驱动桥壳轴头的成形方法及成形设备与流程

本发明属于金属型材无切削加工成型的技术领域，更具体地说，涉及整体式驱动桥壳轴头的成形方法及成形设备，即，涉及将无缝钢管在变温度场条件下，经过镦粗、挤压、内部整形等工序，完成汽车整体驱动桥壳两端轴头的加工方法以及加工所用的成形设备。

背景技术：

驱动车桥是汽车上比肩发动机和驾驶室的三大总成之一，承受着汽车的满载弹簧荷重以及地面经车轮、车架或承载式车身经悬架给予的铅锤力、纵向力、横向力及其力矩以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大扭矩，而驱动桥壳承受着反作用力矩。

驱动桥壳是驱动桥传动系统的安装支撑体，为传动系统的正常运转提供保证。驱动桥壳在承受载荷下的刚度直接影响传动效果和传动零件的服役寿命。驱动桥壳在驱动桥结构中，质量最大、形状最复杂，是驱动桥总成的关键零件。驱动桥壳的两端的形状特点为：从外到内，外形为分段变直径阶梯轴，多数驱动桥壳单侧阶梯轴为两段，阶梯轴部分即被称作桥壳的轴头。另外，轴头内腔贯通平直，不允许出现波浪状折叠等缺陷。

保证桥壳两端的轴头内腔贯通平直，是驱动桥壳制造过程的难点，当前主要的驱动桥壳制造工艺主要有以下几种：

1.铸造式桥壳：采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢，整体铸造出中央开口桥壳体和两侧变截面的空心管坯，机加工后再将较长的半轴套管压入其两端，并用螺栓或销轴来固定。

2.钢板冲焊桥壳：采用低碳合金钢厚板作为原料，经过落料、弯曲工序，分别冲压成上下两个半桥壳体后，将二者上下对接焊接成桥壳本体，最后在焊接好的桥壳本体两端再对焊半轴套管，形成完整桥壳体。

3.钢管扩张焊接轴头式桥壳：在方截面钢管中央开槽，利用各种扩张方法成形琵琶孔后，方管两端经挤压截面变为圆形，再与轴头焊接，形成完整桥壳。

以上三种驱动桥壳的制造方法中，铸造桥壳通过铸造方式，直接成形好内腔贯通平直的轴头且与桥壳本体相连。铸造桥壳刚性强，减震性能好，但是抵抗冲击载荷的性能以及强度较差。铸造工艺对材料和热处理的要求较高，后续机加工量大，生产效率低，能耗大且污染环境，产品质量大，不易实现轻量化和绿色制造；钢板冲焊桥壳和钢管扩张焊接轴头桥壳，确切的讲，都是通过焊接工序将各部分焊接组合到一起成为整体桥壳。桥壳两端焊接的半轴套管，是通过锻造工艺生产的轴头，利用热挤压工艺实现轴头外形并保证内腔平直贯通。但是焊缝的存在极大降低了焊接桥壳的强度和刚度，导致桥壳抗疲劳性能降低。另外，焊缝处容易开裂，是构成漏油的主要原因。

目前，汽车驱动桥壳正在朝整体式产品发展，要求桥壳两端轴头与桥壳本体之间无焊缝，即决定在下料后首先要成形两端轴头。然而，轴头外形的变截面阶梯轴形状以及内腔贯通平直的特点，往往使轴头的形状和尺寸精度难以保证。尤其是轴头内腔，现有的解决办法往往使内腔出现少许波浪起伏面，并不是完全的贯通平直，后续仍然需要机加工来消除缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种驱动桥壳轴头的成形方法及成形设备，其能够克服上述现有技术的某种或某些问题。

