CN103894476B - 重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法，克服目前材料利用率低、机械加工量大；冲压焊接生产过程链长，焊接工作量大且制品刚度差，使用寿命较低等问题。步骤为：1.确定所用管坯的结构尺寸：根据待加工的驱动桥壳的几何特征和尺寸参数，选择合适的胀形比，确定管坯的规格为直径D₀，壁厚H₀与管坯长度L₀；2.热扩胀形前的管坯预成形；3.在预成形的管坯中部切割出预制孔；在管坯中部压扁后的大面上切割出轴向窄长的预制通孔，上预制通孔与下预制通孔应对中；4.热扩胀预成形；5.终成形热扩胀；6.整形：消除二次热扩胀后驱动桥壳琵琶孔及其外侧法兰的不圆度和使桥壳外形过渡区的大圆弧半径达到200mm，需要整形工序。

Description

重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属加工领域的加工方法，更确切地说，本发明涉及一种重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法。

背景技术

重型汽车的驱动桥处于其传动系统的末端，它主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳组成。其功能是:

1.将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传递至驱动车轮，达到降低转速以增大扭矩；

2.通过主减速器的圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；

3.参阅图1，通过差速器实现两侧车轮差速作用，以保证内、外侧车轮以不同的转速转向。一般重型汽车的驱动桥总体构造由驱动桥壳、主减速器、差速器、半轴和轮毂组成。其中驱动桥壳作为驱动桥总成的载体，是安装和包容主减速器、差速器、半轴和轮毂及制动鼓总成的重要基础构件。驱动桥壳除了与前述的4个总成件构成驱动桥总成以实现其三项主要功能外，还要通过弹性悬架与车架联结，与前桥一起支承车架及其上各总成的质量。在汽车行驶时，驱动桥不仅要承受由驱动车轮传来的路面反作用力及力矩，还要承受传动轴传来的驱动力、驱动力矩和制动力与制动力矩，并通过悬架传给车架。因此，驱动桥壳作为保证汽车正常运行的可靠性和行驶安全性及高使用寿命的关键部件，它应该具有足够的强度、刚度及耐疲劳性能。此外，还应在满足使用要求的前提下，要求其结构尽量简单，以方便主减速器的拆装与调整，便于制造并实现轻量化。

汽车驱动桥壳从结构上可分为整体式驱动桥壳和分段式驱动桥壳两种。但重型汽车的驱动桥壳均采用整体式。其制造方法目前国内外主要采用以下几种方式：

1.铸造式桥壳

铸造式桥壳系采用球墨铸铁或高强度铸铁整体铸造出中央琵琶形开口壳体与两侧变截面的空心管体毛坯。在对其机械加工后，再将其两端压入较长的半轴套管，并用螺栓或销轴来固定。该类制造方法的特点是：

1)桥壳的刚性较好，减振性好。但耐冲击性能和强度较差；

2)由于对材料和热处理有较高要求，生产效率低，废品率较高，生产成本也高；

3)材料消耗大，耗能高，生产条件差，污染环境；

4)质量大，后续机械加工量大，不易实现近净成形和轻量化、快捷制造。

铸造式桥壳在重型汽车中应用较早。由于德国的材料与铸造工艺先进，仍然沿用。其曼(Man)系与奔驰(Benz)重型车均采用铸造式桥壳。因此，国内的引进德系载重车的企业及车桥配套厂，也引进德国技术，如陕西金德车桥有限公司等也采用铸造方法生产重型车驱动桥壳。

2.冲压焊接式桥壳

参阅图2，为了克服铸造式桥壳的弊端，国外工业发达国家在上世纪70年代开发成功冲压焊接式桥壳，并迅速推广应用于轻、中、重型商用车中。该生产方法是采用低碳合金钢厚板作原材料，经过落料、弯曲工序，分别冲压成上半桥壳体、下半桥壳体后，再用CO₂气体保护焊将二者组焊成桥壳本体(有时需焊上4个三角板镶块)。经机械加工后，焊上加强环、后堵盖与半轴套管，从而得到冲压焊接式桥壳。

