浅谈卡车车架铆接工艺及发展趋势

乔宪涛

东风柳州汽车有限公司 广西柳州市 545005

1 卡车车架铆接工艺的概况

车架总成是卡车中最重要的基础总成零部件之一，是卡车底盘的脊梁，几乎所有的关键部件都装配在车架总成上，它承受着所装载的全部重量，传递着全部驱动力和制动力，在卡车的运行和制造过程中发挥着无可替代的作用和价值[1]。卡车车架主要由纵梁、横梁、加强板、各种连接板及纵梁上的相关附件组成。各零部件间通过焊接、螺接、铆接等工艺手段进行组合。焊接一般用于双层梁车间内外梁定位塞焊和部分横梁与连接板相连，螺接一般用于部分支架类连接，目前生产使用最广泛的是铆接工艺。铆接工艺分为热铆和冷铆，热铆是将铆钉加热到1000℃以上在通过铆机进行铆接，冷铆是在常温下直接用铆机进行铆接。热铆要求工艺条件较高不适用于目前大批量生产线连续生产，目前卡车行业内基本采用冷铆工艺进行生产，通过风动铆接机、液压铆接机等铆接设备将不同标准的铆钉镦粗压合成型。其中风动铆接是利用对压缩空气来推动风锤持续击打铆钉使其镦粗最终钉帽成型。液压铆接是利用液压泵产生高压液压动力输出，通过专用合金结构钢制成的弓形铆钳进行持续高压铆钉使其镦粗成型。相比风动铆接，液压铆接在生产过程中有以下诸多的优点：（1）生产过程噪音小。（2）工作的要求和强度要求低。（3）铆接力大生产效率高，约3秒钟即可铆接一只铆钉。（4）生产环境要求低，不同的生产环境都能进行工作。（5）铆钉受力均匀，铆接质量高，同时可矫正车架局部变形。鉴于此目前卡车行业均采用液压铆接工艺进行生产。

2 卡车车架铆接工艺中常见问题

铆接工艺过程问题产生的影响因素有很多，主要有以下几种：

（1）铆钉自身：铆钉的材质选择要根据设计需要合理选用，铆钉长度要根据铆接件的厚度进行合理设定，过长则会在铆接过程中产生铆钉弯曲变形，甚至勉强成型引起多次镦压损伤铆钉头，过短则无法形成完整的铆钉头，甚至损伤铆件。一般长度按L=1.4d+1.1H（L是铆钉杆长度，d是铆钉直径，H是铆接件总厚度）来选用。

（2）铆钉孔径及孔位：第一铆钉孔径一般比铆钉直径大5%-7%左右，通常卡车车架孔位大1mm，部分大0.5mm。孔径太大容易产生铆钉弯曲形成松联接影响强度，太小则不易穿钉。第二铆钉孔距铆接件边缘不能太近也不能太远，一般控制在孔边到铆接件边缘1.5倍铆接件厚度或2倍铆钉直径，最大不超过铆接件厚度的8倍。第三铆钉孔距弯曲件边缘距离应根据铆模头大小设定，以成型铆钉头不能落在弯曲半径上和满足铆模头作业空间为准。第四铆接位置设定要尽量满足铆钉受剪切载荷而非弯曲载荷或拉伸载荷，而且铆接件厚度不同时预制铆钉头尽量放在薄铆接件侧。第五多层铆接件孔位要确保不相互错层，一旦错层需进行铰孔，同时去除铆接件间毛刺，总体来讲相对于来讲冲孔要好于钻孔。

（3）铆钳使用的铆模分为动铆模和静铆模，分别安装在活塞杆和铆钳体上，铆模腔的大小及深度要根据实际设计需求加工，太小铆接后会在铆钉头周围形成帽缘，太大铆接后会在铆件表面形成铆模压痕。

（4）铆接操作：铆钳铆接分为固定卧铆铆接和悬吊铆接两种。固定卧铆铆接一般用于纵梁铆接，将铆钳固定在地面上，通过吊挂输送把纵梁等部件放置到铆钳中心位置进行铆接作业。悬吊铆接一般用于横梁铆接及总成拼接等，将车架总成各零部件放置在线体固定支撑架上，铆钳通过弹簧平衡器悬挂在空中导轨上，移动铆钳的位置来进行铆接作业。无论哪种铆接方式，铆接操作时都要保证铆钳、铆模中心线和铆钉中心轴线应该在一条直线上不能歪斜，否则会导致成型铆钉头偏离铆钉中心或与铆钉杆形成角度产生虚铆，影响铆接强度，或者造成铆接件表面损伤。