本发明的第一方面提供了一种驱动桥壳轴头的成形方法，用于成形驱动桥壳轴头，包括以下步骤：

加热金属管坯的两端，然后对管坯的两端进行镦粗，使得管坯的两端的管壁局部增厚；以及

在镦粗后的管坯冷却之后，对管坯的两端进行一次缩径，该一次缩径包括：

加热管坯的两端形成预定温度场之后，将具有预定形状的第一型芯驱动到管坯的两端内的预定位置；

推动一次缩径模具使其挤压管坯的两端，从而使管坯的两端缩径变形至预定形状轮廓；

将第一型芯从管坯的两端抽出，该第一型芯能够对管坯的两端进行内腔整形；以及

退回一次缩径模具。

根据本发明的一个方面，提供了一种生产工艺简单、容易操作且产品形状尺寸精度较好的整体驱动桥壳两端轴头成形方法，根据该方法，在保证轴头与桥壳体为一体的前提下，使轴头内腔贯通平直且提高了轴头外形的贴模性，梳理了轴头内腔金属流线，极大提高了桥壳的形状和尺寸精度，有助于其机械性能的提升。

根据本发明的一个实施例，将经过一次缩径之后的管坯进行二次缩径，该二次缩径包括：

待一次缩径后的管坯冷却之后，加热管坯的两端形成预定温度场之后，将具有预定形状的第二型芯驱动到管坯的两端内的预定位置；

推动二次缩径模具使其挤压管坯的两端，从而使管坯的两端缩径变形至预定形状轮廓；

将第二型芯从管坯的两端抽出，该第二型芯能够对管坯的两端进行内腔整形；以及

退回二次缩径模具。

根据该实施例，能够由第二型芯进一步梳理轴头内腔的金属流线，并且极大提高了桥壳的形状和尺寸精度。

在本发明的具体实施例中，金属管例如为无缝钢管，并且一次缩径所需要的温度场例如为1000℃至1200℃。金属管例如为无缝钢管，并且二次缩径所需要的温度场例如为900℃至1150℃。根据这些温度设置，能够使得成形操作顺利地进行并且提高操作效率。

根据本发明的一个具体实施例，一次缩径模具由压力机的侧滑块推动，在一次缩径完成之后，侧滑块向两侧移动以退回一次缩径模具。二次缩径模具由压力机的侧滑块推动，在二次缩径完成之后，侧滑动向两侧移动以退回二次缩径模具。利用具有这种构造的缩径模具进行成形，能够在保证驱动桥壳的尺寸和精度的情况下使得操作简单可靠。

根据本发明的另一个方面，提供了一种驱动桥壳轴头的成形设备，用于成形车辆中的驱动桥壳轴头，其中，该驱动桥壳轴头的成形设备包括：

模具箱，模具箱位于用于成形为驱动桥壳轴头的金属管坯的两端；

镦粗模具，放置在模具箱内，镦粗模具用于镦粗加热后的管坯的两端，使得管坯的两端的管壁局部增厚；

一次缩径模具，在模具箱内与镦粗模具并排地放置，用于对管坯的两端进行一次缩径；

压力机的侧滑块，用于支撑模具箱，在侧滑块上设置有水平和竖直台面，模具箱能够沿着侧滑块的水平和竖直台面滑动，从而使得在不同的工序中所使用的模具的中心线能够与管坯的轴线对准；以及

位于模具箱内的液压缸，液压缸设置在一次缩径模具的外侧，并且具有第一型芯，在对管坯的两端进行缩径时，能够将第一型芯驱动到管坯内的预定位置，

其中，侧滑块能够推动一次缩径模具使其挤压管坯的两端，从而使管坯的两端缩径变形至预定形状轮廓，在一次缩径变形之后液压缸能够将第一型芯从管坯的两端抽出，该第一型芯能够对管坯的两端进行内腔整形。

根据本发明的该第二方面，用于重型汽车整体式驱动桥壳两端轴头的成形，该成形设备结构简单、性能可靠，集成化高，生产工序少，生产效率高。能够较好的保证轴头外形及内腔的形状尺寸精度，有效避免桥壳轴头的成形缺陷，有助于提高产品质量并降低制造成本。