该制造方法的特点是：

1)制件质量轻，比同型号铸造式桥壳轻15％～20％，利于整车轻量化，可降低油耗；

2)废品率低，生产效率高，适于大批量生产；

3)生产设备多，工装模具多，投资大；

4)材料利用率较低，焊接工作量大；

5)由于焊接变形，会导致桥壳抗疲劳性能降低。尤其是汽车在颠簸不平路面行驶时，会因桥壳变形而导致其内部的半轴、齿轮等零件损坏，影响到车桥的传动性能，降低其使用寿命。

冲压焊接式桥壳目前在国内外商用车中的应用多于铸造式桥壳。尤其是在重型汽车中，以美国的德纳(Dena)车桥和奥地利的斯太尔车桥为典型。国内则以东风德纳车桥有限公司、济南重汽车公司采用冲压焊接桥壳的生产规模最大。

3.无缝钢管冷挤扩胀成形的整体式桥壳

系采用低碳合金结构钢(16MnL)热轧无缝钢管作原材料，先将管坯两端缩径、局部规方后，在管坯中央切割出异型预制孔，随后采用楔形凸模挤胀填充在桥壳中央的模芯，逐次扩胀成中央的鼓包壳体，再经整形得到两侧带大三角形开口的整体桥壳。

该制造方法的特点是：

1)采用无缝钢管加工，材料利用率较高；

2)因两侧采用冷缩径成形，且桥管两侧无焊缝，故所成形的桥壳刚性好；

3)消除了两半桥壳的直焊缝，节省直缝焊接的工作量；

4)冷扩胀中央壳体时残留应力大，需采用整体热处理消除应力，冷扩胀会产生局部开裂，废品率较高。

5)冷扩胀成形后形成更大的三角形开口，要焊上比冲压焊接桥壳更大的三角板镶块，引起变形或残留应力；

6)需要专门的成形工装模具，专用设备投资也较大。

综合分析上述几种重型汽车驱动桥壳的制造方法，分别存在材料利用率低、机械加工量大；冲压焊接生产过程链长，焊接工作量大且制品刚度差，使用寿命较低；制品冷扩胀后废品率高，整体热处理能耗高，仍需焊上更大的三角板镶块等缺陷。上述几种制造方法中，仅有第三种方法在我国申请了发明专利。其一，中国专利公开号为CN101204776A，公告日为2003年9月10日，发明创造名称为“汽车桥壳内高压、缩径成形方法”，申请日为2002年2月27日，专利权人是长春汽车材料研究所的朱伟成等6人。其二，中国专利公告号为CN1413844A，公告日为2003年4月30日，发明创造名称为“新型汽车驱动桥壳及其制造工艺”，申请日为2002年8月30日，专利权人是蓬莱万寿机械有限公司的杨东州等3人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有的冲压焊接技术存在的材料利用率低、机械加工量大；冲压焊接生产过程链长，焊接工作量大且制品刚度差，使用寿命较低等问题，提供了一种重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法的步骤如下：

1.确定所用管坯的结构尺寸：

根据待加工的驱动桥壳的几何特征和尺寸参数，选择合适的胀形比，确定管坯的规格为直径D₀，壁厚H₀与管坯长度L₀；

2.热扩胀形前的管坯预成形；

3.在预成形的管坯中部切割出预制通孔；

在管坯中部压扁后的大面上切割出轴向窄长的且两侧圆弧连接的预制通孔，预制通孔的中心线与桥壳琵琶孔的中心线对中；

4.热扩胀预成形：

1)将切割有预制孔的预成形管坯加热至始锻温度；

2)放在专用大行程液压机的上模与下模中夹紧定位；

3)在压机滑块下行中，带锥度的异型凸模(11)插入预成形管坯上的预制孔内自上而下地连续渐进扩孔，压机滑块行程终了即得到预成形管坯中部带近似椭圆形孔的预成形工序件；

