铸造崔晓鹏等:中重型商用汽车桥壳发展现状及趋势·539·
铸铁,MAN重型汽车也放弃了锻钢桥壳,全部采用了球墨铸铁后桥壳。由此可见,球墨铸铁后桥在重型商用车中占据不可替代的地位。
冲焊桥壳相比,铸造桥壳材质的另一个优良性能是其优异的抗腐蚀性能,商用车长期在环境恶劣的条件下工作,桥壳处容易粘附土壤等物质,易产生腐蚀。在青岛黄岛9-12个月周期的施工中,采用冲焊桥壳的国产斯太尔K29重型自卸车有8台后桥壳出现裂纹,而采用铸造桥壳的重型自卸车则没有出现问题。分析表明是由于材料的耐蚀性能不足,在交变应力和土壤腐蚀的共同作用下产生了腐蚀疲劳破坏。由于铸造桥壳的抗腐蚀性能优于16Mn,因此在同样的工作环境下没有出现问题[71。
2.3冲压焊接桥壳与铸造桥壳的承载能力对比表2列出了常用桥壳材料的性能比较,可见16MnL热轧钢板在力学性能方面具有明显的优势。需要注意的是国内重型车超载严重,原有冲焊桥壳不能适应国内的装载量和道路状况,需要增加钢板厚度。由于冲焊桥壳钢板厚度的增加,焊缝处需铣坡口保证熔合深度,即便如此焊缝也不易完全焊透。失效分析表明,大多数冲焊桥壳开裂,不是因为钢板本身强度不够,而是由于钢板焊缝质量难保证而致。桥壳钢板焊缝处容易出现未焊透、咬边等缺陷,并导致应力集中而使强度下降,特别是在三角板、轴头和后盖焊缝区最容易开裂[81。与冲焊桥壳相比,铸造桥壳的壁厚相对较厚,而且还可以根据实际情况进行壁厚的调整,所以在实际使用中铸造桥壳的承载能力更高一些,但自重也更重一些。
表2桥壳材料强度的比较
Table2Thestrengthcomparisonofdifferentmaterialsfor
axlehousing
国外商用车采用冲焊桥壳可能更多是出于汽车减重、改善劳动条件和减少污染的考虑。铸造桥壳的承载能力和抗腐蚀能力高于冲焊桥壳,市场上铸造桥壳的价格也低于冲焊桥壳,对车桥企业来讲,铸造桥壳的缺点主要是自重增加和废品率高。自重增加意味着减少了装载量,废品多意味着加工产能的浪费。另外,砂型铸造的劳动条件差、治理污染难、投入大,难于把铸造变为“绿”,也是相当重要的原因罔。
3中重型商用车桥壳的开发和改进实例
3.113t级商用车后桥壳铸件的开发
东风汽车集团13t级商用车后桥最初采用冲压焊接式桥壳,在使用中多次出现了桥壳焊接处脱焊开裂问题,疲劳性能差,超载易变形,主减速器齿轮正常啮合受影响,噪声大,降低了驱动桥总成的使用寿命。考虑到球墨铸铁具有高强度、高韧性、高可靠性、高寿命的特点,并且能生产出最接近要求的形状。2001年东风汽车集团公司进行13t级重型车后桥壳的开发时放弃了冲焊桥壳,改用球墨铸铁
铸造桥壳。在产品开发过程中采取类比与经验设计相结合的办法,根据13t级焊接驱动后桥壳的外轮廓尺寸,铸造后桥壳的结构特征及铸造的工艺性要求,设计出后桥壳产品图,然后根据该产品的材质性能要求对其结构进行强度校核,最后完成13t级后桥壳的产品设计。完成加工的铸件在国家汽车质量监督检验中心(襄樊)进行台架试验评价。在试验负荷为24t(当时为国内最大的疲劳寿命试验机)的条件下,将铸件安放在液压疲劳试验机上进行台架试验。试验结果表明,铸造桥壳的垂直弯曲疲劳寿命超过433万次,未出现裂纹或断裂现象,满足汽车驱动桥台架试验评价指标,疲劳寿命不低于80万次的标准要求。13t级重型车后桥壳的成功开发,为东风汽车集团公司创造了良好的经济效益,为我国汽车行业生产重型铸造后桥壳开拓了一条新路【9】。
3.2提高解放商用车铸造桥壳疲劳寿命
