按成形工艺分类，目前，货车车架纵梁的制造工艺主要有两种：模具冲压制造工艺和辊压成形数控冲孔制造工艺。前一种以冲压为主，需要大型压力机和模具。后一种以辊压为主，设备主要采用数控生产线。对比而言，辊压成形数控冲孔制造工艺的柔性化程度更高，产品适用范围更广，更能满足多品种、小批量的车架纵梁生产方式要求。

长期以来，国内各汽车制造厂一直以模具冲压制造工艺生产车架纵梁。近两年，随着产品结构和生产方式的变化，部分汽车厂也在向辊压成形数控冲孔制造工艺扩展，以增强其市场应变能力，但由于辊压成形数控冲孔制造工艺投入较大，进口辊压成形线单条价格在3000万元以上，进口三面数控冲孔机单台价格在2500万元以上，因此，国内采用此工艺生产的汽车厂一般都是分步实施。

车架纵梁是汽车上最大的部件，也是构成车架总成的主要部件。因此在考虑它的结构形状时，必须考虑工艺装备的条件，而工艺装备又和生产批量的大小有关，所以车架纵梁的结构形状和制造工艺也受汽车产量的影响。

1.传统模具落料冲孔压弯工艺

采用大型压力机和模具冲压加工是一种传统的车架纵梁制造工艺，其工艺特点是生产效率高、质量稳定，便于实现机械化和自动化，适用于单一品种的大批量生产。由于车架纵梁在设计上几乎与汽车的纵向长度相等，是最长的冲压件，又由于板材较厚，强度又高，所以设备特点是压力机吨位较大，通常在20000KN以上，工作台面较长，一般20000～30000KN压力机的台面长为5～8M，40000～60000KN压力机的台面长为10～12M。压力机有液压机和机械式压力机两种，目前国内和国外生产的大型液压机都能满足车架纵梁落料、冲孔、成形功能的需要。如长春一汽解放载货汽车公司就有一台5000T液压机，工作台面长度达12M，由上海锻压机床厂制造，既能冲裁又能成形。

图7-12 车架纵梁大型模具

图7-13 4000T机械式压力机

（1）工艺方案介绍 采用钢板，利用金属模具（见图7-12）在大型压力机上冷冲压加工，是国内各汽车厂传统的车架纵梁制造工艺。2001年以前，国内主要的商用车生产厂，如一汽^[1]、东风汽车公司、济南重汽、陕汽等，几乎都是采用大型压力机（一汽、东风商用车公司）或几台小型油压机组合在一起（济南重汽、陕汽采用，仅能用于车架纵梁成形）生产车架纵梁，压力机最大吨位达63000KN（东风柳汽，俄罗斯进口的机械式压力机），工作台面达12M长。东风商用车公司车架厂有一台40000T机械式压力机（日本小松，见图7-13）、一台3500KN机械式压力机（一重生产）、一台3000KN机械式压力机（意大利进口）；东风杭汽有一台50000KN液压机（可用于落料冲孔和成形，德国舒勒公司生产）；一汽长春基地有一台50000KN液压机（可用于落料冲孔和成形，上海锻压机床厂2001年生产）、一台40000KN机械式压力机（日本小松）、一台3500KN机械式压力机；一汽青岛汽车厂有一台50000KN液压机（可用于落料冲孔和成形）；陕汽和济南重汽都是采用多台500T的油压机组合在一起成形车架纵梁，落料靠剪床剪切或窜剪，孔加工靠摇臂钻床钻孔实现（目前，陕汽和济南重汽已淘汰此工艺）。国外的部分汽车厂也是采用压力机生产车架纵梁，如日本的五十铃公司、美国的A.O史密斯公司等，日本五十铃公司有50000KN压力机一台，40000KN压力机两台，30000KN压力机三台，每月可生产车架3.5万台，其纵梁几乎都是“U”字形截面，工艺上都是采用落料冲孔和压弯成形两道工序完成。

车架纵梁传统冲压工艺通常有两道工序：①落料冲孔（毛坯板料落外形并冲孔）。②压弯成形（将落完外形的半成品板料压弯成形，进行变截面或等截面形状加工）。模具通常有2～3套：一套落料冲孔模（左、右纵梁通用），一套或两套压弯成形模（等截面纵梁左、右件共用1套，变截面纵梁左、右件各用1套）。

