专利名称：轻中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法
技术领域：
本发明属于汽车制造领域，尤其涉及轻中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法。
背景技术：
汽车驱动桥桥壳是汽车上的主要承载构件之一，是主减速器、差速器、半轴的装配基体，主要功用是支承汽车重量，承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架或车身。其性能直接影响运输车辆的安全性和可靠性，应具有足够的强度和刚度，并且要求尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性。轻中型卡车桥壳属于形状复杂的管类件，两端小中间大，端部为圆截面，端部内侧为矩形截面；中间桥包部分为异型截面，截面上存在过度小圆角。目前，轻中型卡车桥壳主要采用冲压焊接方法制造，焊接工序多，焊缝长，疲劳寿命不够高，材料利用率低于80 %。有厂家利用管坯开口扩胀方法制造桥壳，即将无缝钢管两端缩径，在其中部沿轴向中心线切制长条形通孔，加热后将长条形通孔挤扩胀形至所需尺寸的圆孔，最后对桥包部分整形后加焊三角块及后油盖。开口扩胀方法制造的桥壳，材料利用率有所提高，但制造工序较多，桥包部分仍存在焊缝。有文献提出用液压胀形方法制造桥壳，即将无缝钢圆管两端缩径后中部进行液压胀形直接得到带有附加前盖的桥壳半成品。用液压胀形方法制造桥壳，理论上可得到壁厚分布合理且无焊缝的产品，但实际生产中桥包部分横截面上的过渡小圆角区成形时壁厚减薄量大容易胀裂，而且需要超高内压。有文献公开了 一种汽车桥壳内高压、缩径成形方法。选用一定规格尺寸的无缝钢管，首先对中部进行内高压成形，然后对两端进行缩径，最后对中间桥包部分进行局部内高压整形，经机加工后得到桥壳产品。从理念上讲，用该方法制造汽车桥壳，工序少、生产效率高，制件强度刚度好。在公开的文献中，在第一道工序内高压成形时可以成形带有半球形后盖的桥壳，此时管坯中间部分轴线一侧需进行大变形而另一侧不需变形，实际成形时会导致大变形部分因轴向补料差而容易胀裂，同时不需变形的部分容易失稳起皱。在公开的文献中，在第一道工序内高压成形时，亦可成形不带半球形后盖的桥壳，此时管坯中间部分近于均匀胀形，但桥包部分内高压整形时，已经胀形的中间部分前后方向被压成平面，容易产生内凹不利于成形；桥包部分整形后，除在桥包前面加工用以安装主减速器的圆孔外，需在后面加工圆孔，然后再焊接半球形的后油盖，增加了制造工序，降低了材料利用率。有文献提出用钢管胀压成形方法制造汽车桥壳，即将无缝钢圆管两端缩径后中部进行液压胀形得到预成形管坯，再经过压制成形得到带有后油盖及附加前盖的桥壳半成品，最后根据工艺要求切割附加的前盖，得到汽车桥壳。用钢管胀压成形方法制造汽车桥壳，理论上可解决直接液压胀形时面临的桥包部分过渡小圆角区成形难、需要超高内压的瓶颈问题。在公开的文献中，尚存在以下不足:(I)管坯液压胀形时轴向力作用效果不好，壁厚减薄量大。管坯中部液压胀形前两侧部分已经缩径到要求的尺寸，端部与中部的尺寸差值大，液压胀形时轴向推力作用效果不好，导致胀形部分壁厚减薄量较大。对于轻中型卡车，缩径后管坯端部为圆形内侧为矩形，液压胀形时轴向力的施加效果更差。(2)液压胀形管坯进行压制成形时操作困难。压制成形模具的前模块、后模块之间用螺栓固定连接在一起，不能运动，实际生产时将导致压制成形前放料困难，压制成形后桥壳半成品出模困难、容易刮伤外表面。(3)制件性能不易控制。压制成形后得到的桥壳半成品，两端缩径部分若进行去应力退火，则其加工硬化被完全消除，制件的静弯曲刚度以及弯曲疲劳寿命会显著降低；若不进行去应力退火，残余应力过大，对性能亦有影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种能制造出无焊缝、性能高、成形性好、成形压力低的整体式轻中型卡车桥壳的成形方法。