5.终成形热扩胀：

1)将预成形工序件放进终成形模具的下模中定好位；

2)压机滑块下行时，先由上模中央锥形冲头驱使下模的两半内芯模向外扩胀，至一定行程时，上模两侧的斜楔柱便驱动下模的外模径向向内运行，以限定壳体的外圆轮廓；

3)在扩胀过程中通过液压缸在管坯两端施加轴向力F，可向变形区内补充金属，防止琵琶孔的轴向区域局部壁厚减薄，通过内胀、外限及轴向力的多重作用，终成形热扩胀得到的工序件；

6.整形：

消除终成形热扩胀后驱动桥壳琵琶孔及其外侧法兰的不圆度和使桥壳外形过渡区的大圆弧达到半径为200mm，需要通过整形工序。

技术方案中所述的热扩胀形前的管坯预成形的步骤如下：

1)对胀形区两侧的管坯分别进行两道热缩径工步，即胀形区两侧的管坯的最外侧缩径后圆管的直径为D₁，再向内侧缩径圆管的直径为D₂，D₂＞D₁；

2)将整个管坯压扁，压扁部分的高度等于D₁；

3)将直径为D₂的两段圆管用模具加工成方形，即加工成横截面为方形或矩形的方管。

技术方案中所述的预制孔的形状要简单，确定其结构尺寸要兼顾两方面：

1)预制孔的周长约等于将要成形的琵琶孔的周长，这样可防止扩胀孔时局部开裂或壁厚减薄；

2)预制孔的宽度在保证形成琵琶孔外围的法兰宽度的前提下尽量宽，这样可减少扩孔时的径向变形量，协调扩胀孔时不同区域的变形，防止琵琶孔的局部变薄。

技术方案中所述的整形的步骤如下：

1)采用液压机构驱动插入在终成形热扩胀步骤中得到的工序件内腔的整形内芯模水平轴向向外侧推挤，实现对琵琶孔规圆和对过渡区内腔进行整形；

2)采用液压机构驱动整形外模，使过渡区贴模后大圆弧达到要求，然后工序件掉头，在另一侧，同样采用液压机构将整形内芯模向外侧推挤，使热扩胀所形成的琵琶孔与桥壳的外形轮廓尺寸均达到设计要求。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法彻底淘汰了焊接三角板镶块的工艺，消除了因焊接三角板镶块而导致的产品缺陷，提高了产品质量。

2.本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法材料利用率比冲压焊接工艺提高20％。

3.本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法所采用的工装模具先进、可靠、工艺稳定。不仅适合于大批量生产，而且还可通过更换模具成形部件能制造不同型号的驱动桥壳，故能显著缩短新产品试制周期，具备柔性制造特征。

4.本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法显著提高了产品性能，其疲劳寿命试验可达100万次以上，是冲压焊接式桥壳疲劳寿命的2倍。

5.本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法的生产效率比冲压焊接工艺提高30％，设备工装投资减少25％，总生产成本降低25％。

6.本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法减少了工序，缩短了工艺过程链，减少劳动定员。具备快捷制造特征；显著降低环境污染，具有绿色制造特征。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是485型驱动桥总成结构组成的主视图。

图2是现有技术的冲压焊接式驱动桥壳体结构组成的主视图。

图3是采用本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法制造驱动桥壳的管坯下料规格的主视图。

图4是采用本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法制造驱动桥壳在管坯经缩径、压扁及局部规方后的预成形坯料结构组成的主视图。

图5是采用本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法制造驱动桥壳在预成形坯料中部切割预制孔的主视图。

图6是采用本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法制造驱动桥壳的热扩胀预成形所得到的工序件的轴测投影图。

图7是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中所采用的的驱动桥壳热扩胀预成形模具中上模结构组成的主视图。

图8是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中所采用的的驱动桥壳热扩胀预成形模具中下模结构组成的主视图。

图9是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中二次终成形热扩胀工序的示意图。

图10是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中二次终成形热扩胀工序所采用的终成形复合模中上模结构组成的主视图。

图11是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中二次终成形热扩胀工序所采用的终成形复合模中下模结构组成的主视图。

图12是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中的内外复合整形工序的示意图。

图13是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中的内外复合整形工序所采用的整形模结构组成的主视图。

