专利名称：一种轿车后扭梁结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车部件及制作方法，特别是一种轿车后扭梁结构及后扭梁本体加工方法，属汽车技术领域。
背景技术：
现代轿车在保证其基本性能外，致力于提高安全性与舒适性，向高附加价值、高性能、高质量、轻量化方向发展。作为提高操纵稳定性、乘坐舒适性的轿车后扭梁悬架系统是汽车的一个主要组成部分，对车辆的平顺性、操纵稳定性以及整车NVH性能有着重要的影响，因此后扭梁总成是各汽车生产企业不断改进、创新的重要部件。汽车后扭梁总成由后扭梁本体、纵臂、螺旋弹簧支架、避振器支架、轮毂支架等组成，其中后扭梁本体是承力的关键零件。中国专利201080016173中所公开的扭梁制造方法中，选用金属管材为后扭梁本体的原料，利用成形加工的方法，将金属管材中部冲压成V形截面，然后再将各零件进行拼焊组装，形成后扭梁总成。这种结构的后扭梁本体通过CAE分析，在后扭梁端头部位承受的应力较大，达到lOOOMPa，因此选用的材料强度需大于lOOOMPa，对于如此高强度的材料，采用传统的冷冲压工艺无法满足变形要求，需采用热成型或液压成型工艺，材料及加工工艺都导致了扭梁本体成本增加，而且占用材料重量大，不符合轻量化的设计理念。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种在满足强度要求的前提下，降低生产成本，简化加工工艺的简轿车后扭梁及加工方法。本发明所称问题是以下述技术方案解决的
一种轿车后扭梁结构，它包括后扭梁本体和纵臂，后扭梁本体为左右对称结构，其两端分别与纵臂焊接，其特别之处是所述后扭梁本体由钢板冲压而成，冲压下料曲线的端部轮廓由9段圆弧光滑过渡连接而成，以后扭梁本体两端漏液孔3的中心连线为横坐标，以对称中心线为纵坐标，左端各段圆弧按下述方式确定R0=4. 5，圆心坐标为-502，O ；R1=44,圆心坐标为-546. 1，4. I ；R2= 48. 5，圆心坐标为-480. I，-64. 8 ;R3= 123.5，圆心坐标为-651. 8，-54. 8 ；R4=11,圆心坐标为-558. 5，-138. 5 ；R5= 50，圆心坐标为-551. -2. 3 ；R6=50，圆心坐标为-489. 76，76. 76 ;R7= 221.5，圆心坐标为-757. 6，34. 6、R8=7，圆心坐标为-574. 6，171. 3 ;在圆弧Rl与RO之间设有半径为3的圆弧倒角，在圆弧R5与RO之间设有半径为3的圆弧倒角，上述数值的单位均为mm。上述轿车后扭梁结构，所述后扭梁本体为槽形结构，其两侧上端头与纵臂焊接处的横截面为U形,所述横截面的槽底弯曲部位圆弧半径Rd=39 41mm、开口尺寸为66 mm、后壁延伸出前壁12-13 mm;后扭梁本体中间处的横截面近似C形，所述横截面的槽底弯曲部位由半径分别为Ral、Ra2的两个圆弧面光滑过渡连接而成，其中，Ral=66 68mm、圆心角为30-32°、Ra2=10 11mm、圆心角为50-53°、开口尺寸为78mm、后壁延伸出前壁17-18mm ;所述后扭梁本体的横截面面积由两侧向中间渐变，中间横截面较小，所述后扭梁本体的横截面形状由两侧向中间渐变过渡吻接。上述轿车后扭梁结构，所述后扭梁本体前壁底边为半径R9=1780-2177mm的弧形面,所述后扭梁本体后壁底边为半径R10=2100-2220 mm的弧形面，所述后扭梁本体上部为半径Rll=2020-2030mm的弧形面。上述轿车后扭梁制造方法，它按如下步骤进行
