专利名称：重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车制造技术领域，特别是涉及一种重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，几何形状较为复杂，它是主减速器、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。目前，重型卡车桥壳主要采用铸造和冲压焊接方法制造，铸造桥壳强度刚度大，壁厚分布好，但是制件质量大，生产中有污染。冲压焊接桥壳质量轻，制造工艺稳定，但是材料利用率低，制件焊缝长，焊缝处疲劳寿命低，焊缝处易漏油。附图1、图2为某重型卡车后驱动桥冲压焊接桥壳的结构图，由上下两个桥壳片体、左右四个三角垫板、后油盖、加强圈等八个冲压件焊接而成，其后油盖呈柱身球冠状，圆柱段内侧的孔用于安装主减速器的辅助支承轴承，加工精度要求高。该桥壳属于大尺寸复杂管类件:中间为异型截面的桥包、最大截面高度为dm，两侧为IllX Id1矩形截面的直臂，两端部为直径尤的圆管。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，桥包部分整形后加焊三角块，调质处理后加焊后油盖、加强圈后得到桥壳。开口扩胀方法制造的桥壳，材料利用率有所提闻，但制造工序较多，能耗闻，制造成本偏闻，而且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重型卡车桥壳，中间异型截面的桥包部分难以成形，液压胀形时壁厚减薄量大容易胀裂，而且需要超高内压、需要超大吨位液压机。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。针对重型卡车桥壳，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进行大变形而另一侧不变形，实际成形时会导致大变形部分因轴向补料差而容易胀裂、不需变形的部分容易失稳起皱；此外，第二次内高压整形时仅对桥包部分局部整形，后油盖的内孔达不到安装轴承的精度要求。在公开的文献中，在第一道工序内高压成形时，亦可压成不带半球形后盖的桥壳，此时管坯中间部分近于均匀胀形，内高压整形后中间胀形部分前后方向被压成平面，桥包部分切割前后两个圆孔后再焊接后油盖，增加了制造工序。在公开的文献中，内高压成形后的管坯两侧部 分仍为圆管，缩径后两端部为圆形、内侧为矩形，而且矩形的高度与宽度均小于端部圆形的外径，缩径工艺难度大。
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轴对称或近于轴对称状的预成形管坯，再经过压制成形得到带有球冠状后油盖及前盖的桥壳半成品，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重型卡车桥壳，理论上可解决直接液压胀形时面临的液压胀形时成形难、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)胀压成形重型桥壳，选用的初始管坯直径大、管壁厚，采用普通推压缩径，管坯缩径时壁厚增加多，引起质量增量大。(2)针对重型卡车桥壳，预成形管坯两端部内侧圆管的直径大于压制成形后矩形截面的尺寸，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，将导致压制前无法放料，不能压制。(3)压制成形后桥壳管件，后油盖内侧尺寸达不到安装轴承的要求，而且球冠状的前盖切除后不便于作为坯料进行后续加工，导致材料利用率低。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法。采用该方法成型的重型卡车桥壳无焊缝，具有强度刚度高、形状精度高、壁厚分布合理和材料利用率高等优点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:所述重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法，根据重型卡车桥壳的主要参数，即桥包中间截面的高度dm、桥包两侧矩形直臂部分的截面高度hi及宽度b1、桥壳两端部圆管的外径4，以及后油盖的圆柱孔内径dz，确定其整体成形的工艺方法，具体步骤如下:
(I)选用无缝钢圆管，其外径Cltl同时满足d/0.54。其中:(!(!一无缝钢圆管外
径；dm—桥包中间截面的高度成一桥壳两端部圆管的外径。(2)在三向液压机上进行双侧反向芯轴推压缩径。缩径前，芯轴驱动系统将左(右)芯轴推入管坯内部；缩径时，液压机左(右)滑块带动左(右)缩径凹模由管坯外端向内侧工进、缩径，芯轴驱动系统带动左(右)芯轴由内侧向外端反向运动，运动速度大于管坯的伸长速度。缩径后，管坯外径减至4，壁厚增加率小于缩径率的30%。4根据桥壳桥包两侧矩形直臂部分的截面周长确定。其中:ds—缩径部分的外径。(3)管坯两端加工密封口。(4)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，得到轴线两侧一边大一边小的单鼓形管坯，中间截面的最大半径凡=(0.46 0.52) Clni，中间截面的最小半径R2 = (0.36 0.42)七。(5)对液压胀形管坯进行退火。 ( 6 )两端部缩径。在三向液压机上对缩径后管坯两端部进行第二次缩径，使其外径减至桥壳两端部的外径de。端部缩径后的管坯称为预成形管坯。(7)压制成形。在四向液压机上利用压制成形模具对预成形管坯两端部密封，向其内部充液后再利用模具从上下、前后四个方向进行整体压制成形得到桥壳管件。管坯两端部外径为de的圆管部分不变形，内侧外径为ds的圆管变成Ii1Xb1矩形管，中间部分轴线两侧一边大一边小的单鼓形，一侧变成柱身球冠状的后油盖、另一侧变成平面。