为解决上述问题，本发明采用的技术方案是:轻中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法，根据轻中型卡车桥壳的主要参数，即桥包中间截面的高度dm、桥包两侧直臂部分的矩形截面高度dn、桥壳两端部圆管的外径4，确定其整体成形方法的工艺步骤如下:(I)、选用外径d0的无缝钢圆管，d0同时满足d0〈0.6dm, d0>l.5de ；(2)、第一次同步缩径:在三向液压机上夹持管坯中部并对其两侧进行同步缩径，缩径部分外径减至dsl, dsl同时满足dsl > dn, dsl > de ；(3)、管坯两端加工密封口 ；(4)、第一次液压胀形:在三向液压机上利用半滑动式胀形模具对管坯充液并从两侧同步轴向推进使管坯中部胀形，管坯中间截面的外径增至dzl ；(5)、管坯去应力退火；(6)、第二次液压胀形:在三向液压机上利用半滑动式胀形模具对管坯充液并从两侧同步轴向推进使管坯中部胀形，胀形后管坯仍为轴对称状或近于轴对称状，其中间截面的尺寸增至dz2，dz2按桥包中间截面的高度Clni确定；(7)、第二次同步缩径:在三向液压机上夹持胀形管坯的中部并对其两侧进行第二次同步缩径，缩径部分外径减至ds2，ds2根据桥包两侧直臂部分的矩形截面高度dn确定；(8)、第三次同步缩径:在三向液压机上夹持管坯中部并对其两端部进行第三次同步缩径，使其外径减至桥壳两端部的外径4 ;管坯端部缩径后，得到轴对称状或近于轴对称状的预成形管坯；(9)、预成形管坯整体压制成形:在四向液压机上使用压制成型模具左右压头密封预成形管坯端部并向其内部充液，用模具上下模块、前后模块从上下、前后四个方向对预成形管坯进行整体压制成形，得到带有半球形后油盖及附加前盖的桥壳半成品；(10)、切除附加的前盖，得到无焊缝的桥壳产品。所述预成形管坯整体压制成形步骤中:(I)、预成形管坯压制成形属于在液体内压和模具外压共同作用下的大变形整体成形，除管坯两端部外径为de的圆管部分不变形外，中部的圆形或近于圆形截面变成桥包部分带有过渡小圆角的异型截面，两侧外径为ds2的直臂部分的圆截面变成高度为dn的矩形截面；
(2)、压制成形过程在四向专用液压机上进行，液压机左右滑块带动模具左右压头运动，液压机上滑块带动模具上模块运动，液压机下滑块带动模具下模块运动，模具的前后模块由独立的液压千斤顶系统或具有与液压千斤顶系统功能类似的机构带动；(3)、压制成形过程中，管坯的容积不断减小，需向外排液保持稳定的内压。本发明的有益效果是:1、制造的桥壳无焊缝，制件成形性好、壁厚分布合理、强度刚度高。2、管坯液压胀形时，轴向力施加效果好，壁厚减薄量小，不易胀裂。3、利用具有六向动作的成形模具对预成形管坯进行整体压制，成形性好，操作方便。4、与传统的液压胀形工艺相比，本发明采用的工艺制造过程需要的液体压力降低60%以上，成形设备吨位降低50%以上。
图1为本发明实施例轻中型卡车桥壳的主视图；图2为本发明实施例轻中型卡车桥壳的俯视剖面图；图3为本发明实施例初始管坯的剖面图；图4为本发明实施例第一次缩径后管坯的示意图；图5为本发明实施例第一次液压胀形后管坯的示意图；图6为本发明实施例第二次液压胀形后管坯的示意图；图7为本发明实施例第二次缩径后管坯的示意图；图8为本发明实施例第三次缩径后管坯的示意图；图9为本发明实施例压制成形后管坯的主视图；图10为本发明实施例压制成形后管坯的俯视图。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明轻中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法作进一步的详细描述。如图1、图2所示为本发明实施例的轻中型卡车桥壳，主要参数包括:桥包部分中间截面高度dm为350mm、桥包两侧方形截面尺寸为112X 112mm,桥壳两端部圆截面外径de为110mm。本发明实施例的轻中型卡车桥壳整体成形方法的工艺步骤如下:(I)选用外径dQ等于180mm的Q345B无缝钢圆管，如图3所示。(2)管坯两侧第一次同步缩径。在三向液压机上夹持管坯中部并对其两侧同步缩径，缩径部分外径减至dsl = (M46mm，如图4所示。第一次缩径后，管坯的缩径系数等于
0.81。(3)管坯两端加工密封口。(4)管坯中部第一次液压胀形。在三向液压机上利用半滑动式胀形模具对管坯充液并从两侧同步轴向推进使管坯中部胀形，胀形后管坯中间截面的外径增至dzl =小265mm，如图5所示。第一次液压胀形的胀形系数等于1.47。(5)管坯进行去应力退火。
(6)管坯中部第二次液压胀形。在三向液压机上利用半滑动式胀形模具对管坯充液并从两侧同步轴向推进使管坯中部胀形，胀形后管坯中间截面的外径增至dzl =小345mm，如图6所示。第二次液压胀形的胀形系数等于1.30。(7)管坯两侧第二次同步缩径。在三向液压机上夹持胀形管坯的中部并对其两侧进行第二次同步缩径，缩径部分外径减至ds2= (M30mm，如图7所示。第二次缩径的缩径系数等于0.89。(8)管坯两端第三次同步缩径。在三向液压机上夹持管坯中部并对其两端部进行第三次同步缩径，使其外径减至de= $ 110mm，如图8所示。管坯端部缩径后，得到轴对称状的预成形管坯。(9)预成形管坯整体压制成形。在四向液压机上利用具有六向动作的模具对预成形管坯进行整体压制成形，其中液压机左右滑块带动模具左右压头密封管坯两端，并通过左(右)压头向管坯内充液；液压机上滑块带动模具上模块向下运动，液压机下滑块带动模具下模块向上运动；液压千斤顶系统带动模具前模块、后模块分别从前后向中间运动。预成形管坯整体压制成形后，得到带有半球状后油盖及附加前盖的桥壳半成品，如图9、图10所示。预成形管坯压制成形过程中，内部压力不断提高需通过右(左)压头上的泄压装置向外排液。压制成形后，除管坯两端部外径为0110mm的圆管部分不变形外，管坯中部的圆形截面变成桥包部分带有过渡小圆角的异型截面，桥包两侧外径为0 130mm的圆截面变成IlOXllOmm的方截面。上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法，其特征在于:根据轻中型卡车桥壳的主要参数，即桥包中间截面的高度Clm、桥包两侧直臂部分的矩形截面高度dn、桥壳两端部圆管的外径de，确定其整体成形方法的工艺步骤如下: (1)、选用外径d0的无缝钢圆管，d0同时满足d0〈0.6dm, d0>l.5de ； (2)、第一次同步缩径:在三向液压机上夹持管坯中部并对其两侧进行同步缩径，缩径部分外径减至dsl, dsl同时满足dsl > dn, dsl > de ； (3)、管坯两端加工密封口； (4)、第一次液压胀形:在三向液压机上利用半滑动式胀形模具对管坯充液并从两侧同步轴向推进使管坯中部胀形，管坯中间截面的外径增至dzl ； (5)、管还去应力退火； (6)、第二次液压胀形:在三向液压机上利用半滑动式胀形模具对管坯充液并从两侧同步轴向推进使管坯中部胀形，胀形后管坯仍为轴对称状或近于轴对称状，其中间截面的尺寸增至dz2，dz2按桥包中间截面的高度Cl111确定； (7)、第二次同步缩径:在三向液压机上夹持胀形管坯的中部并对其两侧进行第二次同步缩径，缩径部分外径减至ds2，ds2根据桥包两侧直臂部分的矩形截面高度dn确定； (8)、第三次同步缩径:在三向液压机上夹持管坯中部并对其两端部进行第三次同步缩径，使其外径减至桥壳两端部的外径de ;管坯端部缩径后，得到轴对称状或近于轴对称状的预成形管坯； (9)、预成形管坯整体压制成形:在四向液压机上使用压制成型模具左右压头密封预成形管坯端部并向其内部充液，用模具上下模块、前后模块从上下、前后四个方向对预成形管坯进行整体压制成形，得到带有半球形后油盖及附加前盖的桥壳半成品； (10)、切除附加的前盖，得到无焊缝的桥壳产品。
2.根据权利要求1所述的轻中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法，其特征在于:所述预成形管坯整体压制成形步骤中: (1)、预成形管坯压制成形属于在液体内压和模具外压共同作用下的大变形整体成形，除管坯两端部外径为de的圆管部分不变形外，中部的圆形或近于圆形截面变成桥包部分带有过渡小圆角的异型截面，两侧外径为ds2的直臂部分的圆截面变成高度为dn的矩形截面； (2)、压制成形过程在四向专用液压机上进行，液压机左右滑块带动模具左右压头运动，液压机上滑块带动模具上模块运动，液压机下滑块带动模具下模块运动，模具的前后模块由独立的液压千斤顶系统或具有与液压千斤顶系统功能类似的机构带动； (3)、压制成形过程中，管坯的容积不断减小，需向外排液保持稳定的内压。
全文摘要
本发明涉及一种轻中型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法，选用无缝钢圆管，先将两端进行前期缩径中部进行两次液压胀形，再将两端进行后期缩径得到轴对称状或近于轴对称状的预成形管坯；在四向液压机上使用模具左右压头密封预成形管坯端部并向其内部充液，用上下模块、前后模块从上下、前后四个方向对预成形管坯进行整体压制成形，得到带有半球形后油盖及附加前盖的桥壳半成品，切除附加的前盖后得到桥壳产品。本发明制造的桥壳无焊缝，强度刚度高，材料利用率高；采用的工艺与传统的液压胀形工艺相比，制造过程需要的液体压力降低60％以上，成形设备吨位降低50％以上。
文档编号B21D26/033GK103084460SQ201310019329
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月19日 优先权日2013年1月19日
发明者王连东, 梁晨, 马雷, 王建国, 林洪才, 门大海 申请人:张家港合瑞车桥有限公司, 燕山大学