图14是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中的内外复合整形工序所采用的整形模结构组成的左视图。

图15是本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法流程框图。

图中：1.驱动桥壳，2.主减速器，3.差速器，4.半轴，5.轮毂，6.上半桥壳体，7.下半桥壳体，8.三角板镶块，9.半轴套管，10.预成型工序件，11.异型凸模，12.压紧限位装置，13.液压装置，14.中央锥形冲头，15.两侧斜楔柱，16.外模，17.两半内芯模，18.液压驱动装置，19.整形内芯模，20.整形外模，21.楔形冲头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法中所采用的工装模具的结构组成及工作原理：

1.热扩胀预成形及模具：

参阅图7与图8，异型凸模11为带锥度的横截面为扁圆的异型凸模，其在高度方向上是变截面的，最下部的椭圆截面积最小且其短轴应比管坯预制孔的宽度略窄；而其上顶部的椭圆截面的周长约等于桥壳琵琶孔的周长，且其长轴稍小于预制孔的轴向长度，短轴则为预制孔宽度的2.3倍又小于琵琶孔直径的0.7，其有效行程高度则约为琵琶孔直径的2倍。另外异型凸模11上部大截面的周向自上而下的切去由4个小圆弧对称相切的多余材料。设计成这种异型截面的凸模，既能使预成形实现小变形连续渐进扩孔，避免因变形太快和胀形比大所引起的被扩孔变薄严重，又能合理地分配胀形比并为扩胀终成形打下基础，还能在预成形后期扼制被扩孔轴向两侧金属向内流动，从而避免了此处壁厚的变薄。位于下模的夹紧限位装置12、液压装置13将管坯定好位置并压紧，可防止错位和预扩胀时管坯轴向拱弯。

2.终成形及所用复合模具：

参阅图10与图11，该模具采用特殊的斜楔驱动机构，以实现对终成形的径向内扩胀和外部限位定型的动作。工作时，随着液压机滑块的下行，首先由装于上模中央的锥形冲头14驱动装在管坯预成形孔内的对称的两半芯模17径向向外扩胀，至一定行程时上模两侧对称安装的两个斜楔柱15便驱动下模的两个外模16径向内行限位，以保证壳体的外法兰部定型。之后由液压驱动装置18使芯模复位、外模打开，以便取出工序件。此外，该模具在其下模板的轴向两侧还辅设有对管坯两端施加轴向力的液压装置(图中未画出)，以向变形区内补充金属来防止终成形时琵琶孔轴向两侧的壁厚变薄。

3.内外复合整形及所用模具：

参阅图12，目的是将终扩胀成形工序件的琵琶孔和其外部壳体法兰规圆，并使壳体两侧的过渡区大圆弧尺寸达到要求。整形模的结构如图13与图14所示。整形模的结构与终成形模结构相似，但因其功能和内模芯19、整形模20是沿管坯轴向运动，故整个模具(包括管坯)相对于终成形模具应转90°。左侧液压缸推动推杆21驱使整形内模芯19在终成形件内腔向右轴向运动，而由右侧的液压缸驱动整形外模20轴向内移。在此双向作用下，便将壳体整形规圆并使壳体外部过渡区的大圆弧成形至要求。再调头同样整形另一侧。

