CN114713700A - 一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
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。
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。
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。
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3-5％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。
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。
发明内容
本发明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。
为了达到上述目的，本发明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：
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。
作为优选，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。
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％-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。
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。
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。
作为优选，所述芯轴的表面设置有螺旋凸起。
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。
作为优选，所述封堵密封推头伸入毛坯管内设置，所述封堵密封堵头中空设置，所述封堵密封堵头上设置有注气孔。
作为优选，两个封堵密封堵头之间接触设置。
作为优选，所述d步骤中，所述高压气体为高压惰性气体。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、采用本发明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，提高了效率，降低了企业的生产成本。
2、本发明制备的桥壳能够实现一体成型，相对于其他工艺，可通过局部壁厚及轮廓新增的拓扑优化，达到更高的可靠性及轻量化程度。
3、本发明提供的一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法能够适用屈服强度更高的材料，使桥壳的重量得到进一步降低，进而满足现有轻量化发展的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的驱动桥壳的分区图；
图2为实施例1提供的驱动桥壳的管径图；
图3为实施例1提供的原始管坯的结构示意图；
图4为实施例1提供的缩径工序的结构示意图；
图5为实施例1提供的缩径工序第二步的结构示意图；
图6为实施例1提供的缩径工序一端缩径完成后夹持状态图；
图7为实施例1提供的缩径设备的结构示意图；
图8为实施例1提供的缩径设备另一角度的结构示意图；
图9为实施例1提供的多瓣缩径模具和芯轴的结构示意图；
图10为实施例1提供的热气胀工序的剖面图；
图11为实施例1提供的热气胀工序的主视图；
图12为实施例1提供的成形模具的结构示意图；
图13为实施例1提供的固定密封模块的局部爆炸图；
图14为实施例1提供的固定密封模块去掉箱体盖板的主视图；
