CN111558665B - 液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺及模具。所述工艺包括四次轴端缩径及三次轴端温推压。所述模具包括上模板、下模板，左、右缩径凹模组件，中部、端部夹持模组件等，上模板带动中上夹持模及上端夹持模Ⅰ、Ⅱ下行，与中下夹持模及下端夹持模Ⅰ、Ⅱ分别夹持管件中部及端部，与缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ的定径段，共同保证管件成形不起皱失稳，所述左、右缩径(推压)凹模组件相向移动，实现管件的减径或推压，成形带锥面及垂直台肩的轴头。本发明在液压胀形桥壳本体基础上成形轴头，无须焊接半轴套管，真正实现桥壳无焊缝，提高桥壳疲劳强度并减轻质量，且轴头成形模具与前期桥壳本体成形设备匹配，极大节省轴头的成形成本。

Description

液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺及模具

所属技术领域

本发明涉及一种桥壳轴头成形工艺及模具，特别涉及一种液压胀形驱动桥桥壳轴头的成形工艺及模具。

背景技术

桥壳是后驱车辆上的重要承载件及传力件，一般由中部桥包、两端轴管及轴头部分组成(见图1)。轴头(或半轴套管)主要支撑轮毂转动同时承受动态的垂直载荷及弯矩，相对桥壳本体(即中部桥包加两端轴管)要求有更高的抗疲劳强度。考虑到材料成本及工艺因素，传统上轴头与本体多分体成形，半轴套管通过模锻、镦挤、热挤压或辊锻成形后，再与铸造、冲压焊接、扩张成形或液压胀形的桥壳本体焊接为一体。近年液压胀形桥壳因其强度、刚度及疲劳寿命高正逐渐进入桥壳市场，传统车辆用液压胀形桥壳可一体成形桥壳本体(包括桥壳后盖)，但仍需焊接半轴套管。本专利公开的轴头成形工艺及模具，适用液压胀形驱动桥桥壳，在前期液压胀形桥壳本体基础上，可后续成形桥壳轴头部分，无须焊接半轴套管，真正实现桥壳无焊缝，提高桥壳抗疲劳强度，并减轻桥壳质量，符合车辆轻量化趋势。

图1为某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳简图，轴头部分外径φ_d1与壁厚t₁的比值小于5.0，属厚壁筒，其外形特征包含一段锥形及一个直角台肩。目前此类桥壳轴头与桥壳本体一体铸造，带轴头的桥壳再经机械加工及热处理，制造工艺简单，但制件质量大，与电动汽车迫切的轻量化趋势不相符合；根据液压胀形桥壳成形工艺特点，传统半轴套管成形工艺亦不能直接用于液压胀形驱动桥桥壳轴头的成形。

目前关于桥壳轴头成形的相关文献较多。中国专利(CN201110020958.3)公开一种半挂车轴管挤压成形设备，该专利通过液压机机架顶部夹紧装置对轴管中部夹持，两端油缸推动滑座相对移动，使中频加热后的轴端进入模具内挤压成形，通过一次热缩径、两次热挤压成形轴管锥形段及两个台肩。此工艺及设备适合薄壁管(径厚比大于16)制件，但不适用液压胀形驱动桥桥壳轴头的垂直台肩成形：①液压胀形驱动桥桥壳轴头属厚壁筒，其允许的单道次缩径变形量较小，且易发生轴向失稳起皱，单次缩径无法完成；②初始管材与液压液胀形桥壳工艺选材不同，且成形模具与液压胀形桥壳前期工艺不相匹配；③成形设备中的夹持方式及中频加热装置均不适用中部带桥包的液压胀形驱动桥桥壳轴头。中国专利(ZL201620107000.6)公开一种驱动桥轴头挤压成形模具，该专利轴头毛坯预热后经机架中部的毛坯固定机构固定其左半侧，左右油缸分别推动内、外形挤压机构的推力杆及外形挤压模具相向移动，实现毛坯左侧内腔、右侧外形挤压成型。该专利涉及的外挤压模具仅能成形锥形台肩，不能成形垂直台肩，其成形机构仅适合单独的轴头(半轴套管)夹持及成形，不适用液压胀形驱动桥桥壳轴头的成形。