国内各汽车厂在车架纵梁生产方面所用的原材料以板料为主，很少采用卷料，国外的汽车厂则基本上都采用卷料。钢厂直接提供单尺板料或多倍尺板料，多倍尺板料通过剪床剪切或开卷纵剪线辊剪成单尺料。纵梁毛坯板料为热轧板，易生锈，常需酸洗处理，材料成形性能和表面质量都不同程度地存在问题，材料在储运过程中防锈问题也没有得到彻底解决。酸洗除锈工艺简单，成本较低，但污染严重，影响工人健康，应逐步加以淘汰。除酸洗工艺外，板料除锈还可以采用喷丸工艺，喷丸工艺也比较简单，不仅能除锈，还可以使钢板表面强化，且污染很小，但成本相对较高，效率低。此外，还可以从钢厂直接采购免酸洗的热轧纵梁钢板，生产前不用进行除锈处理，国外已普及推广使用。国内的宝钢和武钢也能生产此种钢板，但价格较高，目前尚未投入批量生产。

车架纵梁传统冲压工艺流程为：毛坯板料酸洗→剪切→落料冲孔→压弯成形。

（2）工艺难点

1）投资大。不论是超大型压力机，还是超大型模具，都必须投入较大资金，随着产品的变化，还要不断的改造模具或投入新的模具。

2）单尺毛坯料质量差，浪费大，多倍尺板料剪切困难。

由钢厂提供的厚度为4～10MM，长度7.0M以上的单尺料，允许有侧弯。按国家标准，侧弯允许在26MM以内，实物大多在30MM左右。一张10M长的单尺毛坯料，由于侧弯造成的材料浪费约20元左右。由于产品品种增加，毛坯料规格多，资金占用大，储存面积大。

3）柔性化程度低。冲压加工其工艺本身就决定了柔性化低，传统的模具结构无法适应更多的品种，无法适应市场和产品的快速变化。尤其是如果纵梁上的孔变化多，冲压工艺更是难以应付。

国内汽车厂普遍现行的工艺是：用模具冲出一部分不变化的孔，其余的孔通过钻床加工，或全部孔都用摇臂钻床加工。用钻床加工孔，生产效率低，成本高，质量较差，经常出现漏孔、偏孔等问题，导致车架装配效率低、质量差。

4）纵梁精度不高。用大型机械式压力机生产车架纵梁，其腹板面直线度在20～40MM，压弯后的回弹难以控制。车架纵梁是板料先冲孔后成形，因此，孔位精度受材料和成形状态的影响较大。

（3）质量问题分析与控制

1）车架纵梁冲压存在的质量问题。纵梁冲压产生质量问题主要在压弯成形工序，压弯成形的质量问题主要是开裂和回弹。压弯时开裂通过提高材料质量、合理选择圆角半径等措施是不难解决的。而回弹影响装配的难易程度和装配质量，所以必须加以控制。

①纵向回弹，影响纵梁腹面纵向直线度，采用机械式压力机成形，纵梁的纵向回弹都比较大，长度在10M以内的纵梁，纵向回弹导致的腹面纵向直线度都在15MM以上，如东风EQ140车型纵梁（长度在7M内）的纵向回弹为13～18MM。英国的GKN奎司生产的同类车型纵梁规定了纵向回弹值，不超过总长度的0.15％，美国A.O.史密斯公司在汽车纵梁的技术条件中也规定了回弹范围，在6M内向外弯±9.5MM，（比例为1.5∶1000）或向内弯3MM（0.5∶1000）。这比我国的规定稍严些，这种纵向回弹一般需在装配中靠夹具克服。

②横向回弹。横向回弹是指上下翼面相对腹面的垂直度，如果大于90°，则为正回弹，小于90°为负回弹。横向正回弹使铆接间隙大，负回弹使横梁装配困难。因此各厂家都对横向回弹规定了检查范围，见表7-5。