本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法的步骤如下：

1.确定所用管坯的结构尺寸：

参阅图3，根据待加工的驱动桥壳的几何特征和尺寸参数，选择合适的胀形比，确定管坯的规格为直径D₀，壁厚H₀与管坯长度L₀。

2.参阅图4，热扩胀形前的管坯预成形：

1)对胀形区两侧的管坯分别进行两道热缩径工步，即胀形区两侧的管坯的最外侧缩径后圆管的直径为D₁，两直径为D₁的圆管的内侧缩径圆管的圆管直径为D₂，D₂＞D₁；

2)将整个管坯压扁，压扁部分的高度等于D₁的值；

3)将直径为D₂的两段圆管用模具加工成方形，即加工成横截面为方形或矩形的方管。

3.在预成形的管坯中部切割出预制孔：

参阅图5，以琵琶孔的中心为基准，在管坯中部压扁后的大面上切割出轴向窄长的且两侧圆弧连接的预制通孔，预制通孔的中心定位应根据桥壳本体的偏心情况而定。预制孔的形状尽量简单，但其尺寸的确定则要兼顾两方面：一方面应使预制孔的周长约等于将要成形的琵琶孔的周长，这样可防止扩胀孔时局部开裂或壁厚减薄；另一方面预制孔的宽度在保证能形成琵琶孔外围的法兰宽度满足要求的前提下尽量宽些，这样可减少扩孔时的径向变形量，协调扩胀孔时不同区域的变形，亦能防止琵琶孔的局部变薄。

4.热扩胀预成形：

参阅图6至图8，将切割有预制孔的预成形管坯加热至始锻温度(1200℃)，放在专用大行程液压机的上模与下模中夹紧定位，在压机滑块下行中，带锥度的异型凸模11插入预成形管坯上的预制孔内自上而下地连续渐进扩孔。至行程终了得到预成形管坯中部带近似椭圆形孔的预成形工序件。

5.终成形热扩胀：

参阅图9至图11，将预成形工序件放进终成形模具的下模中定好位。压机滑块下行时，先由上模中央锥形冲头14驱使下模的两半内芯模17向外扩胀，至一定行程时，上模两侧的斜楔柱15便驱动下模的外模16径向向内运行，以限定壳体的外圆轮廓。另外，在扩胀过程中通过液压缸在管坯两端施加轴向力F，可向变形区内补充金属，防止琵琶孔的轴向区域局部壁厚减薄。通过内胀、外限及轴向力的多重作用，经终成形热扩胀得到的工序件已基本达到产品图要求。

6.整形工艺及模具：

参阅图12至14，为了消除二次热扩胀后驱动桥壳琵琶孔及其外侧法兰的不圆度和使桥壳外形过渡区的大圆弧达到半径约为200mm，故需要通过整形工序。一方面液压机构驱动插入上道工序件内腔的整形内芯模19水平轴向向外侧推挤，实现对琵琶孔规圆和对过渡区内腔进行整形；另一方面采用液压机构驱动整形外模20，使过渡区贴模后大圆弧达到要求。经整形后，使热扩胀所形成的琵琶孔与桥壳的外形轮廓尺寸均达到设计要求。

实施例1

参阅图2，对于图中所示的485型载重量为13T车的驱动桥壳，采用本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法的步骤如下：

1.确定所用管坯的结构尺寸：

参阅图3，根据驱动桥壳的几何特征和尺寸参数，选择合适的胀形比后，确定管坯的规格为直径D₀，D₀＝219mm、壁厚H₀，H₀＝16mm；又根据塑性变形体积相等原则，经过计算确定下料长度即管坯长度L₀＝1295±2mm。

2.热扩胀形前的管坯预成形：

参阅图4，先对胀形区(约为800mm)两侧的管坯进行两道热缩径工步，即最外侧缩径的直径为D₁，D₁＝150mm，长度L₁＝160mm；再向内侧则缩径的直径为D₂，直径D₂＝194mm。随后将整个管坯压扁，压扁部分的高度为150mm；最后将原直径为194mm的两段圆管用模具规方为160mm×150mm。预成形管坯如图中所示。

3.在预成形的管坯中部切割出预制孔：

参阅图5，以琵琶孔的中心为基准，在管坯中部压扁后的大面上切割出轴向窄长且两端用圆弧连接的预制孔。预制孔的形状尽量简单，但其尺寸的确定则要兼顾两方面。一方面应使预制孔的周长约等于所成形的琵琶孔的周长，这样可防止扩胀孔时局部开裂或壁厚减薄。另一方面预制孔的宽度在保证能形成琵琶孔外围的法兰宽度满足要求的前提下尽量宽些，这样可减少扩孔时的径向变形量，协调扩胀孔时不同区域的变形，亦能防止琵琶孔的局部变薄。综合考虑前述两方面因素后，确定预制孔的尺寸规格为：轴向长L＝520mm，宽度B＝120mm，且轴向两端用半径为R＝60mm的半圆连接。

4.热扩胀预成形：

参阅图6至图8，将切割有预制孔的预成形管坯加热至始锻温度(1200℃)，放在专用大行程液压机上的下模上夹紧定位后，在压机滑块下行中，带锥度的异型凸模11插入预成形管坯上的预制孔内自上而下地连续渐进扩孔。至行程终了得到中部带近似椭圆形孔的预成形工序件，椭圆的长、短轴分别为：500mm、285mm。

5.终成形热扩胀：

参阅图9至图11，将预成形工序件放进终成形模具下模中定好位。压机滑块下行时，先由上模中央锥形冲头14驱使下模的两半内芯模12向外扩胀，至一定行程时，上模两侧的斜楔柱14便驱动下模的外模13径向向内行，以限定壳体的外圆轮廓。另外，在扩胀过程中通过液压缸在管坯两端施加轴向力F，可向变形区内补充金属，防止琵琶孔的轴向区域局部壁厚减薄。通过内胀、外限及轴向力的多重作用，终成形热扩胀得到的工序件如图9中所示，其中琵琶孔直径为410mm、壳形法兰的外径为532±2mm，但均略呈椭圆形。

6.整形：

参阅图12至图14，为了消除二次热扩胀后桥壳琵琶孔及其外侧法兰的不圆度和使桥壳外形过渡区的大圆弧达到半径约为200mm，故需要通过整形工序。一方面通过插入上道工序件内腔的异型芯模19水平轴向向外侧推挤，实现对琵琶孔规圆和对过渡区内腔进行整形；另一方面用液压机构驱动整形外模20，使过渡区贴模后大圆弧达到要求。经整形后，使胀形所形成的琵琶孔与桥壳的外形轮廓尺寸均达到设计要求。

实施例2

参阅图2，本实施例为比实施例1的485型驱动桥壳型号大一号的498型载重量为13T～15T的驱动桥壳。采用本发明所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法的步骤如下：

1.确定所用管坯的尺寸规格：

参阅图3，根据驱动桥壳的几何特征和尺寸参数，因其中部琵琶孔和壳体外廓尺寸均比485型桥壳大，故应在计算胀形比之后，再确定所用管坯的尺寸规格。其外径为D₀，D₀＝245mm，壁厚H₀，H₀＝16mm；又根据塑性变形体积相等原则，经计算后确定下料长度即管坯的长度为L₀＝1286±2mm。

2.热扩胀前的管坯预成形：

参阅图4，首先对胀形区(约为900mm)两侧的管坯进行两道次热缩径工步，即将最外侧缩径为直径D₁，D₁＝150mm，长度L₁＝163mm；再向内侧则缩径的直径为D₂，D₂＝194mm。随后将整个管坯压扁，压扁部分的高度为150mm；最后将原直径为194mm的两段扁圆管规方为160mm×150mm。预成形坯料与实施例形状相似如图中所示。

3.在预成形的管坯中部切割出预制孔

参阅图5，按照实施例1中的切割预制孔的原则，在预成型坯料的中心部的压扁后的最大面上切割出轴向窄长两端用圆弧连接的预制孔。预制孔的规格为：轴向长L＝500mm，宽度B＝150mm，且轴向两端用半径为R＝75mm的半圆连接。

4.热扩胀预成型：

参阅图6至图8，将切割有预制孔的预成形管坯加热至始锻温度(1200℃)，将其置于专用大行程液压机上的下模上夹紧定位后，在压机滑块下行中，带锥度的异型凸模11插入预成形管坯上的预制孔内自上而下的连续渐进扩孔。至行程终了得到中部带近似椭圆形孔的预成形工序件，此时椭圆的长、短轴分别约为：550mm、320mm。