中国专利(ZL201210348509.6、ZL201611023800.0及ZL201310191757.9)均涉及液压胀形桥壳本体成形用缩径模具，其均为薄壁管缩径成形，其原始管材与带轴头的液压胀形桥壳亦不同，其缩径模具参数及中部夹持的成形设备均不适用于液压胀形驱动桥桥壳轴头的成形。

发明内容

为克服现有液压胀形桥壳仍需焊接半轴套管的问题，本发明提供一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺及模具，经一次缩径成形轴头锥面，经三次缩径预成形大锥面，再经三次温推压达到轴向补料将大锥面逐步成形为垂直台肩。该发明在液压胀形桥壳本体基础上实现后续轴头成形，使液压胀形桥壳本体无需焊接半轴套管，即可提高桥壳疲劳强度又可减轻质量；轴头成形模具与前期桥壳本体成形设备匹配，节省后续轴头成形成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺，即桥壳本体液压胀形后得到预成形管件(以下简称管件见图2，桥包外径φ_d0壁厚t₀，轴头外径φ_d3长度l₂)基础上进行的轴头成形，包括四次轴端缩径及三次轴端温推压，具体工艺如下：

①液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第一次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d2(见图3)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离为l₃。

②液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第二次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d4(见图4)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离为l₄。

③第二次缩径后的管件轴端退火处理。

④液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第三次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d5(见图5)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离仍为l₄。

⑤液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第四次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d1(见图6)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离仍为l₄。

⑥液压机上，夹持管件中部及两端轴管，缩径锥形区中频局部加热后进行第一次轴端推压，推压锥面与轴头母线夹角为θ₁、过渡圆角为R₁，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离为l₅(见图7)。

⑦液压机上，夹持管件中部及两端轴管，推压锥形区中频局部加热后进行第二次轴端推压，推压锥面与轴头母线夹角为θ₂、过渡圆角为R₂，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离为l₆(见图8)。

⑧液压机上，夹持管件中部及两端轴管，推压锥形区中频局部加热后进行第三次轴端推压，推压锥面与轴头母线夹角为θ₃、过渡圆角为R₃，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离为l₁(见图9)。

所述液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺，其特征是：所述四次轴端缩径，单次缩径系数不小于0.90，四次缩径锥角θ(即缩径凹模半锥角)及缩径锥面与减径区过渡圆角R均相同，缩径锥角θ＝20°-25°；所述三次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角150°>θ₁>θ₂>θ₃＝90°，过渡圆角30mm>R₁>R₂>R₃>3mm，中频局部加热温度700℃≤T≤900℃。所述四次轴端缩径及三次轴端温推压中，夹持模外端面至管件对称中心线距离l_j均相同。

一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形模具，包括上模板、下模板，左、右缩径凹模组件，中部、端部夹持模组件等。所述中部、端部夹持模组件夹持管件中部及端部，与所述左、右缩径(推压)凹模组件中缩径(推压)凹模的定径段，共同保证管件成形过程中不起皱失稳。

所述左、右缩径(推压)凹模组件结构相同左右对称布置，其中所述左缩径(推压)凹模组件包括侧模板Ⅰ、支撑筒Ⅰ、固定模Ⅰ及缩径(推压)凹模Ⅰ。所述缩径(推压)凹模Ⅰ通过螺栓固定于固定模Ⅰ内部，所述固定模Ⅰ通过螺栓固定于支撑筒Ⅰ右侧面，所述支撑筒Ⅰ左侧面通过螺栓与侧模板Ⅰ相连。所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ包括用于缩径或推压的成形段及用于保持管坯直径防止起皱失稳的定径段。

所述中部夹持模组件包括中上夹持模及中下夹持模，所述中上夹持模通过螺栓固定于上模板下底面中部，所述中下夹持模通过螺栓固定于下模板上底面中部；所述端部夹持模组件包括上端夹持模Ⅰ、Ⅱ及下端夹持模Ⅰ、Ⅱ，所述上端夹持模Ⅰ、Ⅱ通过螺栓分别固定于上模板下底面的左、右两侧，所述下端夹持模Ⅰ、Ⅱ通过螺栓分别固定于下模板下底面的左、右两侧。所述中上夹持模及中下夹持模的型腔与管件中部对应部分的外廓相同。

所述液压胀形驱动桥桥壳轴头成形模具，其工作过程如下：①所述管件置于中下夹持模的型腔内。②所述上模板带动中上夹持模及上端夹持模Ⅰ、Ⅱ下行至上端夹持模Ⅰ、Ⅱ与管件的轴管部分完全接触或压力机压力达到预定值。③所述左、右缩径(推压)凹模组件相向移动至预定位置，推动所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ实现管件两端轴头的减径或推压。④所述上模板带动中上夹持模及上端夹持模Ⅰ、Ⅱ上行，取出管件。

更换所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ可实现不同缩径及推压工艺的切换；所述成形模具与前期桥壳本体缩径成形设备匹配，更换所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ及中部、端部夹持模组件即可实现轴头成形，并适应不同规格液压胀形驱动桥桥壳产品。

本发明的有益效果是：在液压胀形驱动桥桥壳本体基础上成形轴头，无需焊接半轴套管，真正实现桥壳无焊缝，提高桥壳疲劳强度并减轻桥壳质量；仅更换所述缩径(推压)凹模可实现不同缩径及推压工艺的切换；所述轴头成形模具与前期桥壳本体缩径成形设备匹配，仅更换所述缩径(推压)凹模及中部、端部夹持模组件即可实现轴头成形，并适用不同规格液压胀形驱动桥桥壳产品，极大节省桥壳轴头的成形成本。

附图说明

图1是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳简图及关键尺寸；

图2是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形前的预成形管件简图；

图3是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第一次轴端缩径后管件简图；

图4是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第二次轴端缩径后管件简图；

图5是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第三次轴端缩径后管件简图；

图6是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第四次轴端缩径后管件简图；

图7是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第一次轴端温推压后管件简图；

图8是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第二次轴端温推压后管件简图；

图9是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第三次轴端温推压后管件简图；

图10是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形模具装配简图-主视图；

图11是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形模具装配简图-C-C截面剖视图；

图12是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第一次轴端温推压凹模简图。

在上述附图中，1、1′.侧模板Ⅰ、Ⅱ，2、2′.支撑筒Ⅰ、Ⅱ，3、3′.固定模Ⅰ、Ⅱ，4、4′.缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ，5、5′.侧上夹持模Ⅰ、Ⅱ，6.预成形管件，7.中上夹持模，8.上模板，9、9′.端部支撑Ⅰ、Ⅱ，10、10′.侧下夹持模Ⅰ、Ⅱ，11.中下夹持模，12.下模板，13、13′.导轨Ⅰ、Ⅱ，14、14′.导轨座Ⅰ、Ⅱ，15.导套，16.导柱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进一步详细说明。

实施例

图1是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳简图及关键尺寸：φ_d0＝295mm、t₀＝10mm、φ_d3＝125mm、φ_d2＝115mm、φ_d1＝88mm、t₁＝19mm及l₁＝668mm。

本发明提供的一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺，即经桥壳本体液压胀形得到预成形管件(见图2，l₂≥380mm)基础上进行的轴头成形，包括三次轴端缩径及四次轴端温推压，其具体工艺如下：

①液压机上，夹持管件两端轴管进行第一次轴端缩径，夹持模具外端面至管件对称中心线距离l_j＝580mm(见图3)，缩径后轴端外径减为φ_d2＝115mm，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离l₃＝610mm，缩径系数为0.92，缩径锥角θ＝20°，过渡圆角R＝50mm。

②液压机上，管件夹持位置不变进行第二次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d4＝104mm(见图4)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离l₄＝657mm，缩径系数为0.90，缩径锥角及过渡圆角与第一次轴端缩径相同。

