淺談卡車車架鉚接工藝及發展趨勢

喬憲濤

東風柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545005

1 卡車車架鉚接工藝的概況

車架總成是卡車中最重要的基礎總成零部件之一，是卡車底盤的脊梁，幾乎所有的關鍵部件都裝配在車架總成上，它承受著所裝載的全部重量，傳遞著全部驅動力和制動力，在卡車的運行和制造過程中發揮著無可替代的作用和價值[1]?？ㄜ囓嚰苤饕煽v梁、橫梁、加強板、各種連接板及縱梁上的相關附件組成。各零部件間通過焊接、螺接、鉚接等工藝手段進行組合。焊接一般用于雙層梁車間內外梁定位塞焊和部分橫梁與連接板相連，螺接一般用于部分支架類連接，目前生產使用最廣泛的是鉚接工藝。鉚接工藝分為熱鉚和冷鉚，熱鉚是將鉚釘加熱到1000℃以上在通過鉚機進行鉚接，冷鉚是在常溫下直接用鉚機進行鉚接。熱鉚要求工藝條件較高不適用于目前大批量生產線連續生產，目前卡車行業內基本采用冷鉚工藝進行生產，通過風動鉚接機、液壓鉚接機等鉚接設備將不同標準的鉚釘鐓粗壓合成型。其中風動鉚接是利用對壓縮空氣來推動風錘持續擊打鉚釘使其鐓粗最終釘帽成型。液壓鉚接是利用液壓泵產生高壓液壓動力輸出，通過專用合金結構鋼制成的弓形鉚鉗進行持續高壓鉚釘使其鐓粗成型。相比風動鉚接，液壓鉚接在生產過程中有以下諸多的優點：（1）生產過程噪音小。（2）工作的要求和強度要求低。（3）鉚接力大生產效率高，約3秒鐘即可鉚接一只鉚釘。（4）生產環境要求低，不同的生產環境都能進行工作。（5）鉚釘受力均勻，鉚接質量高，同時可矯正車架局部變形。鑒于此目前卡車行業均采用液壓鉚接工藝進行生產。

2 卡車車架鉚接工藝中常見問題

鉚接工藝過程問題產生的影響因素有很多，主要有以下幾種：

（1）鉚釘自身：鉚釘的材質選擇要根據設計需要合理選用，鉚釘長度要根據鉚接件的厚度進行合理設定，過長則會在鉚接過程中產生鉚釘彎曲變形，甚至勉強成型引起多次鐓壓損傷鉚釘頭，過短則無法形成完整的鉚釘頭，甚至損傷鉚件。一般長度按L=1.4d+1.1H（L是鉚釘桿長度，d是鉚釘直徑，H是鉚接件總厚度）來選用。

（2）鉚釘孔徑及孔位：第一鉚釘孔徑一般比鉚釘直徑大5%-7%左右，通?？ㄜ囓嚰芸孜淮?mm，部分大0.5mm?？讖教笕菀桩a生鉚釘彎曲形成松聯接影響強度，太小則不易穿釘。第二鉚釘孔距鉚接件邊緣不能太近也不能太遠，一般控制在孔邊到鉚接件邊緣1.5倍鉚接件厚度或2倍鉚釘直徑，最大不超過鉚接件厚度的8倍。第三鉚釘孔距彎曲件邊緣距離應根據鉚模頭大小設定，以成型鉚釘頭不能落在彎曲半徑上和滿足鉚模頭作業空間為準。第四鉚接位置設定要盡量滿足鉚釘受剪切載荷而非彎曲載荷或拉伸載荷，而且鉚接件厚度不同時預制鉚釘頭盡量放在薄鉚接件側。第五多層鉚接件孔位要確保不相互錯層，一旦錯層需進行鉸孔，同時去除鉚接件間毛刺，總體來講相對于來講沖孔要好于鉆孔。

（3）鉚鉗使用的鉚模分為動鉚模和靜鉚模，分別安裝在活塞桿和鉚鉗體上，鉚模腔的大小及深度要根據實際設計需求加工，太小鉚接后會在鉚釘頭周圍形成帽緣，太大鉚接后會在鉚件表面形成鉚模壓痕。

（4）鉚接操作：鉚鉗鉚接分為固定臥鉚鉚接和懸吊鉚接兩種。固定臥鉚鉚接一般用于縱梁鉚接，將鉚鉗固定在地面上，通過吊掛輸送把縱梁等部件放置到鉚鉗中心位置進行鉚接作業。懸吊鉚接一般用于橫梁鉚接及總成拼接等，將車架總成各零部件放置在線體固定支撐架上，鉚鉗通過彈簧平衡器懸掛在空中導軌上，移動鉚鉗的位置來進行鉚接作業。無論哪種鉚接方式，鉚接操作時都要保證鉚鉗、鉚模中心線和鉚釘中心軸線應該在一條直線上不能歪斜，否則會導致成型鉚釘頭偏離鉚釘中心或與鉚釘桿形成角度產生虛鉚，影響鉚接強度，或者造成鉚接件表面損傷。