以上各图中，1、管坯；2、缩径设备；21、管坯旋转及轴向进给机构；22、模架；23、多瓣缩径模具；231、水平面；232、过渡倾斜面；24、芯轴；241、螺旋凸起；25、感应加热线圈；3、成形模具；31、固定密封模块；311、模块箱体；312、箱体盖板；313、通电芯棒；314、夹紧电极；315、缓冲弹簧；316、绝缘板；317、冷却管；318、电极座；319、绝缘套管；32、封堵密封推头；33、侧向曲面成形模具；34、上模；35、下模。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，本实施例旨在提供一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法以解决现有工艺所存在的技术问题，尤其是内高压一体成形桥壳中桥壳原料屈服强度低无法满足现有汽车行业日益轻量化的需求，同时，解决其在操作繁琐的问题，为此，本实施例提供的一种轻量化驱动桥壳热气胀一体成形的方法具体实施方法如下：
首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯1，众所周知，桥壳主要包括设置在中间的桥包以及设置在桥包两侧的管梁构成，在桥包和管梁之间的过渡端形成桥肩结构，其中，桥包类似于鼓包，其也是整个桥壳最宽的部分，为此，在本实施例中，根据桥壳产品图纸状态获得此产品三维数据，如图1所示，将整个桥壳以中心线为中心分为左右两段，并对每段划分为四部分，其中I区为圆柱截面区域，III区为四边倒圆角的方柱截面区域，II区为I、III区过渡状态，IV区为桥肩与桥包部分区域。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桥壳截面周长记录，分别为L1、L21-L2n、L3、L41-L4n。其中桥壳I-III区为直管部分，通过等截面周长方式直接确定为：
其中桥壳IV区为变径部分，通过截面周长延伸率不高于5％进行计算，即原始管坯1设计截面周长为：
95％L4x＜L4max＜L4x
通过圆周计算直径获得IV区原始管坯1直径为：
并以D4x的值为原始管坯1的直径，如图3所述，而关于D1、D2x以及D3的计算主要是为了方便后续缩径工序中，用于控制缩径量，并以此数据建立此缩径毛坯如图2所示，根据商用车重卡、轻卡和微卡不同车型的技术要求，通常最大直径与最小直径之比范围在2-3，其中管梁L段直径较小，其长度范围在400-900mm。
通过上述的计算，是按桥包最大截面长度的90-97％做为原始管坯1的直径，而不是按照最大截面长度来直接作为原始管坯1的直径，这样，有利于使用较小直径的原始管坯1从而达到降低生产成本的目的。
由于桥壳管坯1径厚比一般大于20(管坯1直径/管坯1壁厚)，属薄壁管范畴，采用常规镦挤缩径方法，每道次缩径比一般不超过原始管径的15％，以避免材料受到轴向力后失稳形成皱褶，针对桥壳大变径率缩径要求，需要多道次缩径，并增加期间热处理以消除冷作硬化现象。为此，本实施例还对缩径工序进行改进，采用径向模锻技术方案，可高效实现大变径率缩径，同时避免常规冷镦缩径带来的问题。
为此，本实施例的缩径主要是将选择好的原始管坯1固定在缩径设备2上，采用管坯1旋转进给的方式在多瓣缩径模具23的作用下对原始管坯1施压收缩力，使其缩径，得到毛坯管，其中，对多瓣缩径模具23模压原始管坯1过程中的管坯1变形位置进行加热处理。
在本实施例中，如图7、图8所示，缩径设备2包括管坯旋转及轴向进给机构21、用于安装多瓣缩径模具23的模架22、用于实现缩径的多瓣缩径模具23、用于对原始管坯1内壁加热以及塑形的芯轴24以及用于对原始管坯1外壁加热的感应加热线圈25。
具体的说，管坯旋转及轴向进给机构21包括底座以及设置在底座上的行走小车，在底座上设置有导轨以及行走齿条，在行走小车上设置有驱动电机和减速器，减速器的末端设置有与行走齿条啮合的行走齿轮，这样，通过驱动电机的动作实现行走小车的前进或后退。
为了使原始管坯1旋转进给，在行走小车上设置有管坯1固定件，管坯1固定件分两种，一种是类似于现有机加工的三角卡盘的结构，其从内外形成对原始管坯1端部的夹持；如图4所示，另一种则是原始管坯1的一端的管径缩径完成后，需要对另一端进行锁径时，此时仅夹持外侧，此类夹持机构类似多瓣缩径模具结构的夹持方案，从外侧对管坯1进行夹持，如图5所示，管坯1固定件采用转动的方式固定在行走小车上，在本实施例中，在行走小车上设置有驱动电机，驱动电机的动力端设置有减速机，减速机与管坯1固定件之间通过齿轮传动，从而实现管坯1固定件的转动，在本实施例中，采用旋转进料的方式能够有效避免材料受到轴向力后失稳形成皱褶。
