南京理工E-MOTION车队车架加工记录

南京理工E-MOTION车队车架加工记录

这是为南京理工大学E-MOTION电车订做车架的加工记录,实际上今年我们BAJA车架做的更多一些,只是BAJA车架加工照片拍的比较零散,详细的记录没有整理出来。相对于方程式车架来说BAJA车架尺寸更大,使用的钢管以31.75和25.4为主,更适合我们加工。

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这款车架使用的4130钢管规格如下:

  • 蓝色,25.40×2.5
  • 绿色,25.40×1.6
  • 灰色,25.40×1.3
  • 黄色,16.00×1.0

图中黄色的管件要求公差在正负1mm以内,其他位置保证正负3mm以内,车架全部氩弧焊满焊。

收到车架三维设计图纸后我们会先确认弯管是不是好加工,对于弯管我们一般考虑以下几点:

  1. 一根钢管使用一种弯管半径,防滚架弯管半径不小于所弯钢管直径的三倍,25.4钢管弯管半径76,31.75钢管的弯管半径101
  2. 弯管图纸用钢管中心线标注,弯管半径标出来,两个弯之间的长度按照交点标注,距离最近的两个弯需要标注直段的长度,确认可以弯管,角度标注外角,外角是实际弯管的角度
  3. 钢管的外径,壁厚,弯管半径和实际弯管角度都需要考虑,弯管半径越大弯管效果越好
  4. 两个相邻的弯之间的直段不得小于钢管直径的4倍
  5. 满足以上要求空间弯管也可以加工,在提供以上尺寸的基础上增加旋转角度

E-MOTION车队的车架使用catia设计,我们使用Solidworks比较多,一般都是转化为igs或者stp格式的文件打开。

车架上有两根钢管需要弯管,主环和前环。弯管半径和我们现有的模具有差异,因此需要需要调整,调整之后前环尺寸变化比较大,已经影响到前舱侧上的2根钢管的位置尺寸,为了保证车检时对前舱空间的最小要求,只好调整前环的形状,以保证侧上2根钢管的位置不变。

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弯管和车架整体尺寸确认之后我们会对钢管进行坡口处理,如下图,这台车架上不同尺寸的直管超过40种,总的钢管数量接近100根,每一根都要拆成单独的零件进行坡口处理,工作量比较大,花了2天时间才做完。处理完的钢管只要出加工图就可以上我们的数控坡口机加工,和处理图纸的时间来比,坡口加工的时间几乎可以忽略不计。

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处理完钢管的图纸之后就是焊接夹具的设计了,我们对于加工BAJA的车架比较熟悉,但是FSAE的车架接触还比较少。FSAE车架更紧凑,钢管布置也更讲究,经过一番分析发现FSAE车架虽然复杂,但结构还算比较清晰,基本就是前环先焊接,然后前舱,然后机架位置,然后后舱,然后整体拼接。大体流程确定之后焊接夹具设计又花了3天时间,因为需要考虑关键钢管位置的定位,还要考虑焊接让位问题,下面有一些焊接夹具的实物图片。

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这是焊接完成后车架和所有的定位夹具,我们的焊接夹具是配合三维焊接平台设计,主要为钣金结构。考虑到焊接夹具的定位强度,全部使用4mm厚度的4130钢板激光切割制作,尺寸较大的夹具做了翻边加强。

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加工回来的焊接夹具,大部分都需要拼接起来使用。

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数控坡口加工,效率比较高,坡口尺寸也比较精准,坡口内稍微有点渣,打磨一下就可以焊接。因为坡口基本上不花时间,因此分开拼焊的时候都是需要了才进行切割,分开后每一部分钢管种类有限,比较容易区分,没有单独编号。

大学生方程式车架使用的钢管以25.4外径为主,壁厚分为1.3,1.6和2.4三种,我们的数控坡口机设计最小切割管径为19mm,因此大部分钢管切割起来都比较轻松。部分16×1的钢管坡口没有办法机器切割只能卷纸打磨,还好数量不是很大,打磨起来没有怎么费时间。

坡口时候前环开始弯管,我们使用的是半自动的NC弯管机,配合专业的弯管计算软件,相邻两个弯的间距误差可以控制在2mm以内。这次客户提供的4130钢管性能不是特别稳定,前环连续弯了4根尺寸偏差都非常大,部分位置超过5mm,我们以为不同的钢管弯管延展率不同所致,反复用软件进行了校准,最后也没能解决问题,客户提供的钢管就用光了。我们只有使用现有的4130钢管,现有弯管数据,实际弯管尺寸偏差在1mm以内。

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这些全部是报废的钢管,几根钢管差不多了弯了一天,我们开始怀疑这种钢管的性能,不过后来经过检测发现钢管材质确实是4130,强度也很高,只是热处理没有做好,性能不均匀,弯管延展率差异很大。换了我们的4130钢管后解决问题,下面就开始一步一步的焊接了,先是前环和方向管柱支架,这个相对比较简单,只要一个小夹具就搞定了。

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照片拍的比较乱,因为要定位的钢管太多,比较复杂。

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这是机舱部分的焊接夹具,相对来说简洁一些,并且可以很好的定位。

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都先点焊起来,然后氩弧焊满焊。

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这一部分和车架上的位置不一样,这是立起来焊接的,最后才和主环拼接。

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机舱和主环拼接,从后面看过去,中间的钢管很多,空间比较小,拼接起来有点费劲,并且后减震的摇臂支架安装点都在这个位置,尺寸还需要保证。

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从前面看过去,这一部分结束后就是前后对接了。

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因为底盘是用一根钢管分开的,先拼接主环部分,前环和主环位置都已经在焊接平台上固定。

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向前延伸到前环位置,尺寸都比较规则,相对好定位些。

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侧梁和侧面斜撑上去了。

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坡口配合情况,这些焊接完成后车架就可以翻身满焊了。

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焊接完成。