（5）其他问题：车架铆接过程安全方面也要重点关注，铆钳在不同时刻的铆接活动和铆接动作，都会承担液压设备的巨大压力，而且工作的动作频繁且活动复杂。因此铆钳材料的选择要慎重，要保证铆钳的硬度、强度和耐久度，在锻造过程中要避免内部缺陷以免造成铆钳疲劳断裂，另外在高压的工作环境下液压系统的管路强度及接头密封要定期点检，一旦漏油及时维修更换，避免油液泄露导致安全隐患发生。

3 将来卡车车架铆接工艺发展趋势

3.1 代替螺栓联接工艺

车架螺栓联接工艺是通过高强度螺栓将纵梁、横梁、连接板以及其他附件等进行连接的生产工艺方式，其优势在于：一是在螺栓连接操作时，一侧用扳手固定螺母或螺栓头，另一侧用风枪、电枪或定扭设备将螺栓或螺母快速拧紧。工具操作空间小，不用像铆钳铆接那样过多考虑干涉问题。二是常用扭紧工具体积小、重量轻，比用铆钳操作方便（即使铆钳吊挂有弹簧平衡器），易上手。但其也存在一定劣势：首先为了承受重载荷，车架螺栓联接均采用高强度螺栓和高强度螺母，生产成本高，一套高强螺栓和螺母的价格是一个铆钉的几倍甚至十几倍，在一个车架上分布着数以百计的联接位置，在大批量生产中螺栓联接与铆接的成本差距是显而易见的。其次螺栓防松问题，虽然目前螺栓有各种防松结构设计，但车架在车辆运输、行驶过程中因震动、变载、冲击等交变动载荷或温差发生较大变化时螺栓联接有可能产生松动。因松动产生失效，可能导致整车性能受到影响，使用寿命缩短，严重的可能会产生安全事故，而铆接相对来说比较稳定可靠。综上未来市卡车市场对整车轻量化、成本要求在加强，铆接工艺的成本优势、可靠性优势更加明显，随着铆接工艺发展，只要通过合理结构设计、铆接位置布置，铆接工艺使用范围将更广。

3.2 替代焊接工艺

焊接工艺在轿车和轻卡的车架制造上应用比较广泛，在中重卡上一般用在横梁与横梁连接板联接、纵梁内外梁塞焊定位以及一些不太重要的零件拼接上。焊接工艺的优势在于：不需在纵梁、横梁、连接板等零部件上加工过多连接孔，对车架的强度影响较小。但其不足的问题是焊接后零部件都会产生不同程度的应力集中，引起整体或局部的变形，因此减少焊接件变形和效率提升，需要制造专用焊装夹具。随着市场个性化需求不断提高，卡车车型更新换代较快，虽然通用化设计程度也在同步提高，但车架种类也会随之大量变化，如果采用大量焊接工艺，投入在车架焊接专用工装夹具上的成本是非常巨大的，并且对于焊接质量的控制也很难，所以与铆接相比较，后者在成本、质量控制等方面就更加的方便、直观和经济。

3.3 数控机器人铆接工艺应用

目前国外一些设计公司已经开发出数控机器人铆接技术，其通过专门开发的机器人程序软件结合专用的液压铆钳，在专用的铆接工装上可以实现车架底盘，横梁总成等模块的全自动化铆接。另外针对一个车架上多种铆钉规格，还研发出自动换铆钳头装置，配合机器人和编程自动更换对应铆钉直径的铆钳头，该技术已经在VOLVO、IVECO等重卡车企业里有部分成生产线应用。而国内在这方面研究虽然取得一些突破但仍处于刚刚起步阶段。车架铆接是车架生产过程的重劳岗位，将来为了避免传统人工劳作带来的高强度，低效率，质量控制一致性问题，为了使车架制造工艺方面更加高效、合理，最终形成高质量、低成本的生产模式。相信随着技术的不断发展，数控机器人铆接技术在轻、中、重卡车架总成生产过程中将会占据越来越主导的地位。

4 结语

车架铆接技术是卡车行业车架生产过程中最重要工艺技术之一，已经被行业内广泛应用，但随着技术的发展、精益化要求越来越高，铆接技术还有很多地方需要我们不断的摸索和探讨，如铆接工艺的优化、铆接设备的改善提升、铆接质量一致性管控、铆接效率的提升等等方面。

另外从现阶段甚至未来很长一段时期来看，在车架生产制造过程中铆接工艺技术将和螺栓联接技术、焊接工艺技术相互结合，在不同种类和规格的卡车车架生产制造中发挥着各自不同的作用和价值。但从车架铆接工艺技术长远发展来看，随着铆接工艺技术不断的发展，螺栓联接工艺和焊接工艺技术终究会逐渐被铆接技术所代替，从而进一步使车架制造工艺更加科学、有效，车架生产成本更低，质量更稳定可靠。