專利名稱：輕中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車制造領(lǐng)域，尤其涉及輕中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法。
背景技術(shù)：
汽車驅(qū)動橋橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，是主減速器、差速器、半軸的裝配基體，主要功用是支承汽車重量，承受由車輪傳來的路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車架或車身。其性能直接影響運輸車輛的安全性和可靠性，應(yīng)具有足夠的強度和剛度，并且要求盡量減小質(zhì)量以提高汽車行駛的平順性。輕中型卡車橋殼屬于形狀復(fù)雜的管類件，兩端小中間大，端部為圓截面，端部內(nèi)側(cè)為矩形截面；中間橋包部分為異型截面，截面上存在過度小圓角。目前，輕中型卡車橋殼主要采用沖壓焊接方法制造，焊接工序多，焊縫長，疲勞壽命不夠高，材料利用率低于80 %。有廠家利用管坯開口擴脹方法制造橋殼，即將無縫鋼管兩端縮徑，在其中部沿軸向中心線切制長條形通孔，加熱后將長條形通孔擠擴脹形至所需尺寸的圓孔，最后對橋包部分整形后加焊三角塊及后油蓋。開口擴脹方法制造的橋殼，材料利用率有所提高，但制造工序較多，橋包部分仍存在焊縫。有文獻提出用液壓脹形方法制造橋殼，即將無縫鋼圓管兩端縮徑后中部進行液壓脹形直接得到帶有附加前蓋的橋殼半成品。用液壓脹形方法制造橋殼，理論上可得到壁厚分布合理且無焊縫的產(chǎn)品，但實際生產(chǎn)中橋包部分橫截面上的過渡小圓角區(qū)成形時壁厚減薄量大容易脹裂，而且需要超高內(nèi)壓。有文獻公開了 一種汽車橋殼內(nèi)高壓、縮徑成形方法。選用一定規(guī)格尺寸的無縫鋼管，首先對中部進行內(nèi)高壓成形，然后對兩端進行縮徑，最后對中間橋包部分進行局部內(nèi)高壓整形，經(jīng)機加工后得到橋殼產(chǎn)品。從理念上講，用該方法制造汽車橋殼，工序少、生產(chǎn)效率高，制件強度剛度好。在公開的文獻中，在第一道工序內(nèi)高壓成形時可以成形帶有半球形后蓋的橋殼，此時管坯中間部分軸線一側(cè)需進行大變形而另一側(cè)不需變形，實際成形時會導(dǎo)致大變形部分因軸向補料差而容易脹裂，同時不需變形的部分容易失穩(wěn)起皺。在公開的文獻中，在第一道工序內(nèi)高壓成形時，亦可成形不帶半球形后蓋的橋殼，此時管坯中間部分近于均勻脹形，但橋包部分內(nèi)高壓整形時，已經(jīng)脹形的中間部分前后方向被壓成平面，容易產(chǎn)生內(nèi)凹不利于成形；橋包部分整形后，除在橋包前面加工用以安裝主減速器的圓孔外，需在后面加工圓孔，然后再焊接半球形的后油蓋，增加了制造工序，降低了材料利用率。有文獻提出用鋼管脹壓成形方法制造汽車橋殼，即將無縫鋼圓管兩端縮徑后中部進行液壓脹形得到預(yù)成形管坯，再經(jīng)過壓制成形得到帶有后油蓋及附加前蓋的橋殼半成品，最后根據(jù)工藝要求切割附加的前蓋，得到汽車橋殼。用鋼管脹壓成形方法制造汽車橋殼，理論上可解決直接液壓脹形時面臨的橋包部分過渡小圓角區(qū)成形難、需要超高內(nèi)壓的瓶頸問題。在公開的文獻中，尚存在以下不足:(I)管坯液壓脹形時軸向力作用效果不好，壁厚減薄量大。管坯中部液壓脹形前兩側(cè)部分已經(jīng)縮徑到要求的尺寸，端部與中部的尺寸差值大，液壓脹形時軸向推力作用效果不好，導(dǎo)致脹形部分壁厚減薄量較大。對于輕中型卡車，縮徑后管坯端部為圓形內(nèi)側(cè)為矩形，液壓脹形時軸向力的施加效果更差。(2)液壓脹形管坯進行壓制成形時操作困難。壓制成形模具的前模塊、后模塊之間用螺栓固定連接在一起，不能運動，實際生產(chǎn)時將導(dǎo)致壓制成形前放料困難，壓制成形后橋殼半成品出模困難、容易刮傷外表面。(3)制件性能不易控制。壓制成形后得到的橋殼半成品，兩端縮徑部分若進行去應(yīng)力退火，則其加工硬化被完全消除，制件的靜彎曲剛度以及彎曲疲勞壽命會顯著降低；若不進行去應(yīng)力退火，殘余應(yīng)力過大，對性能亦有影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種能制造出無焊縫、性能高、成形性好、成形壓力低的整體式輕中型卡車橋殼的成形方法。為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:輕中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法，根據(jù)輕中型卡車橋殼的主要參數(shù)，即橋包中間截面的高度dm、橋包兩側(cè)直臂部分的矩形截面高度dn、橋殼兩端部圓管的外徑4，確定其整體成形方法的工藝步驟如下:(I)、選用外徑d0的無縫鋼圓管，d0同時滿足d0〈0.6dm, d0>l.5de ；(2)、第一次同步縮徑:在三向液壓機上夾持管坯中部并對其兩側(cè)進行同步縮徑，縮徑部分外徑減至dsl, dsl同時滿足dsl > dn, dsl > de ；(3)、管坯兩端加工密封口 ；(4)、第一次液壓脹形:在三向液壓機上利用半滑動式脹形模具對管坯充液并從兩側(cè)同步軸向推進使管坯中部脹形，管坯中間截面的外徑增至dzl ；(5)、管坯去應(yīng)力退火；(6)、第二次液壓脹形:在三向液壓機上利用半滑動式脹形模具對管坯充液并從兩側(cè)同步軸向推進使管坯中部脹形，脹形后管坯仍為軸對稱狀或近于軸對稱狀，其中間截面的尺寸增至dz2，dz2按橋包中間截面的高度Clni確定；(7)、第二次同步縮徑:在三向液壓機上夾持脹形管坯的中部并對其兩側(cè)進行第二次同步縮徑，縮徑部分外徑減至ds2，ds2根據(jù)橋包兩側(cè)直臂部分的矩形截面高度dn確定；(8)、第三次同步縮徑:在三向液壓機上夾持管坯中部并對其兩端部進行第三次同步縮徑，使其外徑減至橋殼兩端部的外徑4 ;管坯端部縮徑后，得到軸對稱狀或近于軸對稱狀的預(yù)成形管坯；(9)、預(yù)成形管坯整體壓制成形:在四向液壓機上使用壓制成型模具左右壓頭密封預(yù)成形管坯端部并向其內(nèi)部充液，用模具上下模塊、前后模塊從上下、前后四個方向?qū)︻A(yù)成形管坯進行整體壓制成形，得到帶有半球形后油蓋及附加前蓋的橋殼半成品；(10)、切除附加的前蓋，得到無焊縫的橋殼產(chǎn)品。所述預(yù)成形管坯整體壓制成形步驟中:(I)、預(yù)成形管坯壓制成形屬于在液體內(nèi)壓和模具外壓共同作用下的大變形整體成形，除管坯兩端部外徑為de的圓管部分不變形外，中部的圓形或近于圓形截面變成橋包部分帶有過渡小圓角的異型截面，兩側(cè)外徑為ds2的直臂部分的圓截面變成高度為dn的矩形截面；
(2)、壓制成形過程在四向?qū)Ｓ靡簤簷C上進行，液壓機左右滑塊帶動模具左右壓頭運動，液壓機上滑塊帶動模具上模塊運動，液壓機下滑塊帶動模具下模塊運動，模具的前后模塊由獨立的液壓千斤頂系統(tǒng)或具有與液壓千斤頂系統(tǒng)功能類似的機構(gòu)帶動；(3)、壓制成形過程中，管坯的容積不斷減小，需向外排液保持穩(wěn)定的內(nèi)壓。本發(fā)明的有益效果是:1、制造的橋殼無焊縫，制件成形性好、壁厚分布合理、強度剛度高。2、管坯液壓脹形時，軸向力施加效果好，壁厚減薄量小，不易脹裂。3、利用具有六向動作的成形模具對預(yù)成形管坯進行整體壓制，成形性好，操作方便。4、與傳統(tǒng)的液壓脹形工藝相比，本發(fā)明采用的工藝制造過程需要的液體壓力降低60%以上，成形設(shè)備噸位降低50%以上。