优选地，第一型芯的伸到管坯内的端部的外径大于第一型芯的其它部分的外径。

根据本发明的一个实施例，模具箱内还包括用于对管坯的两端进行二次缩径的二次缩径模具，该二次缩径模具与镦粗模具和一次缩径模具并排地放置。在该二次缩径模具的外侧放置有另一液压缸，该另一液压缸具有第二型芯，在对管坯的两端进行二次缩径时，能够将第二型芯驱动到管坯内的预定位置。根据该实施例，进一步梳理了起伏面的金属流线，而且增大了轴头外壁与缩径模具的贴合性。

优选地，第二型芯的伸到管坯内的端部的外径大于第二型芯的其它部分的外径。

根据本发明的一个实施例，侧滑块能够推动二次缩径模具使其挤压经受过一次缩径的管坯的两端，从而使管坯的两端缩径变形至预定形状轮廓，在二次缩径变形之后另一液压缸能够将第二型芯从管坯的两端抽出，该第二型芯能够对管坯的两端进行内腔整形。根据该实施例，能够使得二次缩径操作简单可靠地进行。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：①生产工艺简单，操作易行，消除了轴头焊接工序，有利于减轻桥壳质量并提高使用性能；②桥壳两端轴头外形和内腔的形状尺寸精度高，杆状型芯缓慢抽出的过程，能够抚平缩径过程出现的波浪起伏面，使内腔贯通平直。这一整形操作不仅梳理了起伏面的金属流线，而且增大了轴头外壁与缩径模具的贴合性，进一步提高了外形尺寸精度；③设计的装备结构紧凑，集成化程度高，维修方便，占地面积小，容易操作，可靠性强，有利于提高生产效率、降低制造成本。

除非明显抵触，否则本发明的不同实施例所涉及的特征可以被相互组合。

附图说明

图1为汽车整体驱动桥壳的结构示意图。

图2为无缝钢管成形了两端的轴头后的结构示意图。

图3为根据本发明的成形整体驱动桥壳的两端轴头的成形设备的正视图。

图4为进行一次缩径工序过程时成形设备的俯视剖面图。

图5为进行第二次缩径工序过程时成形设备的俯视剖面图。

在附图中：

1-压力机的侧滑块，2-小油缸基座，3-模具箱，4-侧滑块运动的导轨，5-第一油缸，6-第一型芯，7-镦粗模具，8-一次缩径模具，9-二次缩径模具，10-第二型芯，11-第二油缸。

具体实施方式

下面结合附图详细地描述本发明的整体式驱动桥壳轴头的成形方法及成形设备。

但是本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其做出任何限制。

图1示出了汽车整体驱动桥壳的结构示意图，图2为成形汽车整体驱动桥壳的无缝钢管在成形了两端的轴头后的结构示意图。由图1可以看出，驱动桥壳B的两端形成为阶梯轴。

图3为根据本发明的成形整体驱动桥壳的两端轴头的成形设备的正视图。如图3所示，本发明的用于成形汽车整体桥壳的轴头的成形设备包括：模具箱3，模具箱3位于用于成形为驱动桥壳轴头的金属管的两端；压力机的侧滑块1，与模具箱3固连，用于支撑模具箱3并且能够使模具箱3内的模具前进和后退；位于模具箱3外侧的液压缸基座2，用于固定液压缸；使侧滑块1运动的导轨4，用于保证侧滑块1的运动精度；以及夹紧块12，其设置在成形设备的中间处，并且用于夹紧管坯。

图4和图5以剖视图示出了图3中的成形设备的俯视剖面图，其中，图4为进行第一次缩径工序过程时成形设备的俯视剖面图，而图5为进行第二次缩径工序过程时成形设备的俯视剖面图。

如图4所示，模具箱3内包括并排地安装的镦粗模具(未示出)、一次缩径模具8和二次缩径模具9，这三个模具的中心线处于同一水平线。镦粗模具用于镦粗加热后的管坯的两端，使得管坯的两端的管壁局部增厚。一次缩径模具8用于对管坯的两端进行一次缩径成形。模具箱内还包括用于对管坯的两端进行二次缩径的二次缩径模具9，二次缩径模具9用于管坯的两端进行二次缩径成形。