一汽铸造有限公司生产的2401011-4RBl后桥外壳,材质为QT450.10,主装车型为7t系列卡车和解放拉煤王。由于用户严重超载及路况较差等原因,桥壳断裂现象十分严重,成为一汽集团中重型商用车用户抱怨的十大焦点问题之一,用户索赔从2001年起大幅攀升,年索赔额达百万元以上。通过对桥壳断裂情况的分析认为:大多数桥壳的断裂情况属于正常断裂,拉煤王卡车额定载荷为7t,而用户在使用过程中一般装载量为17.5t,最大装载量达35t,超过额定载重量的2.5~5.0倍,桥壳是在超出材料许用应力的情况下发生断裂的;此外,用户主要集中在矿区,卡车运载路段多为凹凸不平的砂石路面,多拉、快跑使桥壳在严重超载的情况下,承受超负荷的冲击力而突然
断裂;按照7t承重设计的桥壳局部结构单薄,桥壳断裂位置主要集中在钢板弹簧内侧的大R角处(图1),表明该处存在着明显的应力集中,结构过渡不够平滑。
图1桥壳的断裂
Fig.1Theruptureofrearaxlehousing
根据上述分析结果,针对后桥壳主要进行了如下改进:更改桥壳内部尺寸,在不改变桥壳外部轮廓尺
寸的前提下,增加桥壳内部断裂部位的壁厚以提高其
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Jun.2008VOI.57No.6
结构强度;在不影响整车布置的条件下,对桥壳外部轮廓尺寸进行修改,尽量使桥壳整个长度方向上过渡较为圆滑,保证应力分布趋于合理。同时,对材质和工艺进行了相应的调整。完成改进后的桥壳总成在一汽集团技术中心进行了台架试验(试验载荷27.5t,如图2所示)。试验结果表明桥壳结构是影响其疲劳寿命的重要因素,结构更改后对改善桥壳应力分布,消除应力集中,提高疲劳寿命尤为显著,平均提高幅度达2倍以上,远远超过了设计要求的80万次以上,达到了270万次。完成更改设计的铸铁桥壳通过近4年的6万余辆装车使用,桥壳年度索赔额由原来的近百万下降到不足5万元【佩。
图2桥壳总成的台架试验
Fig.2Benchtestofaxlehousingassembly
4结语
毋庸质疑,冲压焊接桥壳已经对铸造桥壳形成了严重的挑战,在中型商用车方面占有明显的优势,而在重型车方面铸造桥壳还具备一定的优势。发展铸造桥壳的最大障碍在于引进的冲焊桥国产化时设计部门不可能将其重新设计为铸造桥壳,把冲焊桥壳重新设计为铸造桥壳的任务只有靠铸造厂自己,开拓市场也只能靠自己,为此建议应该加强以下几个方面的工作。
一汽解放青岛汽车厂(1)尽快建立重型汽车桥壳的设计和分析能力,将目前只是按照客户图纸进行生产的状况,改变为能够根据客户的要求,自行进行后桥壳的结构设计、强度分析和产品开发,满足市场要求。
(2)积极进行球墨铸铁、铸钢高性能桥壳铸造材料的开发,满足高性能和重载卡车的需求,特别要注意到球墨铸铁低温冲击韧性的问题【¨】,以防止在高寒地区发生后桥断裂事故。
(3)努力提高铸造桥壳力学性能,提高铸件质量标准,减少内部缺陷和外废率,减小壁厚(壁厚≤16mm),降低铸件自重。
在中型载重车应用方面,铸造桥壳和冲压焊接桥壳各有优势;在重型载重车方面,铸造桥壳还具有较大的优势,东风汽车集团公司铸铁桥壳取代冲焊桥壳和一汽集团铸铁后桥壳的改进开发工作已经表明铸铁桥壳仍然具有强大的生命力,只要提高重型汽车桥壳的设计和分析能力,并积极进行球墨铸铁、铸钢高性能桥壳铸造材料的开发,铸铁桥壳就有可能获得良好的市场份额,重新获得竞争优势。