a.下料采用板厚为6-8mm的冷成型热轧汽车结构钢板，根据后扭梁本体展开图下料、剪裁；
b.冲压将剪裁的钢板在冲压机上冲压成型；
c.冲孔在冲压成型的后扭梁本体制件上冲焊接定位孔； d.整形对后扭梁本体制件进行整形处理；
e.抛丸对后扭梁本体制件进行抛丸处理，抛丸覆盖率为98%，扭梁表面抛丸强度检测为 O. 3A-0. 4A。上述轿车后扭梁制造方法，所述抛丸工序中，将后扭梁本体制件悬挂在圆盘形吊架上，置入抛丸机中进行抛丸，抛丸过程需在抛丸机内转换三个工位，每个工位正转抛打
I.5分钟、反转抛打I. 5分钟。本发明针对轿车后扭梁制作工艺复杂、生产成本高的问题进行了改进，其主要特点体现在如下方面1.改变后扭梁本体结构形状，其两端与纵臂焊接面为曲面，所述曲面由9段圆弧面光滑过渡连接而成，该结构应力分布合理，将端头部位的最大应力值降低约60% ；2.选用高强度钢板为原料，经剪切、冷冲成型等工序制备后扭梁本体，由于原料成本低且加工工艺简单，所以使后扭梁成本降低，并实现了产品轻量化；3.为提高后扭梁的疲劳强度，增加抛丸工序，对经冲压成型及整形后的后扭梁本体进行抛丸处理，提高表面硬度，使其疲劳寿命达80万次以上，所述指标位于同类产品的较高水平。
图I是本发明产品轿车后扭梁结构的示意 图2是后扭梁本体的冲压下料 图3是后扭梁本体结构示意 图4、图5分别是图3的D-D截面、A-A截面的断面 图6是后扭梁本体悬挂在圆盘形吊架的示意 图7是图6的俯视 图8是抛丸机工位不意图。附图中各标号含义如下1.后扭梁本体；2.纵臂；3.漏液孔；4.焊接定位孔；5.圆盘形吊架；6.抛丸机。
具体实施例方式参看图1，后扭转梁总成包括后扭梁本体I、纵臂2等构件。后扭转梁本体为后扭梁总成中关键构件，其控制指标主要有四个方面强度、疲劳寿命、扭转刚度、模态。传统的后扭梁总成，由于结构形状上的设计缺陷，导致后扭梁本体与纵臂连接的端头部位为应力集中部位，通过CAE分析，后扭梁在端头部位承受的应力约为lOOOMPa，因此要求材料应力需大于lOOOMPa，这就导致了材料成本的提高及加工过程的困难。本发明打破常规设计思路，改进、优化后扭梁本体结构，使其应力合理分布，应力峰值大大降低，再根据后扭梁的受力状态合理选材及选择加工工艺，在保证满足各项控制指标的前提下，有效降低成本，简化加工工艺，减轻重量，实现产品轻量化。参看图I、图2，本发明所述的后扭梁本体I为左右对称结构，其两端分别与纵臂2焊接，纵臂为常规结构，纵臂与后扭梁焊接部位的横截面为圆形，半径为28mm。所述后扭梁本体由钢板冲压而成，冲压下料曲线的端部轮廓由9段圆弧光滑过渡连接而成，以后扭梁本体两端漏液孔3的中心连线为横坐标，以对称中心线为纵坐标，冲压下料曲线的左端各段圆弧按下述方式确定(右端轮廓与左端对称)R0=4. 5，圆心坐标为-502，O ；R1=44,圆心坐标为-546. 1，4. I ；R2= 48. 5，圆心坐标为-480. I，-64. 8 ;R3= 123. 5，圆心坐标为-651. 8，-54. 8 ；R4=11,圆心坐标为-558. 5，-138. 5 ；R5= 50，圆心坐标为-551. -2. 3 ；R6=50，圆心坐标为-489. 76，76. 76 ;R7= 221.5，圆心坐标为-757. 6，34. 6、R8=7，圆心坐标为-574. 6，171. 3 ;在圆弧Rl与RO之间设有半径为3的圆弧倒角，在圆弧R5与RO之间设有半径为3的圆弧倒角，上述数值的单位均为mm。在上述各段圆弧中R4、R8为后扭梁本体与纵臂焊合的起弧点B，R2、R6为后扭梁本体与纵臂焊合的收弧点A，B、A两处是产生应力集中的峰值部位。