而模架22则主要用于安装多瓣缩径模具23，根据缩径设备2的不同，模架22可以选用，如果选用高频冲床，高频冲床对模具上的冲头提供一定频率和一定吨位的下压力，可以是冲床，也可以是标准径向锻造机。采用径向锻造机时，无模架，模具直接安装在径向锻造机锤头上，其余部分与采用冲床方案相同，在本实施例中，采用类似冲床的结构设计，模架22整体呈方形框架结构，在模架22的上下以及两侧设置有冲压油缸，冲压油缸的动力端连接冲头，冲头用于连接多瓣缩径模具23。
多瓣缩径模具23就是指由多个呈环形分布的模具构成的中心呈孔的模具，缩径模具为多辧式的结构，其至少是两瓣以上的结构，在本实施例中，为四瓣式，用于配合模架22上的四个方位的冲头。模具闭合时截面形状与缩径缩径后直径变化锥度一致，考虑到从D4x直接缩径到D3，其变化量较大，为此，多瓣缩径模具23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，过渡倾斜面用于实现两段不同直径的水平面之间的过渡。其中，靠近原始管坯1一端的水平面的直径与D4x相同，而远离的水平面的直径则与D3相同，过渡倾斜面则用于实现两个水平面之间的过渡，使其缓慢过渡缩径，确保缩径的效果，在本实施例中，以Q460C高强钢为例，多瓣缩径模具23在以1-2Hz频率往复开闭，对毛坯管施加收缩力，每次收缩行程控制在5-10mm，模具松开时管坯1延轴线前进15-20mm。当管坯1端部进入模具锥度根部时，受模具及模芯在壁厚方向的挤压，这样能够管坯1离开模具后形成受控的稳定一致的壁厚。考虑到冷镦缩径所存在的材料变形极限问题，在本实施例中，在模架22的前端还设置有感应加热线圈25，感应加热线圈25根据材料在不同温度下的屈服强度变化进行加热，其目的是使原始管坯1处于高拉伸率，低屈服强度状态时变形，需要较小的力即可实现缩径，在本实施例中，同样以Q460C高强钢为例，通过感应加热线圈25及芯轴24中的电加热器辅助加热，使管坯1变形部位温度稳定在800℃-900℃之间。
在本实施例中，在模架22远离管坯旋转及轴向进给机构21的一端设置有芯轴24固定架，可以单独设置，也设置在模架22上。芯轴24固定架的主要目的就是固定芯轴24，芯轴24有三个作用，第一，其对原始管坯1实现支撑，用于在多瓣缩径模具23缩径过程中，对原始管坯1进行支撑；第二，从内部对管坯1进行加热，为此，在本实施例中，在芯轴24中设置有电加热器辅助加热；最后，则是为了得到强度更好的桥壳，如图9所示，由于采用高强度钢，在同等强度下，其厚度和重量要远远小于低强度钢，从而满足轻量化的需求，而原始管坯1的进料方式是旋转进料缩径，同时，芯轴24也呈转动状态，这样在芯轴24的表面增加螺旋凸起的情况下，在桥壳的管梁段就会形成螺旋状的加强筋，从而进一步达到增强桥壳强度的目的。在本实施例中，用于对原始管坯1内壁加热以及对缩径部位进行壁厚控制的芯轴24，与多瓣模合模轴线同轴，轴向固定，被驱动绕轴线旋转。芯轴24伸入模具，并在多瓣模合模等直径部分位置设置有螺旋凸起，在管坯1脱离多瓣模锥度时，在芯轴24螺旋力、管坯1轴向进给力、多瓣模等直径段合模力联合作用下，管坯1形成桥壳肩等壁厚及等外径段形状，其中桥壳肩内壁形成一定深度的螺旋沟槽，提高截面抗弯模量，实现轻量化结构。此外，芯轴24内设置燃气流道，并在螺旋凸起外端设置若干燃气喷孔，对已开始变形缩径的管坯1进行火焰补热，确保管坯1受力变形全过程屈服强度、延伸率满足工艺条件。
通过上述的设置，能够确保实现2-3倍的缩径量而不使原始管坯1失稳起皱，同时，实现缩径部位的壁厚控制，并使桥肩部位的壁厚形成有利提高截面抗弯模量的增强沟槽结构。此外，加热的设置，也使原始管坯1的材质得到进一步的热处理，使其强度更高，这样，可以实现高效、快速的缩径，从而提高生产效率。
由于I区为圆柱截面区域，III区为四边倒圆角的方柱截面区域，II区为I、III区过渡状态，在I区和II区的缩径则需要单独进行缩径，其缩径设备2和III区的缩径设备2一样，如图5所示，完成I区和II区的缩径。
