一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法技术

本发明专利技术属于汽车配件应用技术领域，涉及驱动桥壳，尤其涉及一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法。首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯；然后将选择好的原始管坯固定在缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具及芯轴的作用下对原始管坯施压收缩力，使其缩径，得到缩径壁厚可控制的毛坯管，其中，对多瓣缩径模具模压原始管坯过程中的管坯变形位置进行加热处理；采用本发明专利技术的工艺方法制造一体成形的桥壳，只需要2道关键工序和3道辅助工序，合计5道工序，与现有其它桥壳制造工序相比，工序道次大幅减少，制备设备吨位大幅降低，提高了效率，降低了企业的生产成本。生产成本。生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法


[0001]本专利技术属于汽车配件应用
，涉及驱动桥壳，尤其涉及一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法。

技术介绍

[0002]商用车驱动桥是整车的核心部件之一，驱动桥壳则是驱动桥传动系统的安装支撑体，在车辆行驶过程中起着承重和传力的重要作用，要求具有较高的机械强度、刚度和耐疲劳强度性能。相关文献显示，汽车的整车质量若减少100kg，每百公里油耗将减少0.3L～0.6L，二氧化碳排放量减少12g。按行业有关技术规范与经验值，驱动桥属于钢板弹簧以下质量，每减少1kg簧下质量的效果等同于减重15kg的簧上质量。以重卡驱动桥壳为例，其重量在100kg以上，采用高强钢材料，采用新工艺技术扩大优化结构的技术窗口意义重大。现有桥壳产品的技术方案有四种：整体铸造桥壳，冲压拼焊桥壳，机械热扩胀成形桥壳以及内高压成形桥壳。其中，整体铸造桥壳重量大，生产效率低，内部缺陷控制困难，逐渐被冲压拼焊桥壳替代。
[0003]冲压拼焊桥壳由上下两半经过热冲压拉伸的半壳，加上桥包三个主要件焊合而成，是目前商用车驱动桥壳的主要技术方案，存在材料利用率低、制造工步长等影响成本及生产效率问题，同时由于产品有较长的焊道，焊缝处应力影响抗疲劳能力、焊接缺陷导致渗漏等失效难以避免。
[0004]机械热胀形桥壳主要特点是管坯在桥包部位开一段通透的纵缝，分多道次利用机械模具在管坯加热条件下将纵缝逐步扩胀到位形成桥壳管梁，对管梁桥包孔毛边进行修整加工后焊上桥包成为桥壳总成。该技术方案相比冲压拼焊桥壳的焊道长度大幅减少，但机械模具胀形过程不可避免地导致桥壳局部拉伸变形时壁厚不均匀，影响总成强度；同时制造工步没有明显的简化。
[0005]近年来以哈尔滨工业大学、燕山大学为代表的高校及有关企业成功开发出内高压一体成形桥壳，其主要原理为在常温条件下，对管坯内充入水基高压液体，使管坯拉伸变形贴模，获得一体成形的桥壳。该技术方案将原有桥壳工艺从20多道次工序，缩减40％左右，体现出更优化的产品结构以及较高生产效率的优势。
[0006]该技术方案现行主要过程为：管坯多道次缩径—热处理—内高压预胀形—局部热处理—内高压成形。其主要问题在于受限于材料常温条件下屈服强度及拉伸率极限，最终内高压成形的变形拉伸率需控制在3
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5％以内，要求最终胀形的管坯具有较大的变径率，实现管坯的大变径率则需多道次缩径与预胀形工步的交替结合，同时在各工步变形过程中，需对管坯施加较大的作用力才能克服材料的屈服强度使其变形，故各工步加工设备吨位较大。
[0007]上述方案虽然简化了工艺步骤，但其仍存在以下技术缺陷：采用该技术方案制造的桥壳与现有主流的冲压拼焊桥壳相比，未能实现减重这一汽车行业的重要技术趋势要求，且只能适用Q345及相近屈服强度不超过400MPa的材料，低于行业主流应用的Q460屈服
强度接近500MPa的材料标准，其技术潜力限制了桥壳采用更高屈服强度的材料的趋势，并受限于材料在常温下拉伸变形极限，难以实现桥壳产品通过轮廓拓扑优化获得轻量化效果这一重要的技术途径，无法满足日益发展的汽车轻量化的要求。此外，该技术方案的关键胀形工序需不小于3000吨合模力的大型设备，生产线设备投资较大，产品成本超过目前主流的冲压拼焊桥壳，影响了该技术方案的推广应用。最后，其实现胀形所需的大变径率管坯一般需要多道次缩径与预胀形工步的交替结合才能实现，工艺相对繁琐。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述现有的驱动桥壳的成形方法所存在的技术问题缺陷，提出一种新概念技术方案，使管坯处于热态下，获得较低的屈服强度、较高的拉伸率，在此条件下采用高压惰性气体作为施力介质，对管坯从内向外进行胀形，获得一体成形的桥壳。该技术方案不仅扩大了采用更高屈服强度的高强度钢材料，以及便于实现桥壳结构拓扑优化的轻量化技术窗口，同时大幅缩短制造工步，并采用更小吨位的设备降低产线投资，实现低成本轻量化一体成形桥壳，成为汽车行业可以量产的技术方案。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术提供一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法，包括以下有效步骤：