本发明基于长期试验、研究，结合CAE分析不断改进，给出起弧点、收弧点合适的圆弧半径及将这两段圆弧光滑连接的圆弧Rl、R3和圆弧R7、R5。采用该轮廓曲线，可保证后扭梁本体与纵臂焊缝均匀搭接，改变应力分布，减少应力集中，配合起弧点、收弧点包角焊接，可明显降低应力集中峰值。经CAE分析，本发明后扭梁本体I与纵臂2焊合后，其应力分布趋于均匀，应力峰值下降至350-400MPa左右。应力值的大幅度下降，为后扭梁本体的选材和制定加工工艺获得了较大的改进空间。在图2中RO形成的中部凹口，冲压后形成漏液孔3，所述孔用于电泳液的泄漏。参看图3-5，本发明后扭梁本体采用板厚为6_8mm的冷成型热轧汽车结构钢板经冷冲压成型，根据后扭梁整体的工作情况和受力状态，后扭梁本体采用槽形结构，在后扭梁本体两侧上端头与纵臂焊接处的D-D横截面为U形，其弯曲部位圆弧半径Rd=39 41mm，开口尺寸Ld为66. 3 mm,前壁高度尺寸Hd=88 mm，后壁延伸出前壁12-13 mm ;由图4可见，所述截面槽底部相对X-X面是对称的(X-X面为过后扭梁本体两端漏液孔的铅垂面)。后扭梁本体中间处的A-A横截面近似C形，其弯曲部位由半径分别为Ral、Ra2的两个圆弧面光滑过渡连接而成，其中Ral=66 68mm，圆心角为55-57°，Ra2=10 Ilmm,圆心角为90-92°，前壁高度尺寸Ha=41-43 mm，后壁延伸出前壁17-18 mm，开口尺寸为Lal+Lal=78mm，其中，由前壁至X-X面的尺寸La2=37. 3 mm ;由后壁至X-X面的尺寸Lal=40. 7mm ;由图5可见，所述截面形状相对X-X面不对称。后扭梁本体的横截面面积由两侧向中间渐变，中间横截面较小，述后扭梁本体的横截面形状由两侧向中间渐变过渡吻接。参看图1，所述后扭梁本体前壁底边为半径R9=2177-1780mm的弧形面，所述后扭梁本体后壁底边为半径R10=2100-2220 mm的弧形面，冲压成型后的后扭梁本体上部形成Rll=2020-2030mm 的弧形。参看图2、图3、图6、图7、图8，后扭梁本体的加工过程如下
a.下料采用型号为QStE420TM、板厚为6_8mm的冷成型热轧汽车结构钢板，根据后扭梁本体展开图下料、剪裁，如图2所示；b.冲压将剪裁的钢板在冲压机上冲压成型；
c.冲孔将冲压成型的后扭梁本体制件冲出长圆孔4，如图3所示；
d.整形对后扭梁本体制件进行整形处理；
e.抛丸对后扭梁本体制件进行抛丸处理，经整形的后扭梁本体制件悬挂在圆盘形吊架5上，置入抛丸机6中进行抛丸，抛丸过程需在抛丸机内转换三个工位，三个工位呈直线式排布，间距为200毫米，每个工位正转抛打I. 5分钟、反转抛打I. 5分钟，使抛丸覆盖率达到98%。后扭梁表面抛丸强度经强度检测仪检测为O. 3A-0. 4A (A代表A试片，即Almin试片)。对冲压整形的后扭梁本体制件进行抛丸处理，是本发明方法的关键工序，采用冷成型热轧汽车结构钢板冷冲压成型的后扭梁本体其强度、扭转刚度等指标均可达到相关要求，但疲劳寿命偏低，约为40万次，经过抛丸处理后，使后扭梁本体表面强化，疲劳寿命大大提高，经检测疲劳寿命可超过80万次，该指标位于同类产品的较高水平。
后扭梁本体制作完毕后，将其与常规方法制作的纵臂、螺旋弹簧支架、避振器支架、轮毂支架等制件进行拼焊，制成后扭梁总成如图I所示。
权利要求