表7-5 纵梁横向回弹数值规定

③扭曲变形。扭曲问题也是影响装配质量的问题之一，一般是由中间开始，到两端扭曲角逐渐增大，解放车纵梁扭曲值一般在3.8～6.7MM之间，如图7-14所示。东风EQ240车型纵梁前端扭曲3MM，后端扭曲5MM。

图7-14 解放车纵梁扭曲情况

国内汽车厂对纵梁的扭曲角度范围没有具体的规定，主要靠装配时来纠正。而国外有的规定了限制范围，如A.O.史密斯公司规定在6M内扭曲不超过±1°或9.5MM，（比例为1.5∶1000），英国GKN公司规定扭曲角不大于4°。

纵梁还有一些其他质量问题，如孔位精度，翻边高度不等，上翼面和腹面的平度等。

2）产生回弹的原因分析。影响回弹的原因很多，主要是产品结构、压床气垫压力、模具结构机材料的机械性能等。

①产品结构对回弹的影响。一般载重汽车的纵梁都是U形断面的中厚板压弯件。U形断面在成形中，其圆角部分的内层和外层的应力状态及大小是不等的，圆角部分内层金属是三向（纵向、横向、径向）压应力状态，外层金属在厚度方向（径向）受压应力，其余两向受拉应力。当压弯结束，弹性变形要恢复，在纵向应力的作用下，使外层金属趋向于纵向收缩，而内层金属趋向于纵向伸长，因而就产生纵向的拱起回弹。当然在横向，同样原因会产生正回弹趋势。

对于不等截面纵梁，在折弯处，由于毛坯展开料的长度大于压弯后翼面的长度，在压弯过程中，翼面上有多余金属存在，更加剧了梁的纵向回弹。如图7-15所示。

图7-15 东风EQ240车型纵梁展开尺寸示意图

在折弯点A和D处，材料多出一个三角形面积（△ABC、△DEF），这就使翼面上有多余的金属存在。这部分多余材料在成形中，一部分有向横向截面展开趋势，一部分有增加板料厚度的趋势，另外还有一部分沿着纵向展开趋势。由于这三向压力都不能使材料完全产生塑性屈服，因此，当梁出模卸载后，这部分能量就要释放，特别是沿着纵向展开的应力较大，从而增加了纵向回弹。

有的车纵梁腹面还有折弯区，在成形中，折弯处的两个翼面上就产生波纹区，如图7-16所示，实际上也是翼面上材料多余而造成波纹区。这部分材料也没有达到完全屈服，因此当外力去掉后，也产生纵向伸长趋势，也增加了纵向回弹。

图7-16 东风EQ240车型纵梁的波纹区

图7-17 气垫压力减小，造成断面副回弹

这就是不等截面和腹面有折弯的梁产生纵向回弹的主要原因。实践证明，梁的断面变化越明显，翻边越高，则纵向回弹越显著。

②压床气垫压力对回弹的影响。当气垫压力大，则梁的纵向回弹增大，横向为正回弹；当气垫压力小，则纵向回弹小，而横向为负回弹。横向产生负回弹的原因如图7-17所示。

由于气垫力小，凸模开始接触料时，材料产生向下的挠度，使腹面在横向有了多余材料，如图7-17A所示；当滑块继续下降时，多余材料向上拱起，此时压弯圆角α＜90°，如图7-17B所示；当滑块到下死点时，凸模与压料板顶死，多余材料向横向挤开，此时模具给材料反向弯曲力矩M，如图7-17C所示。由于挤开的料进一步加大圆角处的三向压应力，塑性变形程度增加，同时材料产生抵抗“反向弯曲”的力矩M₁，因此卸载后在力矩M₁的作用下，横向产生负回弹。

③模具结构对回弹的影响。为了防止纵向回弹，东风E0240车型纵梁成形凸模事先做出预回弹角，中间高，两端低，呈圆弧形。这样虽然抵消一部分纵向回弹，但也有负作用，它使横向产生负回弹，所以也可以不要纵向预回弹角。

另外凸模底部的形状对回弹也有影响，如“解放”车纵梁成形凸模，如图7-18所示，在横向断面上，中间低，两边高，这主要是为了增大圆角部分的矫正力，达到腹面平面度的要求，可是这样在下死点时，腹面材料向上拱起，使压弯角α＜90°，当制件出模后，腹面拱起恢复，则产生横向负回弹，这也是为了保平度及直线度而产生的负作用。

