CN100548525C - 用于制造车轴部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造车轴部件(10，20)的方法，所述方法具有以下步骤：在用于形成所述车轴部件(10，20)的模具中布置诸如管子等空心半成品；将流体引入所述空心半成品内部；以及以高压加载所述流体，从而使所述空心半成品根据所述模具变形。

Description

用于制造车轴部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造车轴部件的方法。

背景技术

通常，诸如车轮悬架臂等车轴部件通过各种制造方法制造。这些制造方法的实例包括铸造、锻造或焊接。另外，还有所谓的液压成形(内高压成形，IHPF)，在液压成形过程中，将空心或管状部件暴露在液压中，使得空心部件的壁抵靠在阴模上。然而，这种方法具有如下缺点：为使液压成形过程顺利完成(内高压成形，IHPF)，空心部件必须经过预成形并且它的壁厚最多只能达到2.5mm。此外，为了恢复用于实际液压成形过程的材料性质，通常在预成形之后必须进行热处理。

因此，每个用于制造具有相对复杂形状的车轴部件的传统制造方法的缺点在于需要很多处理步骤才能制成车轴部件。因此，车轴部件的制造成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济的车轴部件制造方法。

本发明用于制造车轴部件的方法包括以下步骤：

在用于形成所述车轴部件的阴模中布置诸如管子等非预成形的空心半成品；

将流体引入所述空心半成品内部；以及

高压加载所述流体从而使所述空心半成品根据所述阴模变形，

其特征在于，同时形成至少两个基本上相同的所述车轴部件，并且在形成后将它们分离；

所述车轴部件具有基本上长的形状；并且

至少两个基本上相同的所述车轴部件在纵向方向上重叠。

优选地，所述空心半成品的壁厚为至少2mm，优选为3～6mm，最优选为4～5mm。

优选地，所述压强在1200～2500巴(bar)(120×10⁶Pa～25×10⁶Pa)的范围内，优选在1800～2200巴(180×10⁶Pa～220×10⁶Pa)的范围内。

采用本发明的液压成形法，能够将诸如圆形管、椭圆形管、或四方形管等传统半成品部件直接转变成车轴部件的最终形状，因此可以省略一个对半成品部件进行预成形的步骤。特别地，由于本发明的液压成形法采用较高压强，因此能够实现上述情形。具有大于2mm并且最多大于5mm壁厚的管子能够通过本发明的液压成形法直接转变成车轴部件的最终形状。由于车轴部件不必预成形，因此，除了能够避免附加的工作步骤外，还能够防止局部过大应变。这样，能够经济地制造出具有高强度的车轴部件，而不需要进一步的变形步骤。因此，能够直接获得具有封闭式壁并且耐久性高的横截面，所述横截面没有受应力的焊缝。

优选地，同时形成至少两个基本上相同或镜像对称的所述车轴部件，并且在形成后将它们分离，因此只用一个形成过程就能制造多个所述车轴部件。这能够进一步降低成本并且节省制造过程的时间。

当至少两个长的车轴部件诸如车轮悬架臂等具有长的形状并且在形成多个车轴部件时在纵向方向上重叠时，能够使在液压成形入口或出口的外伸部最小，因此同样也能使必须在形成之后除去的多余材料最少。这将产生更好的效益。

优选地，本发明的方法用于制造带有弹簧座延伸部的车轮悬架臂。由于这种弹簧座延伸部在车辆的高度轴线Z方向上具有比车轮悬架臂的另一个段小的尺寸，因此优选地，可以同时形成两个车轮悬架臂，并且所述车轮悬架臂可以以所述弹簧座延伸部在纵向方向上重叠的方式形成。形成之后，然后使两个所述车轮悬架臂彼此分离。这样，材料的产量最大。

优选地，用于形成所述车轴部件的模具被构造成使得所述弹簧座延伸部沿所述车轮悬架臂的一个横向方向彼此分开至侧面。

此外，本发明的液压成形法的优点在于，针对车轮悬架臂，弹簧座延伸部通过适当的阴模设计能够容易地在车辆的牵引臂的一个横向方向上分开至侧面。因此，例如，由于一对牵引臂的车轴座彼此间具有大的距离并且位于车轮悬架的车轮附近，因此所述牵引臂经模制而具有优秀的车轮操纵性能，同时弹簧从车轮上分开(在牵引臂的横向方向上沿朝向车辆中间的方向看)，因此能够改善所述弹簧的安装结构。换句话说，所述牵引臂能够彼此间隔最大，而所述弹簧能够布置得比较靠近彼此。