1.一种轿车后扭梁结构，它包括后扭梁本体(I)和纵臂(2)，后扭梁本体为左右对称结构，其两端分别与纵臂焊接，其特征在于所述后扭梁本体(I)由钢板冲压而成，冲压下料曲线的端部轮廓由9段圆弧光滑过渡连接而成，以后扭梁本体两端漏液孔(3)的中心连线为横坐标，以对称中心线为纵坐标，左端各段圆弧按下述方式确定R0=4. 5，圆心坐标为-502, O ；R1=44,圆心坐标为-546. I, 4. I ；R2= 48. 5,圆心坐标为-480. 1，-64. 8 ；R3=123. 5，圆心坐标为-651. 8，-54. 8 ；R4=11,圆心坐标为-558. 5，-138. 5 ；R5= 50，圆心坐标为-551. -2. 3 ；R6= 50，圆心坐标为-489. 76，76. 76 ；R7= 221. 5，圆心坐标为-757. 6，34. 6、R8=7，圆心坐标为-574. 6，171. 3 ;在圆弧Rl与RO之间设有半径为3的圆弧倒角，在圆弧R5与RO之间设有半径为3的圆弧倒角，上述数值的单位均为mm。
2.根据权利要求I所述的轿车后扭梁结构，其特征在于所述后扭梁本体(I)为槽形结构，其两侧上端头与纵臂(2)焊接处的横截面为U形，所述横截面的槽底弯曲部位圆弧半径Rd=39 41mm、开口尺寸为66 mm、后壁延伸出前壁12-13 mm ;后扭梁本体中间处的横截面近似C形，所述横截面的槽底弯曲部位由半径分别为Ral、Ra2的两个圆弧面光滑过渡连接而成，其中Ral=66 68mm,圆心角为55-57。，Ra2=10 Ilmm,圆心角为90-92。，开口尺寸为78_、后壁延伸出前壁17-18_ ;所述后扭梁本体的横截面面积由两侧向中间渐变，中间横截面较小，所述后扭梁本体的横截面形状由两侧向中间渐变过渡吻接。
3.根据权利要求2所述的轿车后扭梁结构，其特征在于所述后扭梁本体(I)前壁底边为半径R9=1780-2177mm的弧形面，所述后扭梁本体后壁底边为半径R10=2100_2220 mm的弧形面，所述后扭梁本体上部为半径Rll=2020-2030mm的弧形面。
4.一种制造如权利要求1、2或3所述轿车后扭梁的方法，它按如下步骤进行 a.下料采用板厚为6-8mm的冷成型热轧汽车结构钢板，根据后扭梁本体展开图下料、剪裁； b.冲压将剪裁的钢板在冲压机上冲压成型； c.冲孔在冲压成型的后扭梁本体制件上冲焊接定位孔； d.整形对后扭梁本体制件进行整形处理； e.抛丸对后扭梁本体制件进行抛丸处理，抛丸覆盖率为98%，扭梁表面抛丸强度检测为 O. 3A-0. 4A。
5.根据权利要求4所述的轿车后扭梁制造方法，所述抛丸工序中，将后扭梁本体制件悬挂在圆盘形吊架上，置入抛丸机中进行抛丸，抛丸过程需在抛丸机内转换三个工位，每个工位正转抛打I. 5分钟、反转抛打I. 5分钟。
全文摘要
一种轿车后扭梁结构及其制造方法，用于解决后扭梁制作工艺复杂、生产成本高的问题。其技术方案是所述后扭梁结构包括后扭梁本体和纵臂，后扭梁本体为左右对称结构，其两端分别与纵臂焊接，特别之处是所述后扭梁本体由钢板冲压而成，冲压下料曲线的端部轮廓由9段圆弧光滑过渡连接而成。本发明后扭梁本体加工方法包括下料、冲压、冲孔、整形、抛丸等步骤。本发明主要特点如下1.改变后扭梁本体结构形状，将端头部位的最大应力值降低约60%；2.选用高强度钢板为原料，使后扭梁成本降低，实现产品轻量化；3.通过抛丸处理，提高后扭梁本体表面硬度，使其疲劳寿命达80万次以上。
文档编号B60G21/055GK102717679SQ201210221580
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月30日 优先权日2012年6月30日
发明者任英俊, 侯志刚, 吴子龙, 张菁, 王海艳, 管艳艳 申请人:长城汽车股份有限公司