圖1為本發(fā)明實施例輕中型卡車橋殼的主視圖；圖2為本發(fā)明實施例輕中型卡車橋殼的俯視剖面圖；圖3為本發(fā)明實施例初始管坯的剖面圖；圖4為本發(fā)明實施例第一次縮徑后管坯的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例第一次液壓脹形后管坯的示意圖；圖6為本發(fā)明實施例第二次液壓脹形后管坯的示意圖；圖7為本發(fā)明實施例第二次縮徑后管坯的示意圖；圖8為本發(fā)明實施例第三次縮徑后管坯的示意圖；圖9為本發(fā)明實施例壓制成形后管坯的主視圖；圖10為本發(fā)明實施例壓制成形后管坯的俯視圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明輕中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法作進一步的詳細描述。如圖1、圖2所示為本發(fā)明實施例的輕中型卡車橋殼，主要參數(shù)包括:橋包部分中間截面高度dm為350mm、橋包兩側(cè)方形截面尺寸為112X 112mm,橋殼兩端部圓截面外徑de為110mm。本發(fā)明實施例的輕中型卡車橋殼整體成形方法的工藝步驟如下:(I)選用外徑dQ等于180mm的Q345B無縫鋼圓管，如圖3所示。(2)管坯兩側(cè)第一次同步縮徑。在三向液壓機上夾持管坯中部并對其兩側(cè)同步縮徑，縮徑部分外徑減至dsl = (M46mm，如圖4所示。第一次縮徑后，管坯的縮徑系數(shù)等于
0.81。(3)管坯兩端加工密封口。(4)管坯中部第一次液壓脹形。在三向液壓機上利用半滑動式脹形模具對管坯充液并從兩側(cè)同步軸向推進使管坯中部脹形，脹形后管坯中間截面的外徑增至dzl =小265mm，如圖5所示。第一次液壓脹形的脹形系數(shù)等于1.47。(5)管坯進行去應(yīng)力退火。
(6)管坯中部第二次液壓脹形。在三向液壓機上利用半滑動式脹形模具對管坯充液并從兩側(cè)同步軸向推進使管坯中部脹形，脹形后管坯中間截面的外徑增至dzl =小345mm，如圖6所示。第二次液壓脹形的脹形系數(shù)等于1.30。(7)管坯兩側(cè)第二次同步縮徑。在三向液壓機上夾持脹形管坯的中部并對其兩側(cè)進行第二次同步縮徑，縮徑部分外徑減至ds2= (M30mm，如圖7所示。第二次縮徑的縮徑系數(shù)等于0.89。(8)管坯兩端第三次同步縮徑。在三向液壓機上夾持管坯中部并對其兩端部進行第三次同步縮徑，使其外徑減至de= $ 110mm，如圖8所示。管坯端部縮徑后，得到軸對稱狀的預(yù)成形管坯。(9)預(yù)成形管坯整體壓制成形。在四向液壓機上利用具有六向動作的模具對預(yù)成形管坯進行整體壓制成形，其中液壓機左右滑塊帶動模具左右壓頭密封管坯兩端，并通過左(右)壓頭向管坯內(nèi)充液；液壓機上滑塊帶動模具上模塊向下運動，液壓機下滑塊帶動模具下模塊向上運動；液壓千斤頂系統(tǒng)帶動模具前模塊、后模塊分別從前后向中間運動。預(yù)成形管坯整體壓制成形后，得到帶有半球狀后油蓋及附加前蓋的橋殼半成品，如圖9、圖10所示。預(yù)成形管坯壓制成形過程中，內(nèi)部壓力不斷提高需通過右(左)壓頭上的泄壓裝置向外排液。壓制成形后，除管坯兩端部外徑為0110mm的圓管部分不變形外，管坯中部的圓形截面變成橋包部分帶有過渡小圓角的異型截面，橋包兩側(cè)外徑為0 130mm的圓截面變成IlOXllOmm的方截面。