内高压车架的同步工程开发

王飞

东风（武汉）实业有限公司 湖北武汉 430000

高强度轻量化是汽车近几年发展的主流趋势，内高压成形技术就是在这种需求下发展起来的轻量化制造方法。液压成形按液体介质不同分为水压成形和油压成形；按坯料状态不同分为管材成形和板材成形，其中内高压技术就属于管材成形。它的原理是使液体压力作用于管坯内部，管壁在液体压力的作用下紧贴模具型腔，由此制造出在轴线方向具有不同截面形状的管状部件。

传统的冲焊方案设计出的零件是两个半圈带法兰结构，通过焊接连接到一起，这种设计和制造方案会导致零件出现材料利用率低、质量大、成形精度差等缺点，且焊接易变形导致总成装配误差等问题。而采用内高压成形的方法减少了零件、模具、焊缝的数量，降低原材料和加工成本，提高了零件的整体性，增大了零件的强度和刚度及使用寿命，同时零件成形精度高，回弹很小，利于尺寸控制。同时，轻量化效果非常明显。

传统冲焊和内高压成形方案对比

1.传统冲焊方案

传统冲焊方案产品如图1所示。

图1 传统冲焊方案产品

按照传统冲焊方案设计，一共需要168个零件构成，总质量约为315kg，单台试制费用预计为12.2万元（不包含材料、工装、标准件、型材及包装物流等费用，见表1）。

表1 冲焊方案明细

2.内高压成形方案

内高压成形方案产品如图2所示。

图2 内高压成形方案产品

按照内高压成形方案设计，一共需要138个零件，总质量约为305kg，单台试制费用预计为6.8万元（不包含材料、工装、标准件、型材及包装物流等费用，见表2）。

表2 内高压成形方案明细

由此可见，采用内高压成形方案相较传统冲焊方案，零件数量减少约18%，质量减少约3.2%，试制成本可以节约44.3%。

3.管材焊接成形方案

为了更全面地对比方案的优劣，需考虑在传统冲焊方案基础上的优化性方案，如采用管材焊接成形的方案，明细见表3。

表3 管材焊接成形方案明细

根据表3统计，按照管材焊接成形方案设计，一共需要138个零件，总质量约为320kg，单台试制费用预计为8.2万元（不包含材料、工装、标准件、型材及包装物流等费用）。

相较于传统冲焊方案，管材焊接成形方案在零件数量和费用上有明显优化，但是零件整体增重明显，达不到整车轻量化的要求。

综上所述，最终建议客户按照内高压成形方案设计开发该车架，此方案受到客户认可，后续同步工程均以此方案为基础进行。

车架开发同步工程

1.焊接技术方案

（1）焊接技术方案 焊接技术方案如图3所示。

图3 焊接技术方案

考虑到许多位置都是重要安装位置的安装孔，因此决定先焊纵梁和横梁再焊接成整体框架，最后焊接带有安装功能的支架，这样可以最大程度减少焊接应力变形对重要安装点的影响。详细焊接工艺如下。

1）工序件焊接，如图4所示。

图4 部分工序件焊接

2）横梁焊接，如图5所示。

图5 部分横梁焊接

3）纵梁焊接，如图6所示。

图6 部分纵梁焊接

4）框架焊接，如图7所示。

图7 框架焊接

5）总成零件合拼，如图8所示。

图8 总成零件合拼

（2）焊接技术方案主要问题点 具体分析如下：

1）如图9所示，前悬架上安装座组分总成过于复杂，装配子件较多，即使分序也有部分位置难以焊接，建议优化零件结构，优化可焊性，减少焊接工装投入。

2）如图10所示，因为后防撞梁组4个装配孔应为安装挂钩使用，所以中间小件应都使用弧焊连接，双面加强板的结构使部分位置难以焊接，建议优化。

图10 后防撞梁组

3）如图11所示，合拼工序部分区域零件过于密集，按照满焊的思路，很多焊缝会重叠，建议优化零件形状，或者减少部分焊缝。

图11 合拼工序部分区域

（3）焊接技术方案难点及解决措施 技术难点在于由于焊接变形会导致总成尺寸质量不合格。

解决措施如下：

1）借鉴以往成功的焊接经验，科学设计成形件尺寸公差，督促公差设计要求落实到模具设计。同时精准控制生产过程，以确保得到较为理想的焊件接头装配间隙。

2）合理设计焊接工装，增加必要的辅助功能（如液压缸强力装夹和水冷块的布置）。应用焊接装备仿真手段，指导焊装布局，及时发现工装夹具存在的问题并优化。

3）正确布置定位焊点，合理制定焊接工艺顺序，两人同时对称施焊，尽量采用横焊接或船形焊。开展焊接仿真和疲劳仿真分析，提供技术支持。

4）成形件到焊装调试现场时，安排具有钣金成形丰富经验的人员到现场指导，提供技术保障。

5）总成专用检具提前精准测量，发现问题及时调校。

2.成形技术方案

（1）成形技术方案介绍 冲压成形技术方案见表4。内高压成形技术方案见表5。

表4 冲压成形技术方案

表5 内高压成形技术方案

（2）成形技术方案主要问题点及解决措施 具体分析如下：

1）如图12所示，红色箭头所指示重点零件需开成形软模，以确保零件尺寸，其他小支架零件需要激光切割加折弯成形。

图12 需开软模零件示意

2）如图13所示，电池包安装支架零件型面及孔的要求高，但是零件本身存在成形性差的问题，需要增加拔模角。另外8个面的共面和孔的位置度要求无法保证，建议改为4个件或者2个件。

图13 电池包安装支架

3）如图14a所示，左右后纵梁局部区域减薄严重，建议优化R角，红色圆弧R650mm调整为R720mm，黄色圆角R30mm区域加大，更改后成形状态如图14b所示。

图14 左右后纵梁更改前后产品成形状态对比

4）如图15所示，左右前纵梁红框处截面周长（496.3mm）与管坯周长（433.6mm）相差太大，成形开裂，需要将截面周长至少调整到470mm以下。

图15 左右前纵梁截面周长

5）如图16所示，左右前纵梁局部减薄严重，建议将局部圆角R20mm调整为R25mm，更改后成形状态如图16所示。

图16 左右前纵梁更改前后产品形态对比

3.检测技术方案

（1）检测技术方案介绍 具体介绍如下：

1）成形单件检测技术方案如图17所示，红色箭头指示的单件需要开发检具来保证尺寸的监控。

图17 成形单件检测技术方案

2）总成检测技术方案如图18所示，在焊接成品工序后增加一序在线接触式自动检测设备（检测关键尺寸，且可读数）。

图18 总成检测技术方案

（2）检测技术方案主要问题点 具体分析如下：

1）如图19所示，14个电池安装支架组孔与电池包的14个孔同时安装，并且同时通过，孔相对位置度要求较高。而且14个孔所在零件都是焊接上去的，会存在焊接变形，孔的相对位置尺寸很难保证，建议调整需求。

图19 电池安装支架组孔

2）如图20所示，后悬架前横梁组装为前后板周边全贴设计，中间穿套筒装配，套筒与零件单边间隙只有0.5mm。装配零件后前后板的6个同轴很难同时保证，存在装件困难，建议调整结构。

图20 后悬架前横梁组

3）很多单件设计无工业化定位孔，或者是有孔但是不能作为定位孔使用，建议增加相应定位孔。

结语

综上所述，内高压成形方案无论是从成本的角度出发，还是从零件质量的角度出发都相对于传统冲焊方案更有优势，在此基础上完善焊接与检测工艺方案，能确保最终成品零件满足客户的使用要求。同时产品采用内高压成形技术整车轻量化效果明显，符合国家绿色环保、节能减排的理念。

该产品作为某车企第一款使用内高压成形技术的车架，对于后期其他平台的研发也具有很大的参考价值，可以作为经验积累与技术储备。