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(编辑:刘冬梅,ldm@foundryworld.com)
新书储造技术问题对策》【第2版)介绍
由陈琦、彭兆弟主编的《踌造技术问题对匀勘(第2版)已由机械工业出版社于2008年4月出版。第2版已对原书的铸造技术问题对策进行了214条修改,20条整合、分解或删除,230条新增,总计修订条数约为全书的44%。
第2版仍保留了原有的编写视角和编写风格,并根据“以人为本”,创建绿铸造、和谐铸造的基本思路,新增加一篇“铸造安全卫生与环境保护方面”的内容。
修订后的第2版《铸造技术问题对身勘一书,按铸件设计和铸造技术分为7篇,简述了铸造领域中44个方面的1048条铸造技术问题对策,既涉及到铸件设计方面的问题对策,也涉及到铸造合金及其熔制、造型材料
及其制备、砂型铸造与特种铸造、铸造质量与检测分析、铸造安全卫生与环境保护等诸多方面的问题对策。
中重型商用汽车桥壳发展现状及趋势
作者:崔晓鹏, 刘海峰, 金玉刚, CUI Xiao-peng, LIU Hai-feng, JIN Yu-gang
作者单位:崔晓鹏,CUI Xiao-peng(长春工业大学材料科学与工程学院,吉林长春,130012), 刘海峰,金玉刚,LIU Hai-feng,JIN Yu-gang(一汽铸造有限公司技术中心,吉林长春,130062)
刊名:
铸造
英文刊名:FOUNDRY
年,卷(期):2008,57(6)
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1.刘唯信汽车车桥设计 2004
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3.曾金玲.雷雨成.魏德永冲焊桥壳的轻量化设计[期刊论文]-机械设计 2007(1)
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5.李东重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究[学位论文] 2004
6.王连东回转壳体正负成形理论及汽车桥壳胀形工艺的研究[学位论文] 2001
7.朱相荣.邹中坚.付卫忠重型自卸车桥壳腐蚀失效分析[期刊论文]-腐蚀科学与防护技术 1995(2)
8.洪晓先汽车工业的发展及汽车铸件生产的方向[期刊论文]-现代铸铁 2006(4)
9.黄晓.梁秀兰十三吨级汽车后桥壳铸件的开发与研究[期刊论文]-汽车科技 2004(4)
10.金玉刚.范继林.谷正荣提高解放七吨桥壳疲劳寿命的试验与研究 2007
11.孙尧卿.姚可夫.刘光葵铸态铁素体球铁的低温脆性 1987(10)
1.会议论文马顺龙.刘海峰.王成刚.孙树臣中重型商用汽车驱动桥壳的发展现状及趋势2008
本文综合论述了中重型商用汽车驱动桥壳的结构形式,介绍了铸造整体桥壳,冲压焊接整体桥壳,钢管扩张,液胀桥壳四种驱动桥壳的主要制造方式,在此基础上综合分析和比较了四种桥壳的工艺,承载能力和成本等方面。综合上述论述以东风汽车集团公司,陕西汉德车桥公司,中国重汽集团有限公司后桥壳的开发应用实例说明了铸造整体桥壳,冲压焊接整体桥壳的特定应用场合和优势,最后根据一汽铸造有限公司的实际生产情况,提出了与其它桥壳竞争的途径和手段。
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