再有模具间隙、凹模圆角半径的大小，对回弹也有影响。间隙大，回弹就大；间隙小，则回弹也就小。(www.daowen.com)

图7-18 凸模底面形状

④材料机械性能和厚度公差对回弹的影响。回弹大小与材料的屈服强度成正比，因此选择材料时，不要求屈服强度高，但屈强比要低些，这样回弹就小。

另外材料厚度偏薄，则回弹大，材料偏厚，则回弹小。

对同样材料，材料厚度的偏差对回弹的影响比材料屈服强度对回弹的影响要显著，所以对材料厚度的偏差应要求严格。

3）解决措施。解决回弹的措施是：如凸模做成预回弹角，改变凸模底部与退料板的形状，改进产品结构，控制材料性能与厚度公差，适当地调整压床气垫压力等。

2.平面数控冲孔模具压弯工艺

图7-19 转塔式平板数控冲孔机

图7-20 直列示平板数控冲孔机

（1）工艺方案介绍 对应模具压弯工艺，孔加工方式可多种多样，根据车架纵梁产品结构和产量的不同情况，可采用不同的加工方式，主要有冲孔模冲孔、摇臂钻床钻孔、平面数控冲孔机冲孔等几种方式。冲孔模冲孔适用于单一品种、大批量的产品；摇臂钻床钻孔效率低、环境差、劳动强度大，一般用于补孔和加强梁配孔；而柔性化程度最好、产品质量稳定的是平面数控冲孔机冲孔。平面数控冲孔机按照冲模布置方式分类，有转塔式（见图7-19）和直列式（见图7-20）两种。直列式冲孔效率高出转塔式近一倍，因此，目前新制造的车架纵梁平面数控冲孔机主要是直列式结构。平面数控冲孔机既可实现板料边定位、中间线定位又可实现工艺孔定位，可加工的参数一般如下。

材料厚度：6～10MM；长度：5000～12000MM；

冲孔精度：±0.15MM／400MM，±0.3MM／3000MM，±0.5MM／12000MM；

冲孔规格：ϕ9～ϕ50MM；

生产效率：9MIN／片（直列式，约300个孔／片）。

采用平板数控冲机冲孔的车架纵梁加工工艺流程为：剪切→落料冲工艺孔→平板数控冲冲孔→压弯成形，或剪切→平板数控冲冲孔→压弯成形。

（2）工艺难点与质量控制 平面数控冲孔模具压弯工艺在压弯工序也是采用模具和大型压力机压弯成形，同样存在纵向回弹、横向回弹及扭曲变形等质量风险，需加以控制。在冲孔工序，质量控制的重点是保证冲孔精度，影响冲孔精度的主要因素是设备自身精度及毛坯板料的镰刀弯和翘曲度。相对压力机而言，平面数控冲孔机作为数控设备，柔性化加工能力更强，操作更方便，操作人员更精简，但设备精度保证相对困难，故障率更高，需做好设备的保养及维护，以保证其精度。纵梁板料毛坯剪切修边后，由于应力释放，剪切后的板料都会不同程度产生镰刀弯及翘曲，特别是卷料开平的板料，相对从钢厂直接订购的板料，由于应力更集中及开卷校平设备所限，板料校平不到位及应力未有效释放，镰刀弯更大，翘曲更严重。平面数控冲孔机冲孔时多以板料外形定位，送料靠夹钳夹紧板料送进，板料的镰刀弯和翘曲都会影响冲孔精度。平面数控冲孔机所能接受板料的镰刀弯为：长度10M范围内镰刀弯≤3MM，长度10～12M范围内镰刀弯≤4MM。所能接受的板料最大翘曲为：≤6MM。否则就会影响冲孔精度，甚至板料根本夹不上，板料无法送进。