③第二次缩径后管件轴端约170mm长的成形段进行退火处理。

④液压机上，管件夹持位置不变进行第三次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d5＝95mm(见图5)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离仍为l₄＝657mm，缩径系数0.91，缩径锥角及过渡圆角与第一次轴端缩径相同。

⑤液压机上，管件夹持位置不变进行第四次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d1＝88mm(见图6)，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离仍为l₄＝657mm，缩径系数为0.93，缩径锥角及过渡圆角与第一次轴端缩径相同。

⑥液压机上，管件夹持位置不变，缩径锥形区中频局部加热(800℃)后进行第一次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角θ₁＝145°、过渡圆角R₁＝25mm，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离l₅＝687mm(见图7)。

⑦液压机上，管件夹持位置不变，推压锥形区中频局部加热(800℃)后进行第二次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角θ₂＝115°、过渡圆角R₂＝15mm，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离l₆＝680mm(见图8)。

⑧液压机上，管件夹持位置不变，推压锥形区中频局部加热(800℃)后进行第三次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角θ₃＝90°、过渡圆角R₃＝5mm，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离l₁＝668mm(见图9)。

本发明提供的一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形模具(见图10及11)，包括上模板8、下模板12，左、右缩径凹模组件，中部、端部夹持模组件等。所述中部夹持模组件夹持管件6的中部，所述端部夹持模组件夹持管件6的端部，与所述左、右缩径(推压)凹模组件中缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)的定径段，共同保证管件6成形过程中不起皱失稳。

所述左、右缩径(推压)凹模组件结构相同左右对称布置，其中所述左缩径(推压)凹模组件包括侧模板Ⅰ1、支撑筒Ⅰ2、固定模Ⅰ3及缩径(推压)凹模Ⅰ4。所述缩径(推压)凹模Ⅰ4通过螺栓固定于固定模Ⅰ3内部，所述固定模Ⅰ3通过螺栓固定于支撑筒Ⅰ2右侧面，所述支撑筒Ⅰ2左侧面通过螺栓与侧模板Ⅰ1相连。所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)包括用于缩径或推压的成形段及用于保持管坯直径防止起皱失稳的定径段。

所述中部夹持模组件包括中上夹持模7及中下夹持模11，所述中上夹持模7通过螺栓固定于上模板8下底面中部，所述中下夹持模11通过螺栓固定于下模板12上底面中部；所述端部夹持模组件包括上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)及下端夹持模Ⅰ、Ⅱ(10、10′)，所述上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)通过螺栓分别固定于上模板8下底面的左、右两侧，所述下端夹持模Ⅰ、Ⅱ(10、10′)通过螺栓分别固定于下模板12下底面的左、右两侧。所述中上夹持模7及中下夹持模11的型腔与管件6中部对应部分的外廓相同。

所述液压胀形驱动桥桥壳轴头成形模具，其工作过程如下：①所述管件6置于中下夹持模11的型腔内。②所述上模板8带动中上夹持模7及上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)下行至上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)与管件6的轴管部分完全接触或压力机压力达到预定值。③所述左、右缩径(推压)凹模组件相向移动至预定位置，推动所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)实现管件6两端轴头的减径或推压。④所述上模板8带动中上夹持模7及上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)上行，取出管件6。

更换所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)可实现不同缩径及推压工艺的切换；所述成形模具与前期桥壳本体缩径成形设备匹配，更换所述缩径(推压)凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)及中部、端部夹持模组件即可实现轴头成形，并适应不同规格液压胀形驱动桥桥壳产品。

图12是某电动汽车液压胀形驱动桥桥壳轴头成形第一次轴端温推压凹模简图，其中模具成形段长度l₉＝100mm、模具成形段及定径段总长l₈＝200mm、成形段外径φ_d7＝300mm、定径段外径φ_d6＝185mm、l₇＝50mm。

Claims (2)

