸出前壁17-18_ ;所述後扭梁本體的橫截面面積由兩側向中間漸變，中間橫截面較小，所述後扭梁本體的橫截面形狀由兩側向中間漸變過渡吻接。
3.根據權利要求2所述的轎車後扭梁結構，其特徵在於所述後扭梁本體(I)前壁底邊為半徑R9=1780-2177mm的弧形面，所述後扭梁本體後壁底邊為半徑R10=2100_2220 mm的弧形面，所述後扭梁本體上部為半徑Rll=2020-2030mm的弧形面。
4.一種製造如權利要求1、2或3所述轎車後扭梁的方法，它按如下步驟進行 a.下料採用板厚為6-8mm的冷成型熱軋汽車結構鋼板，根據後扭梁本體展開圖下料、剪裁； b.衝壓將剪裁的鋼板在衝壓機上衝壓成型； c.衝孔在衝壓成型的後扭梁本體製件上衝焊接定位孔； d.整形對後扭梁本體製件進行整形處理； e.拋丸對後扭梁本體製件進行拋丸處理，拋丸覆蓋率為98%，扭梁表面拋丸強度檢測為 O. 3A-0. 4A。
5.根據權利要求4所述的轎車後扭梁製造方法，所述拋丸工序中，將後扭梁本體製件懸掛在圓盤形吊架上，置入拋丸機中進行拋丸，拋丸過程需在拋丸機內轉換三個工位，每個工位正轉拋打I. 5分鐘、反轉拋打I. 5分鐘。
全文摘要
一種轎車後扭梁結構及其製造方法，用於解決後扭梁製作工藝複雜、生產成本高的問題。其技術方案是所述後扭梁結構包括後扭梁本體和縱臂，後扭梁本體為左右對稱結構，其兩端分別與縱臂焊接，特別之處是所述後扭梁本體由鋼板衝壓而成，衝壓下料曲線的端部輪廓由9段圓弧光滑過渡連接而成。本發明後扭梁本體加工方法包括下料、衝壓、衝孔、整形、拋丸等步驟。本發明主要特點如下1.改變後扭梁本體結構形狀，將端頭部位的最大應力值降低約60%；2.選用高強度鋼板為原料，使後扭梁成本降低，實現產品輕量化；3.通過拋丸處理，提高後扭梁本體表面硬度，使其疲勞壽命達80萬次以上。
文檔編號B60G21/055GK102717679SQ201210221580
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月30日 優先權日2012年6月30日
發明者任英俊, 侯志剛, 吳子龍, 張菁, 王海豔, 管豔豔 申請人:長城汽車股份有限公司