板料的镰刀弯和翘曲变形不可避免会存在，要控制在公差范围内，可采取以下措施：①从钢厂直接采购板料，但会提高成本，增加板料规格。②从钢厂采购卷料，但须选用性能较好的开卷校平设备，特别是校平辊的数量要足够，以便减少材料内应力，避免开平板料剪切后产生大的镰刀弯和翘曲变形。目前国内生产开卷校平设备的厂家很多，但设备性能参差不齐。通常，卷料开平的板料剪切后翘曲变形较大，开平板料剪切后，对翘曲变形较大的板料还须采用专用的校平机进行校平。③使用性能较好的剪床对开平后的多倍尺板料进行剪切（剪成单尺料），目前国内黄石锻压设备有限公司和天水锻压设备有限公司生产的大型剪床都能有效保证板料剪切后的镰刀弯控制在4MM以内。

无论是模具冲孔还是平面数控冲孔机冲孔，都是先冲孔后压弯成形，除保证孔位精度外，压弯成形模的精度也至关重要。特别是车架纵梁上很多组孔都是腹、翼面有位置度关系，且精度要求较高。而产品设计基准是腹面孔以翼面为基准，翼面孔以腹面为基准。工艺制造基准则是腹、翼面孔都以腹面中心孔为基准。这样产品设计基准和工艺制造基准就不统一，孔位精度保证相对困难，压弯成形模的精度保证就尤为重要。通常，在压弯成形模的精度不能保证的情况下，冲孔时将腹、翼面有位置度关系的组孔取消，压弯成形后再用整体钻模板钻孔，但效率较低，成本增加。

3.辊压成形、数控冲孔、切割和抛丸工艺

为适应市场需求，国内各汽车厂产品更新的速度都很快，不断推陈出新。车型发生变化，车架纵梁的结构形状及孔位一般都会有所不同，特别是孔位，不同车型对应车架纵梁的孔位或多或少都有所变化。各汽车厂基本上都以多品种、小批量生产方式为主，全工序靠模具生产的工艺方式已不适应车架纵梁的生产要求。在这种情况下，国内各汽车厂必须对传统工艺进行变革，引入柔性化程度更高的工艺、设备及工装。

（1）工艺方案介绍 在大批量生产中，车架纵梁都是采用钢板，利用金属模具，在大型压力机上冷冲压制造的。这种制造方法的优点是生产效率高。对于多品种、小批量车架纵梁的生产而言，模具冲压工艺方案从经济性及柔性化生产考虑都不适用。而欧美的许多知名汽车厂，如瑞典的VOLVO、意大利的IVECO及德国的MAN、荷兰的DAF等，在车架纵梁加工方面采用与国内完全不同的工艺，它们普遍采用辊压成形和三面数控冲冲孔的工艺方式进行生产，其工艺流程为：辊压成形→三面数控冲冲孔→等离子或激光切割局部外形→抛丸。目前，东风、济南重汽、重庆红岩、北汽福田、陕汽等国内汽车厂，也都全工序或部分工序采用这一工艺。其中，东风一汽解放是国内第一家采用此工艺的厂家，其纵梁加工工艺流程为：辊压成形→三面数控冲冲孔→机器人等离子切割→抛丸→切割变形校正→前宽后窄折弯（按需）。

对比两种车架纵梁加工工艺，辊压成形和三面数控冲冲孔工艺比模具冲压工艺的柔性化程度更高，更能满足多品种、小批量的车架纵梁生产方式要求。

（2）工艺优点

1）柔性化程度高、制造成本低。全工序采用柔性化的加工设备，基本不受产品结构变化影响，柔性化程度很高，完全适应多品种、小批量的生产方式要求，产品制造成本相对较低。

2）纵梁精度高、质量好。采用辊压成形工艺，使用多组辊轮逐步成形（见图7-21），车架纵梁腹面和翼面直线度好，12M长度范围内直线度控制在8MM以内，满足重型车车架纵梁高品质要求。车架纵梁是先成形后冲孔，且冲孔工艺基准与产品设计基准统一（翼面孔以腹面为基准，腹面孔以翼面为基准），孔位精度高。