优选地，所述方法还具有将衬套焊接入接合座中的步骤，所述接合座用于使所述车轮悬架臂可枢转地固定在车架上。

优选地，由于在位于所述牵引臂的转动轴线的一端将基本上呈三角形的片从一对侧壁上切除，并且上壁或下壁(上凸缘或下凸缘)或者由切除形成的所述上壁或下壁的舌状段向所述接合座弯曲，使得所述上壁或下壁能够焊接到所述牵引臂的侧壁上，因此，通过本发明的液压成形法制成的牵引臂的刚度得到增加。这样，牵引臂在转动轴线的区域内具有非常好的刚性。

此外，在由本发明的液压成形法制成的车轴部件的壁中可以形成一个或多个凹部或凸部。这种凹部或凸部实际上可以具有任何所期望的形状，并且在这方面它们最好用有限元法(FEM)确定。只有原材料或半成品材料或者特别是塑性形变的机械性质为此受到限制。而且，优选地，如果中间段只需要承受较低的力，可以在其大致中间部分将所述凹部或凸部的一部分切除，因此，通过液压成形法制成的车轮部件能够具有较轻的重量。

本发明液压成形法的主要优点在于，形成的车轮部件的局部应变率不超过设定的数值。

此外，液压成形法能够使车轮部件获得封闭横截面，在横截面中没有任何高负载焊接缝隙。例如，只使用单一模具和液压成形设备的一个冲程就能同时制成一对牵引臂。

附图说明

下面，参照附图借助于实施例对本发明作详细说明。然而，实施例只是作为例子说明车轮悬架臂的制造过程。然而，如本领域普通技术人员能够容易理解的那样，本发明还能够用于车辆的其它车轴部件和上部结构部件。

图1示出了牵引臂的第一实施例，其中，弹簧座延伸部安装在与牵引臂的枢轴承基本上相同的高度上。

图2示出了可选择的实施例，其中，与图1中示出的实施例相反，弹簧座延伸部布置得高于牵引臂的接合轴。

图3示出了液压成形后的管子，从该管子中能够切割出两个基本相同或镜像对称的牵引臂。

具体实施方式

如图3所示，空心本体由管子通过液压成形法制成，所述管子优选由具有高断裂应变范围约为10％～15％，优选约为10％的钢材制成的圆钢管。当在制造过程和/或腐蚀操作期间对断裂应变或塑性变形有更高要求时，可以使用合适的精钢品种。如果对空心本体的强度有较高要求，还可以使用多相钢。此处描述的方法尤其具有另外的优点，由于只需要单一变形过程，因此多相钢将保持其附加强度。诸如预成形等附加变形过程可能会排除使用这种钢材的可能性。同样地，诸如铝合金等具有合适的材料性质的不含铁的金属还可以考虑作为用于半成品毛坯的材料。另外，根据所期望的形状，还可以使用四方形管、椭圆形管或其它横截面形状的管子作为用于液压成形的半成品毛坯。

在液压成形之后，还需要除去位于前端和后端的多余材料，该多余材料由入口和出口造成。如图1所示，根据一对牵引臂10、20的弹簧座延伸部11、21的形状，通过将图3的空心本体在中间分离，最终可以从如图3所示的空心本体中制成两个牵引臂10、20。

牵引臂10、20的形状可以通过有限元方法优化，使得牵引臂10、20具有较佳的弯曲、扭转刚性和拉伸、压缩应力水平。为了增加刚性，牵引臂10、20设置有凹部17、27、29。为了减轻牵引臂10、20的重量，通过例如激光切割将凹部17、27、29的中间或中心段除去。此外，用于牵引臂10、20的枢轴承的衬套(未示出)被焊接在已通过液压成形构成的接合座12、22上。为了改善将相应力引入牵引臂10、20的枢轴承的衬套(未示出)的状况，再通过例如激光切割在牵引臂10、20邻近接合座12、22的端部上将三角形片从一对牵引臂10、20的侧壁13、14和侧壁23、24上切除。之后，牵引臂10、20的下壁或下凸缘15、25的舌状段15a、25a向侧壁13、14和侧壁23、24的切割边缘弯曲，并焊接在侧壁13、14和侧壁23、24上。这样，下壁15、25的舌状段15a、25a能够将相应的拉伸、压缩负载引入接合座12、22中。

