鋼板沖壓焊接整體式橋殼優化設計

黃衛琴

江西江鈴底盤股份有限公司 江西撫州 344000

隨著中國汽車市場逐漸走向飽和，價格競爭成為各企業之間的主要競爭手段。研發作為汽車零部件生產經營活動中前期的一個關鍵環節，在企業降本增效中起著重要作用，研發設計環節的工作將在很大程度上決定后期的成本控制能力。

CAE有限元分析法在一定條件下，能夠分析計算出各種機械零件的幾乎所有的應力和應變，這種方法已經大量應用于汽車零部件的疲勞強度分析。

本文介紹了優化鋼板沖壓焊接整體式橋殼（以下簡稱橋殼）設計，減少橋殼下料材料，降低產品成本。

橋殼結構分析

驅動橋殼是汽車上的主要零件之一，作用在驅動車輪上的牽引力、制動力、側向力和垂向力也是經過橋殼傳到懸架及車架或車廂上，橋殼既是承載件又是傳力件。

橋殼主件（簡稱本體）的上下兩半是相同的沖壓件，但上、下本體對焊時，需要用4塊三角鑲塊（簡稱三角板）補焊到本體中部前后兩側的缺口處。

本體的板料是矩形，下料方便，但會產生廢料。經對下料材料分析，本體三角板處尖角處的形狀寬度最大如圖1所示。減小本體三角板處的寬度，可以減少本體板料的下料寬度。但本體三角板處的寬度變小，就需要加大三角板來補焊，而加大三角板的材料小于本體的下料材料。

圖1 本體展開示意

橋殼優化設計

1.三角板設計尺寸

原形本體三角板角度θ為60°，距中心長度L為226mm，分析減小角度θ和增大離驅動橋中心距離L，可以減小本體板材下料寬度，三角板大小如圖2所示。根據能減少本體下料和結構特點，優化設計本體三角板角度θ為50°，距離中心長度L為260mm。

圖2 三角板大小

2.有限元CAE分析

根據設計要求，創建橋殼有限元數學模型，劃分網格及定義材料。按汽車行業《商用書驅動橋總成》標準中的“驅動橋橋殼垂直彎曲疲勞試驗”。試驗條件為2.5倍滿載載荷，評價標準為80萬次合格。分別進行優化前后的橋殼總成疲勞試驗有限元CAE分析，結果見表1。從CAE分析結果看出，優化設計后的產品性能優于原型設計的本體。

表1 橋殼CAE分析對比

3.臺架試驗驗證

經CAE分析通過后，再進行臺架試驗，進一步驗證優化設計和制造工藝的可靠性。臺架試驗驗證如圖3所示。優化后的產品3臺試樣，臺架疲勞試驗通過了80萬次后，目測未發現裂紋，再進一步進行氣密性檢測，通過3min保壓標準。

圖3 臺架試驗

成本分析

根據最初優化設計，設計本體下料板材的尺寸，優化后比優化前可減小下料寬度尺寸為25mm（見圖4）。根據材料下料消耗定額，優化前后價格對比見表2，得知單臺某橋殼本體材料費用預計減少11.37元，三角板材料費用預計增加1元，合計單臺可降10.37元。按該類似車型的年產量，一年可降本上百萬元。

圖4 優化前后本體下料尺寸

表2 優化前后費用對比

結語

本文通過對驅動橋本體下料材料分析，優化本體設計，完成了橋殼總成從三維到CAE仿真分析的過程，進一步通過設計優化前后的仿真分析和實際臺架試驗對比，證明優化設計的可行性，從設計源頭上降低了產品成本。