图7-21 辊压成形原理示意图

3）满足环保法规和劳动法规要求。钢板表面处理采用抛丸工艺，粉尘集中收集处理，排放达标，现场环境无污染，不影响操作工身体健康。

4）容易实现自动化连线生产，物流顺畅。

此外，辊压成形采用卷料，卷料相对板料具有如下优点：

1）减少材料的品种及规格，便于运输和储存。

2）材料利用率高。

3）提高毛坯和冲压件的表面质量，尤其是外表面件的表面质量。

4）毛坯码放整齐，可实现自动化生产，生产效率高，可大幅度减少操作工人。

5）卷料相对板材价格便宜，且便于防锈处理。

（3）工艺难点及质量控制

1）卷料表面氧化皮辊压和冲孔时脱落，对辊型线和三面数控冲孔机的精度和正常运行造成影响，且清理难度大。目前也没有太好解决措施，卷料开卷时抛丸，但开卷速度快，抛丸运行速度慢，节拍难匹配；辊压后槽形梁抛丸，辊压速度和抛丸速度不匹配，不能连线生产，抛丸机独立运行可以在冲孔前解决氧化皮问题，但设备和工件占地面积大，工序库存增多，工序物流倒运增加。目前主要靠控制卷料库存周期和改善库存条件，以减少卷料氧化皮产生。同时加大设备保养频次，及时清理氧化皮灰尘。目前，宝钢、武钢、鞍钢已开发出无氧化皮的免酸洗、抛丸高强度、热轧汽车纵梁用钢板，但价格较高，目前还未大面积的推广使用。

2）大卷料纵剪成小卷料时，小卷料的镰刀弯对辊压后的纵梁翼面高度有影响，造成上下翼面不等高。控制小卷料镰刀湾，要从控制纵剪线精度着手，特别是校平力和收卷时张紧力要足够。

3）纵梁辊压成形切断后，由于应力释放，纵梁前后两端200MM范围内，纵梁外开口尺寸偏差达2～5MM，为正偏差，超出产品公差范围。纵梁前端200MM范围内分布驾驶室翻转支架及转向机支架等腹翼面有连接关系的孔位，精度要求高。纵梁成形开口尺寸超差，造成冲孔时出现孔偏，影响驾驶室翻转支架和转向机支架的安装。控制纵梁外开口尺寸，一方面要根据检查结果及时调整辊型线的相关参数。另一方面，增加切断模的数量，减少切断模在开口尺寸和材料厚度方面的覆盖范围，并定期检查修模。必要时，还需增加开口校正装置，对超出公差尺寸的纵梁进行校正。

4）辊型线辊轮圆角磨损后会造成纵梁成形后内R增大，对后序冲孔精度有影响，主要影响孔边距较小的孔。意大利STAM公司生产的辊型线，其辊轮可保证300万米内不修磨。

5）纵梁翼面切割长度超出1500MM后，纵梁切割区受热变形比较严重，腹面拱起，对车架总成及整车装配质量造成影响，严重时造成车架总成前端超宽，影响发动机装配，需进行校正。一般在生产线上增加校正装置，按需对纵梁切割变形区进行校正。

6）汽车车架纵梁使用的钢材为热轧钢板，材料厚度在4～10MM，涂装前必须除去氧化皮和锈蚀。传统的除氧化皮及除锈采用酸洗工艺，但酸洗存在酸雾大，造成酸洗车间及周围厂房的钢结构、设备的锈蚀，清洗水消耗量大以及酸洗后沉渣多污染环境的缺点，逐步被钢铁和汽车制造业所淘汰。而抛丸除锈工艺是一种对钢材进行除锈的较为先进的机械处理方法，不仅生产效率高，而且具有费用低、自动化程度高、可实现流水线操作、环境污染小的特点，逐渐被钢铁和汽车制造业广泛采用。

在确定抛丸工艺是否可以使用在纵梁表面处理之前，首先要确定抛丸后的表面质量能否满足纵梁油漆质量。漆膜厚度较薄时，钢板表面抛丸后表面质量要求就比较高。如漆膜厚度在20μM左右时，钢板表面抛丸后板面表面粗糙度RA要求小于6μM，除锈等级要求达到SA2.5级。

丸粒大小影响钢板抛丸效率及抛丸后的钢板表面质量，当丸料直径为0.4～0.8MM、硬度达40～50HRC时，抛丸后板面表面粗糙度RA＜6μM，除锈等级可达到SA2.5级，耐盐雾性能与酸洗板接近，无明显差异。