侧滑块1包括用于约束模具箱3的水平和竖直台面，这些台面构成滑台13，模具箱3能够在侧滑块1的滑台13上移动，以使不同工序中所用的模具的中心线与管坯的轴线共线(对准)，之后将模具箱3锁住限位。两个侧滑块1分别与液压机的传动系统(未示出)固连。

在模具箱3内，用于控制杆状的第一型芯6的第一液压缸(小油缸)5安装在一次缩径模具8的外侧，用于控制杆状的第二型芯10的第二液压缸(小油缸)11安装在二次缩径模具9的外侧。在对管坯的两端进行缩径时，第一液压缸5和第二液压缸11分别用于将第一型芯6和第二型芯10驱动到管坯内。

第一型芯6和第二型芯10的形状可以是除了杆状之外的形状，只要其伸到金属管内的端部的直径大于其它部分的直径即可。

在缩径工序中，侧滑块1能够推动一次缩径模具8挤压管坯的两端，从而对管坯的两端进行一次缩径，侧滑块1还能够推动二次缩径模具9挤压管坯的两端，从而对管坯的两端进行二次缩径。

在缩径工序中，侧滑块1的油缸(未示出)的轴线和两个内嵌于模具箱3的第一液压缸5和第二液压缸11的中心轴线都与待加工的管坯的轴线共线。

本发明设计的成形装备，用于重型汽车整体式驱动桥壳两端轴头的成形，设备结构简单、性能可靠，集成化高，生产工序少，生产效率高。能够较好的保证轴头外形及内腔的形状尺寸精度，有效避免桥壳轴头的成形缺陷，有助于提高产品质量并降低制造成本。

以下说明利用本发明的驱动桥壳轴头的成形设备成形驱动桥壳轴头的成形方法，该成形方法包括下列工序：

①下料：选取合适直径和厚度尺寸的圆截面无缝钢管，下成需要长度的管坯。保证管径和壁厚与桥壳矩形截面处尺寸相当，即无缝钢管圆截面与桥壳方截面面积相等；

②镦粗：首先利用中频无氧加热炉加热钢管两端，使其具备镦粗需要的温度场分布，例如温度在800℃至1000℃之间。然后使用双向液压机进行两端镦粗，达成管坯两端局部壁厚增厚，之后将镦粗模具拔出；

③一次缩径：待镦粗后的管坯冷却后，使用中频加热炉再次加热管坯两端，使其具备缩颈变形需要的温度场，例如温度在1000℃至1200℃之间。加热后，管坯两侧模具箱内的第一液压缸5分别驱动第一型芯6从管坯两端进入，深入到管坯内预定位置停止。其次，双向液压机侧滑块1推动一次缩径模具8挤压管坯的两端，行进到预定位置停止，然后模具箱3内的第一液压缸5缓慢将第一型芯6抽出。最后侧滑块1向两侧移动，拔出一次缩径模具8；

④二次缩径：待一次缩径后的管坯冷却后，使用中频加热炉对管坯经过一次缩径后的部位进行加热，使其具备进行二次缩径所需要的温度场分布，例如温度在900℃至1150℃之间。加热后，管坯两侧模具箱3内的第二液压缸11驱动第二型芯10从管坯两端进入，深入到管坯内预定位置停止。然后两侧滑块1推动二次缩径模具9前进，挤压管坯两端，行进到预定位置停止后，模具箱3内的两个第二液压缸11将第二型芯10缓慢地抽出。最后侧滑块1回程，拔出二次缩径模具9，完成整体桥壳端部轴头的成形。

本发明工艺简单，操作方便，型芯被抽出的过程会抚平由于缩径产生的金属堆积，消除内腔的波浪起伏面，不但使轴头内腔平直贯通，而且使轴头外壁与凹模贴紧，极大提高了产品的形状尺寸精度以及机械性能。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。