5.终成形热扩胀：

参阅图9至图11，将预成形工序件放进终成形模具的下模中定好位。压机滑块下行时，先由上模中央锥形冲头14驱使下模的两半内芯模17向外径向扩胀，至一定行程时，上模两侧的斜楔柱15便驱动下模的外模径向向内行，以限定壳体的外圆轮廓。另外，在扩胀过程中通过液压缸在管坯两端施加轴向力F，可向变形区内补充金属，以防止琵琶孔的轴向区域局部壁厚减薄。通过内扩胀、外形限位定型及施加轴向力的多重作用，终成形热扩胀得到的工序件已接近498型驱动桥壳的形状和尺寸。其中琵琶孔的直径为440mm、壳形法兰的外径为570±2mm，但均略呈椭圆形。

6.整形

参阅图12至图14，为消除二次热扩胀后桥壳琵琶孔及外侧壳法兰的不圆度和使桥壳外形过渡区的大圆弧达到半径约为180mm，故需要整形工序。一方面通过插入上道工序件内腔的整形的芯模19水平轴向向外侧推挤，实现对琵琶孔规圆和对过渡区内腔进行整形；另一方面用液压机构驱动整形外模20，使过渡区贴模后大圆弧达到要求。经整形后，使胀形所形成的琵琶孔与桥壳的外形轮廓尺寸均达到设计要求。

综述：

1)关于管坯规格的选定及管坯预成形的方法。本发明是在优先考虑满足合适的胀形比前提下，选定直径较大的无缝钢管做坏料，以保证后续热扩胀成形时琵琶孔外围不开裂及局部壁厚变薄。而现有的冷挤胀形技术则是依据产品图所给定的安装弹簧座处桥壳断面的矩形周长来先把矩形钢管或与其周长相等的圆管作坯料。这就无法满足胀形区内变形金属的需求，于是为了能成形中部壳体与防止开裂，只好用把琵琶孔轴向两侧带有更长的三角形孔来弥补其材料的不足。其次，本发明中在热扩胀之前，对管坯的预成形是在充分考虑成形后桥壳轴向基本保证等截面和等强度的前提下，经过计算后确定的。这样，产品的强度、刚度与疲劳寿命肯定会比补焊三角板镶块的产品高许多。

2)关于热扩胀之前对预成形管坯切割预制孔尺寸确定的方法。本发明是在反复进行成形工艺试验与采用计算机对成形工艺模拟的基础上，在保证预制孔周长约等于成形后琵琶孔周长和又能满足琵琶孔外围法兰部成形且保证琵琶孔周边不开裂及局部变薄较大的前提下确定的。这样使后续工艺稳定，实现渐进扩胀成形。现有的冷挤扩胀技术，其扩胀形之前管坯预制孔的切割形状呈狭长形窄缝，因其轴向长度过长，为实现桥壳中部扩胀，则必然会存在两侧大的三角形孔。

3)关于热扩胀预成形模具中的异型凸模的设计方法。本发明也是在大量工艺试验与计算机模拟工艺过程之后，经过优选后设计的。目的是为了避免预成形时被扩孔轴向受拉太快，导致局部变薄严重。该异型凸模设计的技术要点为：

(1)形状设计成高度方向都带一定锥度的椭圆形变截面柱。在高度方向上，其下部椭圆形底面的短轴应比管坯预制孔宽度略窄，以便插入预制孔；而其上顶部的椭圆截面设计成其周长约等于桥壳琵琶孔的周长，且其长轴稍小于预制孔的轴向长度，短轴则设计为预制孔宽度的2.3倍又小于琵琶孔直径的0.7；其有效行程高度则约为琵琶孔直径的2倍，同时自下而上用变截面椭圆过渡。这样设计的好处是既能使预成形扩孔实现小变形连续渐进扩胀，从而避免因变形太快和胀形比大而导致的被扩孔局部变薄严重甚至开裂；又能合理地分配胀形比，为扩胀终成形打下基础。

(2)关于预成形凸模上部异型截面的设计。同样基于工艺试验和对成形过程模拟的结果，为防止被扩孔轴向两侧局部变薄严重，特将预成形凸模上部大截面处自上下而地去除由4个圆弧对称相切的多余材料。构造成这样的异型断面后，能在预成形后期有效地扼制被扩孔轴向两侧金属向内流动，从而达到了避免此处壁厚的变薄严重。