[0010]a、首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯；
[0011]b、然后将选择好的原始管坯固定在缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具及芯轴的作用下对原始管坯施压收缩力，使其缩径，得到缩径壁厚可控制的毛坯管，其中，对多瓣缩径模具模压原始管坯过程中的管坯变形位置进行加热处理；
[0012]c、将得到的毛坯管进行预热，预热完成后，将毛坯管转换至成形模具中；
[0013]d、然后向毛坯管内充入高压惰性气体，在毛坯管内形成设定内压的条件下，使毛坯管获得内部凹模性质的支撑，对成形模具进行合模，通过合模对毛坯管进行挤压，利用成形模具合模冲压力与毛坯管内压联合作用，实现毛坯管完成基本贴模的预变形；
[0014]e、继续提高预变形后的毛坯管内的气体压力，使毛坯管完全、精确地贴模，完成轮廓各形状特征的成形，得到驱动桥壳毛坯件；
[0015]f、对得到的驱动桥壳毛坯件进行表面处理；
[0016]g、对表面处理后的驱动桥壳毛坯件的桥包处进行开孔并对管梁两端推头密封段定尺切断；
[0017]h、最后将桥壳总成各配件与驱动桥壳毛坯件进行焊接，即可得到成品驱动桥壳。
[0018]作为优选，所述a步骤中，包括以下有效步骤：
[0019]a1、首先根据要实现的桥壳结构数模，将桥壳以中心线为中心分为两部分，并将每部分分为四类区域，包括端部的圆柱截面区域、靠近桥肩的方柱截面区域、圆柱截面区域和放置截面区域之间的过渡区域以及桥肩与桥包区域；
[0020]a2、沿圆柱截面区域向桥肩与桥包区域方向以1％轴向长度为等距切分单元将其截面周长转换为对应的圆管管径，选取其中的最大值作为原始管坯的直径。
[0021]作为优选，所述a2步骤中，针对桥肩与桥包区域通过截面周长延伸率在3％
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10％范围内进行计算，得到原始管坯的截面周长并通过圆周计算直径获得原始管坯的直径。
[0022]作为优选，所述b步骤中，所述缩径设备包括管坯旋转及轴向进给机构、用于安装
多瓣缩径模具的模架、用于实现缩径的多瓣缩径模具、用于对原始管坯内壁加热以及塑形的芯轴以及用于对原始管坯外壁加热的感应加热线圈。
[0023]作为优选，所述多瓣缩径模具与原始坯管的接触面包括设置在两端的水平面以及设置在水平面之间的过渡倾斜面，其中，所述过渡倾斜面用于实现两段不同直径的水平面之间的过渡。
[0024]作为优选，所述芯轴的表面设置有螺旋凸起。
[0025]作为优选，所述c步骤中，成形模具包括用于固定毛坯管左右两侧的固定密封模块、用于密封毛坯管端部的封堵密封推头、用于固定毛坯管前后两端的侧向曲面成形模具、用于实现桥壳上平面的上模以及用于实现桥壳桥包的下模，其中，所述上模和下模相对运动设置。
[0026]作为优选，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法，其特征在于，包括以下有效步骤：a、首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯；b、然后将选择好的原始管坯固定在缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具及芯轴的作用下对原始管坯施压收缩力，使其缩径，得到缩径壁厚可控制的毛坯管，其中，对多瓣缩径模具模压原始管坯过程中的管坯变形位置进行加热处理；c、将得到的毛坯管进行预热，预热完成后，将毛坯管转换至成形模具中；d、然后向毛坯管内充入高压惰性气体，在毛坯管内形成设定内压的条件下，使毛坯管获得内部凹模性质的支撑，对成形模具进行合模，通过合模对毛坯管进行挤压，利用成形模具合模冲压力与毛坯管内压联合作用，实现毛坯管完成基本贴模的预变形；e、继续提高预变形后的毛坯管内的气体压力，使毛坯管完全、精确地贴模，完成轮廓各形状特征的成形，得到驱动桥壳毛坯件；f、对得到的驱动桥壳毛坯件进行表面处理；g、对表面处理后的驱动桥壳毛坯件的桥包处进行开孔并对管梁两端推头密封段定尺切断；h、最后将桥壳总成各配件与驱动桥壳毛坯件进行焊接，即可得到成品驱动桥壳。2.根据权利要求1所述的一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法，其特征在于，所述a步骤中，包括以下有效步骤：a1、首先根据要实现的桥壳结构数模，将桥壳以中心线为中心分为两部分，并将每部分分为四类区域，包括端部的圆柱截面区域、靠近桥肩的方柱截面区域、圆柱截面区域和放置截面区域之间的过渡区域以及桥肩与桥包区域；a2、沿圆柱截面区域向桥肩与桥包区域方向以1％轴向长度为等距切分单元将其截面周长转换为对应的圆管管径，选取其中的最大值作为原始管坯的直径。3.根据权利要求2所述的一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法，其特征在于，所述a2步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：易斌，高林玉，张彤，何海林，王景晓，李元宏，胡家磊，王红岩，
申请(专利权)人：倍力汽车轻量化科技潍坊有限公司，
类型：发明
国别省市：