上述的實施例僅例示性說明本發(fā)明創(chuàng)造的原理及其功效，以及部分運用的實施例，而非用于限制本發(fā)明；應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法，其特征在于:根據(jù)輕中型卡車橋殼的主要參數(shù)，即橋包中間截面的高度Clm、橋包兩側(cè)直臂部分的矩形截面高度dn、橋殼兩端部圓管的外徑de，確定其整體成形方法的工藝步驟如下: (1)、選用外徑d0的無縫鋼圓管，d0同時滿足d0〈0.6dm, d0>l.5de ； (2)、第一次同步縮徑:在三向液壓機上夾持管坯中部并對其兩側(cè)進行同步縮徑，縮徑部分外徑減至dsl, dsl同時滿足dsl > dn, dsl > de ； (3)、管坯兩端加工密封口； (4)、第一次液壓脹形:在三向液壓機上利用半滑動式脹形模具對管坯充液并從兩側(cè)同步軸向推進使管坯中部脹形，管坯中間截面的外徑增至dzl ； (5)、管還去應(yīng)力退火； (6)、第二次液壓脹形:在三向液壓機上利用半滑動式脹形模具對管坯充液并從兩側(cè)同步軸向推進使管坯中部脹形，脹形后管坯仍為軸對稱狀或近于軸對稱狀，其中間截面的尺寸增至dz2，dz2按橋包中間截面的高度Cl111確定； (7)、第二次同步縮徑:在三向液壓機上夾持脹形管坯的中部并對其兩側(cè)進行第二次同步縮徑，縮徑部分外徑減至ds2，ds2根據(jù)橋包兩側(cè)直臂部分的矩形截面高度dn確定； (8)、第三次同步縮徑:在三向液壓機上夾持管坯中部并對其兩端部進行第三次同步縮徑，使其外徑減至橋殼兩端部的外徑de ;管坯端部縮徑后，得到軸對稱狀或近于軸對稱狀的預(yù)成形管坯； (9)、預(yù)成形管坯整體壓制成形:在四向液壓機上使用壓制成型模具左右壓頭密封預(yù)成形管坯端部并向其內(nèi)部充液，用模具上下模塊、前后模塊從上下、前后四個方向?qū)︻A(yù)成形管坯進行整體壓制成形，得到帶有半球形后油蓋及附加前蓋的橋殼半成品； (10)、切除附加的前蓋，得到無焊縫的橋殼產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法，其特征在于:所述預(yù)成形管坯整體壓制成形步驟中: (1)、預(yù)成形管坯壓制成形屬于在液體內(nèi)壓和模具外壓共同作用下的大變形整體成形，除管坯兩端部外徑為de的圓管部分不變形外，中部的圓形或近于圓形截面變成橋包部分帶有過渡小圓角的異型截面，兩側(cè)外徑為ds2的直臂部分的圓截面變成高度為dn的矩形截面； (2)、壓制成形過程在四向?qū)Ｓ靡簤簷C上進行，液壓機左右滑塊帶動模具左右壓頭運動，液壓機上滑塊帶動模具上模塊運動，液壓機下滑塊帶動模具下模塊運動，模具的前后模塊由獨立的液壓千斤頂系統(tǒng)或具有與液壓千斤頂系統(tǒng)功能類似的機構(gòu)帶動； (3)、壓制成形過程中，管坯的容積不斷減小，需向外排液保持穩(wěn)定的內(nèi)壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輕中型卡車無焊縫橋殼的整體成形方法，選用無縫鋼圓管，先將兩端進行前期縮徑中部進行兩次液壓脹形，再將兩端進行后期縮徑得到軸對稱狀或近于軸對稱狀的預(yù)成形管坯；在四向液壓機上使用模具左右壓頭密封預(yù)成形管坯端部并向其內(nèi)部充液，用上下模塊、前后模塊從上下、前后四個方向?qū)︻A(yù)成形管坯進行整體壓制成形，得到帶有半球形后油蓋及附加前蓋的橋殼半成品，切除附加的前蓋后得到橋殼產(chǎn)品。本發(fā)明制造的橋殼無焊縫，強度剛度高，材料利用率高；采用的工藝與傳統(tǒng)的液壓脹形工藝相比，制造過程需要的液體壓力降低60％以上，成形設(shè)備噸位降低50％以上。
文檔編號B21D26/033GK103084460SQ201310019329
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月19日
發(fā)明者王連東, 梁晨, 馬雷, 王建國, 林洪才, 門大海 申請人:張家港合瑞車橋有限公司, 燕山大學(xué)