这样，就能制成具有空心外形的牵引臂，该牵引臂没有其它高负载焊接缝隙，只具有在接合座12、22上的焊接缝隙和在舌状段15a、25a上的焊接缝隙。因此，具有空心外形的牵引臂10、20能够通过简单的方法制成而具有最少的焊接缝隙。根据牵引臂10、20或车辆的其它框架或车轮悬架部件的结构，完全能够避免三角形部分的分离来获得舌状段15a、25a。

与只模制一个部件不同，通过只使用一个液压成形步骤制造一对牵引臂10、20，由入口或出口造成的过多的多余材料能减到一半以下。原因在于，所描述的方法能够将管子端部110、120的周边长度保持在与半成品毛坯的周边长度相同的数量级上。因而，与方法相关的入口和出口可以很短。而且，由于弹簧座延伸部11、21在车辆的垂直方向Z上具有比牵引臂10、20的其它段小的尺寸，因此在一对牵引臂10、20的液压成形过程中，弹簧座延伸部11、21可以在牵引臂10、20的纵向方向X上重叠。这样，能节省更多的多余材料。

图2示出了可选择的实施例，同样是用于车辆的车轮悬架的牵引臂30、40。图2中示出的牵引臂30、40具有与图1的牵引臂10、20基本上相同的部件。因此，对这些元件给出了相同的附图标记并且在此不作进一步的讨论。因此，只对图2的牵引臂30、40和图1的牵引臂10、20之间的区别作详细描述。

对于图1中示出的牵引臂，弹簧座延伸部11、21在车辆的垂直方向Z上与接合座12、22基本上位于相同高度上。换句话说，弹簧座延伸部21的上壁21a基本上形成了牵引臂20的上壁26的线性或水平延伸部。由于牵引臂10、20被设计成相同或镜像对称，因此图1的另一牵引臂10也具有同样的情形。与此相比，牵引臂30的弹簧座延伸部31的上壁31a形成了牵引臂30的下壁36的延伸部。这样，弹簧座延伸部31及其上壁31a在车辆的垂直方向Z上能够高于接合座。这样，行驶高度，即，底盘下边缘与特定车辆的车轴中心之间的距离和/或弹簧安装结构可以与第一实施例中的不同。另一方面，图2的一对牵引臂30、40被构造成完全与图1的一对牵引臂10、20相同。

基本上，弹簧座延伸部31还可以非常短或者完全取消。在这种情况下，弹簧(未示出)支靠在轴管(未示出)上，并且/或者部分地支靠在非常短的弹簧座延伸部31上。在这种设计中，牵引臂10、20和牵引臂30、40需要稍微或者无偏置地弯曲。因而，料材的长度可以进一步减小，这是因为由此制成的牵引臂10、20和牵引臂30、40的总长度也比较小。

下面对制造牵引臂10、20和牵引臂30、40的方法作详细描述。首先，将具有良好冲压性能，即，至少具有10％断裂应变的合适材料的管子放置在由钢材制成的阴模中，所述阴模根据正在制造的牵引臂10、20和牵引臂30、40的形状构造。然后，将管子的两端紧密封闭，并将流体注入管子中。然后将流体置于由加压设备产生的大约1800～2200巴的高压下。由于压力很高，钢管的材料流动并与阴模壁相贴合，形成阴模壁的形状。

然后，在释放压力并将流体排出后，将由此形成的空心部件从阴模中移出。通过锯割或激光处理将阴模入口或出口的多余部分从模制空心部件上除去，从而得到如图3所示的空心部件。

带有合适添加剂的水优选作为用于空心部件液压成形的流体使用。

然后沿位于中间的大致呈S形的线来切割图3中示出的空心部件，从而形成如图1和图2所示的相同或镜像对称的一对牵引臂10、20或牵引臂30、40。

然后，通过例如焊接将接合衬套(未示出)设置在牵引臂10、20的接合座12、22中。为进一步提高牵引臂10、20的弯曲和扭转强度，可以在接合座12、22附近进一步将大致呈三角形的部分从侧壁13、14或侧壁23、24上切除。