4)关于采用内芯模向外扩胀，外模限定壳体外径和施加轴向力的复合胀形模的设计技术。通过该模具实现的三种功能，既能达到扩胀琵琶孔及其外围壳体法兰基本达到设计要求，又通过施加轴向力驱使金属向变形区补充避免了琵琶孔轴向两侧的局部壁厚变薄。

5)关于内外整形方法及其模具。为了保证所成形桥壳的琵琶孔圆度及过渡区的大圆弧达到要求，特增加此整形工序。所采用的模具是对内、外形都整形；由斜楔驱动内异型型芯15对过渡区内腔及琵琶孔整形；由液压驱动外模16对过渡区的外轮廓整形。

Claims (4)

1.一种重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法，其特征在于，所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法的步骤如下：

1)确定所用管坯的结构尺寸：

根据待加工的驱动桥壳的几何特征和尺寸参数，选择合适的胀形比，确定管坯的规格为直径D₀，壁厚H₀与管坯长度L₀；

2)热扩胀形前的管坯预成形；

3)在预成形的管坯中部切割出预制通孔；

在管坯中部压扁后的大面上切割出轴向窄长的且两侧圆弧连接的预制通孔，预制通孔的中心线与桥壳琵琶孔的中心线对中；

4)热扩胀预成形：

(1)将切割有预制孔的预成形管坯加热至始锻温度；

(2)放在专用大行程液压机的上模与下模中夹紧定位；

(3)在压机滑块下行中，带锥度的异型凸模(11)插入预成形管坯上的预制孔内自上而下地连续渐进扩孔，压机滑块行程终了即得到预成形管坯中部带近似椭圆形孔的预成形工序件；

5)终成形热扩胀：

(1)将预成形工序件放进终成形模具的下模中定好位；

(2)压机滑块下行时，先由上模中央锥形冲头(14)驱使下模的两半内芯模(17)向外扩胀，至一定行程时，上模两侧的斜楔柱(15)便驱动下模的外模(16)径向向内运行，以限定壳体的外圆轮廓；

(3)在扩胀过程中通过液压缸在管坯两端施加轴向力F，可向变形区内补充金属，防止琵琶孔的轴向区域局部壁厚减薄，通过内胀、外限及轴向力的多重作用，终成形热扩胀得到的工序件；

6)整形：

消除终成形热扩胀后驱动桥壳琵琶孔及其外侧法兰的不圆度和使桥壳外形过渡区的大圆弧达到半径为200mm，需要通过整形工序。

2.按照权利要求1所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法，其特征在于，所述的热扩胀形前的管坯预成形的步骤如下：

1)对胀形区两侧的管坯分别进行两道热缩径工步，即胀形区两侧的管坯的最外侧缩径后圆管的直径为D₁，再向内侧缩径圆管的直径为D₂，D₂＞D₁；

2)将整个管坯压扁，压扁部分的高度等于D₁；

3)将直径为D₂的两段圆管用模具加工成方形，即加工成横截面为矩形的方管。

3.按照权利要求1所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法，其特征在于，所述的预制孔的形状要简单，确定其结构尺寸要兼顾两方面：

1)预制孔的周长约等于将要成形的琵琶孔的周长，这样可防止扩胀孔时局部开裂或壁厚减薄；

2)预制孔的宽度在保证形成琵琶孔外围的法兰宽度的前提下尽量宽，这样可减少扩孔时的径向变形量，协调扩胀孔时不同区域的变形，防止琵琶孔的局部变薄。

4.按照权利要求1所述的重型汽车驱动桥壳的整体热扩胀制造方法，其特征在于，所述的整形的步骤如下：

1)采用液压机构驱动插入在终成形热扩胀步骤中得到的工序件内腔的整形内芯模(19)水平轴向向外侧推挤，实现对琵琶孔规圆和对过渡区内腔进行整形；

2)采用液压机构驱动整形外模(20)，使过渡区贴模后大圆弧达到要求，然后工序件掉头，在另一侧，同样采用液压机构将整形内芯模(19)向外侧推挤，使热扩胀所形成的琵琶孔与桥壳的外形轮廓尺寸均达到设计要求。