1.一种液压胀形驱动桥桥壳轴头的成形工艺，所述成形工艺为桥壳本体液压胀形后得到预成形管件基础上进行的轴头成形，包括四次轴端缩径及三次轴端温推压，其成形工艺包括如下步骤：

步骤①：液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第一次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d2，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离为l₃；

步骤②：液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第二次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d4，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离为l₄；

步骤③：第二次缩径后的管件轴端退火处理；

步骤④：液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第三次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d5，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离仍为l₄；

步骤⑤：液压机上，夹持管件中部及两端轴管进行第四次轴端缩径，缩径后轴端外径减为φ_d1，缩径锥面与轴管外母线交点至管件对称中心线距离仍为l₄；

步骤⑥：液压机上，夹持管件中部及两端轴管，缩径锥形区中频局部加热后进行第一次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角为θ₁、过渡圆角为R₁，过渡圆角与轴管母线交点至管件对称中心线距离为l₅；

步骤⑦：液压机上，夹持管件中部及两端轴管，推压锥形区中频局部加热后进行第二次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角为θ₂、过渡圆角为R₂，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离为l₆；

步骤⑧：液压机上，夹持管件中部及两端轴管，推压锥形区中频局部加热后进行第三次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角为θ₃、过渡圆角为R₃，过渡圆角与轴头母线交点至管件对称中心线距离为l₁；

所述四次轴端缩径，单次缩径系数不小于0.90，四次缩径锥角θ及缩径锥面与减径区过渡圆角R均相同，缩径锥角θ＝20°-25°；所述三次轴端温推压，推压锥面与轴头母线夹角150°>θ₁>θ₂>θ₃＝90°，过渡圆角30mm>R₁>R₂>R₃>3mm，中频局部加热温度700℃≤T≤900℃；所述四次轴端缩径及三次轴端温推压中，夹持模外端面至管件对称中心线距离l_j均相同。

2.一种用于权利要求1所述液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺的成形模具，其特征是：所述成形模具包括上模板(8)、下模板(12)、左、右缩径凹模组件和中部、端部夹持模组件，所述中部、端部夹持模组件分别夹持管件(6)的中部及端部，与所述左、右缩径凹模组件中缩径推压凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)的定径段，共同保证管件(6)成形过程中不起皱失稳；

所述左、右缩径凹模组件结构相同且左右对称布置，其中所述左缩径凹模组件包括侧模板Ⅰ(1)、支撑筒Ⅰ(2)、固定模Ⅰ(3)及缩径推压凹模Ⅰ(4)；所述缩径推压凹模Ⅰ(4)通过螺栓固定于固定模Ⅰ(3)内部，所述固定模Ⅰ(3)通过螺栓固定于支撑筒Ⅰ(2)右侧面，所述支撑筒Ⅰ(2)左侧面通过螺栓与侧模板Ⅰ(1)相连；所述缩径推压凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)包括用于缩径或推压的成形段及用于保持管坯直径防止起皱失稳的定径段；

所述中部夹持模组件包括中上夹持模(7)及中下夹持模(11)，所述中上夹持模(7)通过螺栓固定于上模板(8)下底面中部，所述中下夹持模(11)通过螺栓固定于下模板(12)上底面中部；所述端部夹持模组件包括上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)及下端夹持模Ⅰ、Ⅱ(10、10′)，所述上端夹持模Ⅰ、Ⅱ(5、5′)通过螺栓分别固定于上模板(8)下底面的左、右两侧，所述下端夹持模Ⅰ、Ⅱ(10、10′)通过螺栓分别固定于下模板(12)下底面的左、右两侧；所述中上夹持模(7)及中下夹持模(11)的型腔与管件(6)中部桥包对应部分的外廓相同；

所述的液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺的成形模具，更换所述缩径推压凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)可实现不同缩径及推压工艺的切换；所述成形模具与前期桥壳本体缩径成形设备匹配，更换所述缩径推压凹模Ⅰ、Ⅱ(4、4′)及中部、端部夹持模组件即可实现轴头成形，并适应不同规格液压胀形驱动桥桥壳产品。

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