（5）其他問題：車架鉚接過程安全方面也要重點關注，鉚鉗在不同時刻的鉚接活動和鉚接動作，都會承擔液壓設備的巨大壓力，而且工作的動作頻繁且活動復雜。因此鉚鉗材料的選擇要慎重，要保證鉚鉗的硬度、強度和耐久度，在鍛造過程中要避免內部缺陷以免造成鉚鉗疲勞斷裂，另外在高壓的工作環境下液壓系統的管路強度及接頭密封要定期點檢，一旦漏油及時維修更換，避免油液泄露導致安全隱患發生。

3 將來卡車車架鉚接工藝發展趨勢

3.1 代替螺栓聯接工藝

車架螺栓聯接工藝是通過高強度螺栓將縱梁、橫梁、連接板以及其他附件等進行連接的生產工藝方式，其優勢在于：一是在螺栓連接操作時，一側用扳手固定螺母或螺栓頭，另一側用風槍、電槍或定扭設備將螺栓或螺母快速擰緊。工具操作空間小，不用像鉚鉗鉚接那樣過多考慮干涉問題。二是常用扭緊工具體積小、重量輕，比用鉚鉗操作方便（即使鉚鉗吊掛有彈簧平衡器），易上手。但其也存在一定劣勢：首先為了承受重載荷，車架螺栓聯接均采用高強度螺栓和高強度螺母，生產成本高，一套高強螺栓和螺母的價格是一個鉚釘的幾倍甚至十幾倍，在一個車架上分布著數以百計的聯接位置，在大批量生產中螺栓聯接與鉚接的成本差距是顯而易見的。其次螺栓防松問題，雖然目前螺栓有各種防松結構設計，但車架在車輛運輸、行駛過程中因震動、變載、沖擊等交變動載荷或溫差發生較大變化時螺栓聯接有可能產生松動。因松動產生失效，可能導致整車性能受到影響，使用壽命縮短，嚴重的可能會產生安全事故，而鉚接相對來說比較穩定可靠。綜上未來市卡車市場對整車輕量化、成本要求在加強，鉚接工藝的成本優勢、可靠性優勢更加明顯，隨著鉚接工藝發展，只要通過合理結構設計、鉚接位置布置，鉚接工藝使用范圍將更廣。

3.2 替代焊接工藝

焊接工藝在轎車和輕卡的車架制造上應用比較廣泛，在中重卡上一般用在橫梁與橫梁連接板聯接、縱梁內外梁塞焊定位以及一些不太重要的零件拼接上。焊接工藝的優勢在于：不需在縱梁、橫梁、連接板等零部件上加工過多連接孔，對車架的強度影響較小。但其不足的問題是焊接后零部件都會產生不同程度的應力集中，引起整體或局部的變形，因此減少焊接件變形和效率提升，需要制造專用焊裝夾具。隨著市場個性化需求不斷提高，卡車車型更新換代較快，雖然通用化設計程度也在同步提高，但車架種類也會隨之大量變化，如果采用大量焊接工藝，投入在車架焊接專用工裝夾具上的成本是非常巨大的，并且對于焊接質量的控制也很難，所以與鉚接相比較，后者在成本、質量控制等方面就更加的方便、直觀和經濟。

3.3 數控機器人鉚接工藝應用

目前國外一些設計公司已經開發出數控機器人鉚接技術，其通過專門開發的機器人程序軟件結合專用的液壓鉚鉗，在專用的鉚接工裝上可以實現車架底盤，橫梁總成等模塊的全自動化鉚接。另外針對一個車架上多種鉚釘規格，還研發出自動換鉚鉗頭裝置，配合機器人和編程自動更換對應鉚釘直徑的鉚鉗頭，該技術已經在VOLVO、IVECO等重卡車企業里有部分成生產線應用。而國內在這方面研究雖然取得一些突破但仍處于剛剛起步階段。車架鉚接是車架生產過程的重勞崗位，將來為了避免傳統人工勞作帶來的高強度，低效率，質量控制一致性問題，為了使車架制造工藝方面更加高效、合理，最終形成高質量、低成本的生產模式。相信隨著技術的不斷發展，數控機器人鉚接技術在輕、中、重卡車架總成生產過程中將會占據越來越主導的地位。

4 結語

車架鉚接技術是卡車行業車架生產過程中最重要工藝技術之一，已經被行業內廣泛應用，但隨著技術的發展、精益化要求越來越高，鉚接技術還有很多地方需要我們不斷的摸索和探討，如鉚接工藝的優化、鉚接設備的改善提升、鉚接質量一致性管控、鉚接效率的提升等等方面。

另外從現階段甚至未來很長一段時期來看，在車架生產制造過程中鉚接工藝技術將和螺栓聯接技術、焊接工藝技術相互結合，在不同種類和規格的卡車車架生產制造中發揮著各自不同的作用和價值。但從車架鉚接工藝技術長遠發展來看，隨著鉚接工藝技術不斷的發展，螺栓聯接工藝和焊接工藝技術終究會逐漸被鉚接技術所代替，從而進一步使車架制造工藝更加科學、有效，車架生產成本更低，質量更穩定可靠。