然后，使下壁15、25的舌状段15a、25a向上弯曲至接合座12、22，从而能够将舌状段15a、25a焊接在侧壁13、14或侧壁23、24上。

为了减轻重量并且/或者为其他运行装置部件创造空间，然后通过例如激光将凹部17、27、29的中心段切除。通过例如激光将基本上呈圆形的车轴座18、28从牵引臂10、20上切除。

然后，将罩板放置在弹簧座延伸部上，从而容纳用于图2中示出的牵引臂30、40的弹簧(未示出)。这些板优选通过焊接固定，并且这些焊接缝隙不承受任何增加的应力。

本发明并不限于在此处描述的牵引臂10、20或牵引臂30、40。特别地，诸如横向连杆、倾斜连杆和空间杆件等其它车轮悬架部件也可以用本发明的方法制造。此外，框架和结构或底盘部件也可以用本发明的方法制造。在液压成形之前，管子的壁厚为3～4mm，然而由于1800～2200巴的高压，也可以形成5～6mm壁厚的管子。通过例如有限元方法预先确定形状，从而一方面使成品牵引臂获得很高的拉伸、压缩、弯曲和扭转强度，另一方面也避免生成具有过大应变的段。

虽然在此处没有示出，但牵引臂也可以具有这样的形状，其中弹簧座延伸部11、21沿车辆的横向Y向内分开。这样，一方面，车轴可以在车轮附近受牵引臂10、20支撑，另一方面，弹簧可以向内朝车辆的中间运动，从而可以随意改变弹簧的安装条件。

附图标记

10牵引臂

11弹簧座延伸部

12接合座

13，14侧壁

15下壁

15a舌状段

16上壁

17凹部

18车轴座

20牵引臂

21弹簧座延伸部

21a弹簧座延伸部的上壁

22接合座

23，24侧壁

25下壁

25a舌状段

26上壁

27凹部

28车轴座

29凹部

30牵引臂

31弹簧座延伸部

31a弹簧座延伸部的上壁

32接合座

36下壁

40牵引臂

41弹簧座延伸部

110，120管子端部

117，127，129凹部底部

Claims (12)

1.一种制造车轴部件的方法，所述方法包括以下步骤：

在用于形成所述车轴部件的阴模中布置非预成形的空心半成品；

将流体引入所述空心半成品内部；以及

高压加载所述流体从而使所述空心半成品根据所述阴模变形，

其特征在于，同时形成至少两个基本上相同的所述车轴部件(10，20；30，40)，并且在形成后将它们分离；

所述车轴部件具有基本上长的形状；并且

至少两个基本上相同的所述车轴部件(10，20；30，40)在纵向方向上重叠。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空心半成品的壁厚为至少2mm。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空心半成品的壁厚为3～6mm。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述空心半成品的壁厚为4～5mm。

5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述高压加载的压强在1200～2500巴(120×10⁶Pa～25×10⁶Pa)的范围内。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压强在1800～2200巴(180×10⁶Pa～220×10⁶Pa)的范围内。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述车轴部件(10，20；30，40)是具有弹簧座延伸部(11，21；31，41)的车轮悬架臂。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用于形成所述车轴部件的模具被构造成使得所述弹簧座延伸部(11，21；31，41)沿所述车轮悬架臂的一个横截面彼此分开至侧面。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还具有将衬套焊接在接合座(12，22；32，42)中的步骤，所述接合座用于使所述车轮悬架臂可枢转地固定在车架上。

10.如权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括步骤：

在位于所述车轴部件纵向方向的一端切除相对侧壁(13，14；23，24)；

弯曲与所述侧壁邻接的一个上壁或下壁(15a，25a)，使得所述上壁或下壁(15a，25a)基本上抵靠在所述侧壁(13，14；23，24)的一个切割边缘上；以及

基本上沿所述切割边缘焊接所述上壁或下壁。

11.如权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括步骤：

在所述车轴部件的至少一个所述侧壁上形成至少一个凹部(17，27，29)；以及

切除所述凹部的底部(117，127，129)。

12.如权利要求1-4中任一所述的方法，所述空心半成品为管子。

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