缩径完成后，就需要对缩径的毛坯管进行成形工艺，和传统的胀成形不同的是，本案申请所提供的技术方案为冲压与胀形结合的成形方法。首先通过管坯1内高压气体形成类似冲压凹模的支撑，然后模具，类似冲压工艺的凸模，通过合模力对超出模具型腔外的部分进行冲压，使管坯1实现90％以上的贴模度，最后提高管坯1内压进行胀形，使管坯1精确与模具型腔贴模成形，获得完整的胀形桥壳。成形前将缩径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3中，加热目的是使毛坯管处于高拉伸率，低屈服强度状态时成形，需要较小的力即可实现变形。
由于缩径完成后，管梁处圆截面周长与成品截面周长相同，为此，胀形主要是针对桥包和桥肩位置处的截面周长变化以及方柱截面区域的变化，为此，如图10～图12所示，本实施例提供的成形模具3包括用于固定毛坯管左右两侧的固定密封模块31、用于固定毛坯管前后两端的侧向曲面成形模具33、用于实现桥壳上平面的上模34以及用于实现桥壳桥包的下模35，其中，上模34和下模35相对运动设置。
固定密封模块31主要用于对毛坯管的两端进行夹持，实现固定。用于密封毛坯管端部的封堵密封推头32。封堵密封推头32主要用于实现毛坯管密封，封堵密封推头32可以采用两种设计方案，一种是一端单纯的密封，另一端兼具密封和注气的功能，另一种则是两端都具有密封和注气的功能。在本实施例中，选用第二种方案。具体的说，封堵密封推头32伸入毛坯管内设置，两个封堵密封推头32的端部插入设置，在任一封堵密封推头32的端部设置有凹槽，另一封堵密封推头32的端部设置有凸起，利用凸起插入到凹槽内，实现两个封堵密封推头32之间的连接和相互支撑，同时，封堵密封堵头中空设置，在封堵密封堵头上设置有注气孔，用于形成对毛坯管的充气，这样设置，可以显著减少胀形时充入的气体，有效降低汽车桥壳两端的密封力，生产效率高，同时，封堵密封推头32的支撑，在冲压过程中，成形质量好。
侧向曲面成形模具33主要用于实现桥包的圆形弧面，为此，侧向曲面成形模具33的内侧面呈曲面设置。
而桥壳的桥包部分的一面为水平面，另一面则为球面，为此，上模34利用冲压形成桥壳上平面，而下模35则用于实现桥包的球面，在本实施例中，上模34向下匀速推动位移为d1，下模35向上匀速推动位移为d2。其满足：
d1＝D4max-H1
d2＝D4max-H2
其中，H1为桥壳上平面与桥壳轴心最小距离；H2为桥包与桥壳轴心最大距离。
在上下模35合模过程中保持的均匀速度上模34为V1，下模35为V2。其速度要求保持的比例关系为：
在成形过程中毛坯管内维持压力P为：
其中，tmin为缩径毛坯管最小壁厚；σs为高强钢在此高温状态下屈服强度。
向毛坯管内维持压力的主要目的就是在上下模35冲压过程中，对毛坯管进行支撑，使其按照形成模具的形状成形。这样，利用模具冲压力与内压的结合使毛坯管轮廓发生变形，从而能够形成一些局部小角度难以成形的部分。
考虑到冲压成形时有一些管体的圆角特征无法形成，为此，在本实施例中，采用气胀成形的方法对其成形，具体说，继续将毛坯管内注入高惰性压气体P2将管体圆角特征完成成形。
其中，△P通过气态平衡方程式进行描述，tmax为缩径毛坯管最大壁厚；Rmin为产品圆角特征最小值。高压惰性气体选择氮气，降低高压高温下的安全风险，并有利减缓毛坯管在高温下的氧化。P2最高压力控制在50MPa，通过多级增压实现。经过二道工序，便完成了驱动桥壳管梁的无焊缝一体成形，各部位轮廓特征符合设计标准。尤其在气胀过程中，其拉伸率部分仅在3％～10％左右，实现上述桥壳热气胀成形，模具的合模力可控制在1500吨以内，与传统常温内高压成形工艺相比吨位大幅降低，设备投入低。
考虑到无论是上下模35的冲压以及气胀变形对需要对毛坯件的温度保持拉伸率高的状态，仅通过前期的预加热无法长期保持，为此，本实施例中，还专门提供一种集固定和加热功能一体的固定密封模块31。
如图13、图14所示，本实施例提供的固定密封模块31包括呈长方体状设置的模块箱体311，每一侧的固定密封模块31均采用上下夹持结构，即每一侧的固定密封模块31均包括上下两块模块箱体311，在模块箱体311的一侧设置有箱体盖板312，箱体盖板312和模块箱体311之间就构成了顶部或底部开口的箱体结构，在本实施例中，箱体盖板312和模块箱体311之间采用螺栓进行固定。