(8)在桥包前面切除圆孔。(9)利用冲压模具校形后油盖，得到轴承安装圆柱孔。本发明的有益效果是:该发明制造的桥壳无焊缝，壁厚分布合理，强度刚度高。桥壳形状精度高，后油盖内侧直接达到安装轴承孔的要求。本发明缩径时管坯壁厚增加值少，压制成形后需切割的附加前盖为圆板，便于作为坯料深加工，减低了制造成本。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是某重型卡车冲压焊接桥壳的主视 图2是某重型卡车冲压焊接桥壳的俯视剖面 图3是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例初始管坯的剖面 图4是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例双侧反向芯轴推压缩径后管坯的不意 图5是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例液压胀形后管坯的示意 图6是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例管坯端部缩径后管坯的示意图；图7是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例压制成形后桥壳管件的主视图；图8是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例压制成形后桥壳管件的俯视剖面 图9是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例压制成形后桥壳管件主视图的中间剖面 图10是重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法的实施例最终桥壳的俯视剖面图。
具体实施例方式如图1、图2所示为某重型卡车后驱动桥(未带轮边减速器)冲压焊接桥壳，主要参数包括:桥包部分中间截面高度dm为540mm，桥包两侧矩形直臂部分高度为164mm、宽度为152 mm,桥壳两端部外径(Ie为Φ 170mm,后油盖的圆柱孔内径dz为Φ 241mm。本发明实施例的重型卡车桥壳整体成形方法的工艺步骤如下:
(I)选用外径为273mm、壁厚为16mm的Q345B无缝钢管，如图3所示。( 2 )管坯双侧反向芯轴推压缩径。在三向液压机上进行缩径，用模具的上下模块夹持管坯中部，先将左(右)芯轴置入管坯内部，然后左(右)缩径凹模以25mm/s速度工进、缩径，同时左(右)芯轴在管坯中由内侧向外端反向运动，芯轴的反向运动速度为v2=3mm/S。经三个工步缩径，管还部分外径减至 Φ 184mm,壁厚增加至17.5mm,如图4所示。( 3 )管坯两端加工密封口。(4)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，得到部分轴线两侧大小不同的单鼓形管坯，中间截面的最大半径凡=270mm，最小 半径民=220.!，如图5所示。针对未带轮边减速器的驱动桥桥壳，液压胀形过程由两次液压胀形完成，第一次胀形后管还为阶梯状圆管，中部直径为Φ405πιπι,胀形系数为1.48。
(5)对液压胀形管坯进行退火。(6)在三向液压机上，对胀形后管坯两端部缩径，外径减至ds2=(t 170mm，如图6所示。
(7)压制成形。在四向液压机上，利用压制成形模具对预成形管坯两端部密封，向其内部充液后再从上下、前后四个方向进行整体压制成形得到桥壳管件。预成形管坯两端部外径保持Φ 170mm不变，两侧外径为Φ 184mm的圆管变成164X 152的矩形管，中间部分轴线两侧一边大一边小的单鼓形，一侧变成柱身球冠状的后油盖、另一侧变成平面，如图7、图8、图9所示。预成形管坯的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)压头运动密封管坯端部并通过左右压头向管坯内注液；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，模具的前后模块分别安装在下模块上，并可在下模块上前后滑动，其驱动力来自与液压机上模块安装在一起的上导板，上导板与前后模块的结合面上设置角度相同的斜面，通过斜面将上滑块的向下压力转化为水平压力。(8)在桥包前面切除圆孔。(9)利用冲压模具校形后油盖，得到轴承安装圆柱孔，如图10所示。
权利要求
1.重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法，其特征是:所述整体成形方法的工艺步骤如下: 步骤(I): 选用无缝钢圆管，其外径dQ同时满足dQ〈0.6dm、d0>l.5de ； 其中: Cltl一无缝钢圆管外径； dm—桥包中间截面的高度； 4一桥壳两端部圆管的外径； 步骤(2): 在三向液压机上进行双侧反向芯轴推压缩径，缩径前，芯轴驱动系统将左右芯轴推入管坯内部；缩径时，液压机左右滑块带动左右缩径凹模由管坯外端向内侧工进、缩径，芯轴驱动系统带动左右芯轴由内侧向外端反向运动，运动速度大于管坯的伸长速度；缩径后管坯外径减至ds，壁厚增加率小于缩径率的30% ;ds根据桥壳桥包两侧矩形直臂部分的截面周长确定； 其中: ds—缩径部分的外径；步骤(3): 管坯两端加工密封口； 步骤(4): 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，得到轴线两侧一边大一边小的单鼓形管坯，R1 = (0.46^0.52)dffl, R2 =(0.36 0.42) Cl111 ; 其中: 札一中间截面的最大半径； 民一中间截面的最小半径； 步骤(5): 对液压胀形管坯进行退火； 步骤(6): 两端部缩径，在三向液压机上对液压胀形管坯两端部进行缩径，使其外径减至桥壳两端部的外径de，缩径后的管坯称为预成形管坯； 步骤(7): 压制成形，在四向液压机上利用压制成形模具对预成形管坯两端部密封，向其内部充液后再利用模具从上下、前后四个方向进行整体压制成形得到桥壳管件，内侧外径为ds的圆管变成Ii1Xb1矩形管，桥包部分后侧为柱身球冠状的后油盖、前侧为平面； 其中: 4一桥包两侧矩形直臂部分的截面高度； 匕一桥包两侧矩形直臂部分的截面宽度； 步骤(8): 在桥包前面切割圆孔；步 骤(9)利用冲压模具校形后油盖，达到安装轴承的要求。
全文摘要
本发明公开一种重型卡车无焊缝桥壳的整体成形方法。所述方法首先对两侧进行反向芯轴缩径，然后对其中部液压胀形得到轴线两侧一边大一边小的胀形管坯，再对其两端部进行缩径得到预成形管坯；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桥壳管件，桥包部分后侧带有半球形的后油盖，前侧为平面；在桥包前面切割圆孔，利用冲压模具校形后油盖，得到桥壳制件。本发明制造的重型卡车桥壳无焊缝，强度刚度高，形状精度高，壁厚分布好，制造成本低。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B21D35/00GK103252404SQ20131019133
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月22日 优先权日2013年5月22日
发明者王连东, 梁晨, 马雷, 王建国, 杨东峰 申请人:燕山大学