为了实现对毛坯管的加热，在本实施中，采用电加热的方式，具体的说，在模块箱体311内设置有夹紧电极314，夹紧电极314截面呈倒置的T字型设置，其顶部设置有弧形凹槽，用于两个夹紧电极314配合形成对毛坯管两端的夹持，在夹紧电极314上设置有通电芯棒313，通电芯棒313伸入夹紧电极314内设置，为了保证安全，通电芯棒313裸露在外的部分套装有绝缘套管319，绝缘套管319为采用Al2O3陶瓷材质的耐高温绝缘材质套管，形成对通电芯棒313的保护，而为了对夹紧电极314进行保护，在夹紧电极314的周围设置有绝缘板316，绝缘板316也采用Al2O3陶瓷材质，实现夹紧电极314与模块箱体311和箱体盖板312的隔绝。
考虑到夹紧时的缓冲，在夹紧电极314的底部设置有电极座318，在电极座318和模块箱体311之间设置有缓冲弹簧315，具体的说，在模块箱体311内设置有导向轴，缓冲弹簧315套装在导向轴上，导向轴贯穿电极座318的顶部，利用螺母实现模块箱体311和电极座318的固定，这样，利用缓冲弹簧315的设置，能够实现电极座318的悬空设置，进而进一步确保安全。
为了在一定程度上降低夹紧电极314的温度，在夹紧电极314内设置有管道，管道的两端连通有冷却管317，利用冷却管317实现对夹紧电极314的换热，确保夹紧电极314的使用寿命。这样，在使用时，夹紧电极314实现管端表面与其压紧接触，上下夹紧电极314导通电流为相同的正极电流；管坯1另一端的上下夹紧电极314导通电流为相同的负极电流；在此过程中管坯1实现了电阻加热，其导通电流要求为低电压高电流，使该加热方式满足大功率加热的同时，也避免了零件之间间距较小状态的高压击穿风险。
通过上述的设置，配合缩径后的毛坯管，实现先压再胀的结构工艺，有效的避免了传统内高压成形工序中频繁胀压的问题，提高了生产效率，同时，气胀成形过程中，桥包及桥肩局部拉伸率部分仅在3％～10％之间，确保了桥壳的强度。此时，得到的桥壳基本成型。
然后，对桥壳的表面进行喷丸处理，消除热成形过程中桥壳表面形成的氧化层，并提高桥壳表面硬度。
待表面处理完成后，桥包处激光开孔及管梁两端推头密封段定尺切断。也可以是该工步在表面喷丸处理前进行。
最后，完成桥包法兰盘、桥包支撑换、桥壳轴头、板簧支撑座等与成形桥壳的MIG焊接。到此驱动桥壳总成工序全部结束。
采用本发明的工艺方法制造一体成形的桥壳，只需要2到关键工序和3到辅助工序，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，设备吨位降低，有利径济批量的生产。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
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步骤中，针对桥肩与桥包区域通过截面周长延伸率在3％-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。
4.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。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求5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，所述芯轴的表面设置有螺旋凸起。
7.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。
8.根据权利要求7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，所述封堵密封推头伸入毛坯管内设置，所述封堵密封堵头中空设置，所述封堵密封堵头上设置有注气孔。
9.根据权利要求8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，两个封堵密封堵头之间接触设置。
10.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d步骤中，所述高压气体为高压惰性气体。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |