CN114888531B - 一种机械胀形桥壳的制备方法及其机械胀形桥壳 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机械胀形桥壳的制备方法，属于汽车驱动桥壳制造技术领域。本发明提供的机械胀形桥壳的制备方法，首次采用ERW焊管生产机械扩胀桥壳，通过控制钢板厚度公差提高了桥壳尺寸精度；ERW焊管对焊缝在线热处理，使得焊缝组织与母材组织一致，硬度差控制在20HV以内，避免冷缩颈开裂；首次将热扩胀成形和热处理一体化工艺技术应用于机械胀形桥壳生产，利用热扩胀后桥壳仍处于高温阶段，在模具内对桥壳进行淬火处理，直接淬火至室温，提高了淬火后材料的强韧性，省掉了传统机械胀形桥壳调质处理，具有节能环保、生产效率高，疲劳寿命高的特点。

Description

一种机械胀形桥壳的制备方法及其机械胀形桥壳
技术领域
本发明涉及汽车驱动桥壳制造技术领域，尤其涉及一种机械胀形桥壳的制备方法及其机械胀形桥壳。
背景技术
中、重型商用车驱动车桥作为牵引车4大总成(驾驶室、发动机、变速器、车桥)之一，不仅用于车体承载，还用于传输动力，关系牵引车安全的总成，其重量约占整备质量的10％～30％。
国内机械胀形工艺生产的桥壳，所用材料为无缝钢管，胀形工艺为：钢管→退火→钢管两端缩颈→中间推方→开预制孔→加热扩胀成形→调质处理。由于无缝管冷成形性能差，必须退火后进行缩颈和圆变方，热扩胀后需要对车桥本体进行调质处理，以满足车桥对材料强度以及疲劳性能的要求。采用无缝管生产，存在壁厚均匀性差(厚度公差控制±12.5％*厚度)、表面质量差以及生产成本高，且材料强度低，桥壳尺寸精度差、疲劳寿命低、成本高，也不利于车桥轻量化。
发明内容
有鉴于此，为解决目前机械胀形桥壳尺寸精度和疲劳寿命偏低以及成本高的技术问题，一方面，本发明提供了一种机械胀形桥壳的制备方法，首次采用ERW焊管生产机械扩胀桥壳，通过控制钢板厚度公差提高了桥壳尺寸精度；ERW焊管对焊缝在线热处理，使得焊缝组织与母材组织一致，硬度差控制在20HV以内，避免冷缩颈开裂；首次将热扩胀成形和热处理一体化工艺技术应用于机械胀形桥壳生产，利用热扩胀后桥壳仍处于高温阶段，在模具内对桥壳进行淬火处理，直接淬火至室温，提高了淬火后材料的强韧性，省掉了传统机械胀形桥壳调质处理，具有节能环保、生产效率高，疲劳寿命高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种机械胀形桥壳的制备方法，包括如下步骤：
(1)材料选择：选取钢板进行ERW焊接以获得ERW焊管作为坯料，钢板的厚度公差控制精度±0.15mm，在ERW焊接制管过程中，焊缝进行在线正火热处理；
(2)缩颈：对ERW焊管进行冷缩径；
(3)圆变方：对未缩颈的ERW焊管部分进行圆变方冷成形处理；
(4)预制孔：在ERW焊管圆变方完成后，在长度方向面开预制孔；
(5)热扩胀：将开设有预制孔的ERW焊管在模具内进行热扩胀成形，成形后在模具内进行淬火处理。
优选地，(1)中，正火热处理的温度为Ac3+(30℃-50℃)。
优选地，Ac3采用如下公式计算：
Ac3＝910-203*C^0.5-15.2*Ni+44.7*Si+104*V+31.5*Mo+13.1*W-30*Mn-11*Cr-20*Cu+700*P+120*As；
式中，各个元素为质量百分数。
优选地，(5)中，热扩胀具体为：
将坯料在加热炉中加热至900-1100℃，保温时间为20-50min，然后在模具内进行热扩胀成形，成形后在模具内立即进行淬火，淬火至室温。
另一方面，本发明提供了一种机械胀形桥壳，采用上述机械胀形桥壳的制备方法制备得到。
本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：
1.本发明首次采用ERW焊管生产机械扩胀桥壳，通过控制钢板厚度公差提高了桥壳尺寸精度；ERW焊管对焊缝在线热处理，使得焊缝组织与母材组织一致，硬度差控制在20HV以内，避免冷缩颈开裂。
2.本发明首次将热扩胀成形和热处理一体化工艺技术应用于机械胀形桥壳生产，利用热扩胀后桥壳仍处于高温阶段，在模具内对桥壳进行淬火处理，直接淬火至室温，提高了淬火后材料的强韧性，省掉了传统机械胀形桥壳调质处理，具有节能环保、生产效率高，疲劳寿命高的特点。
3.本发明采用ERW焊管生产机械胀形桥壳，桥壳尺寸精度高，桥壳与桥壳最大重量差为0.5kg，无缝管生产桥壳最大重量差为5kg；采用热扩胀工艺，胀形后桥壳无琵琶孔，与传统带琵琶孔桥壳相比，无需焊接琵琶孔处的三角板，减少了8道焊缝，提高了材料成材率和疲劳寿命。通过模具内淬火工艺处理，桥壳组织为铁素体+马氏体双相组织，屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥750MPa，延伸率≥18％，-20℃冲击功≥150J。车桥垂直疲劳寿命(2.5倍载荷)≥180万次(国标要求80万次)。
附图说明
图1为现有无缝管机械胀形桥壳的结构示意图；
图2为本发明机械胀形桥壳的结构示意图；
图3为本发明ERW焊缝组织；
图4为本发明桥壳淬火后组织。
图中，1.琵琶孔。
具体实施方式
如图2-4所示，本发明提供了一种机械胀形桥壳的制备方法，包括如下步骤：
(1)材料选择：选取钢板进行ERW焊接以获得ERW焊管作为坯料，钢板的厚度公差控制精度±0.15mm(保证了桥壳厚度的一致性)，在ERW焊接制管过程中，焊缝进行在线正火热处理，ERW焊管长度优选为(1500-2000)mm；
(2)缩颈：对ERW焊管进行冷缩径，ERW焊管管径优选为φ(200-240)mm，缩颈后的尺寸为φ(140-190)mm；
(3)圆变方：对未缩颈的ERW焊管部分进行圆变方冷成形处理，优选成方后的尺寸为(160-220)mm；
(4)预制孔：在ERW焊管圆变方完成后，在长度方向面开预制孔，预制孔尺寸优选为(50-80)mm*(350-500)mm；
(5)热扩胀：将开设有预制孔的ERW焊管在模具内进行热扩胀成形，成形后在模具内进行淬火处理。
在本发明中，(1)中，正火热处理的温度为Ac3+(30℃-50℃)，其中，Ac3为亚共析钢加热时，所有铁素体均转变为奥氏体的温度，Ac3温度根据选择材料进行调整；
在本发明中，Ac3采用如下公式计算：
Ac3＝910-203*C^0.5-15.2*Ni+44.7*Si+104*V+31.5*Mo+13.1*W-30*Mn-11*Cr-20*Cu+700*P+120*As；
式中，各个元素为质量百分数。
在本发明中，(5)中，热扩胀具体为：
将坯料在加热炉中加热至900-1100℃，保温时间为20-50min，然后在模具内进行热扩胀成形，成形后在模具内立即进行淬火，淬火至室温。
另一方面，本发明提供了一种机械胀形桥壳，采用上述机械胀形桥壳的制备方法制备得到。
本发明首次采用ERW焊管生产机械扩胀桥壳，通过控制钢板厚度公差提高了桥壳尺寸精度；ERW焊管对焊缝在线热处理，使得焊缝组织与母材组织一致，硬度差控制在20HV以内，避免冷缩颈开裂。
本发明首次将热扩胀成形和热处理一体化工艺技术应用于机械胀形桥壳生产，利用热扩胀后桥壳仍处于高温阶段，在模具内对桥壳进行淬火处理，直接淬火至室温，提高了淬火后材料的强韧性，省掉了传统机械胀形桥壳调质处理，具有节能环保、生产效率高，疲劳寿命高的特点。
本发明采用ERW焊管生产机械胀形桥壳，桥壳尺寸精度高，桥壳与桥壳最大重量差为0.5kg，无缝管生产桥壳最大重量差为5kg；采用热扩胀工艺，胀形后桥壳无琵琶孔1(如图1所示)，与传统带琵琶孔桥壳相比，无需焊接琵琶孔1处的三角板，减少了8道焊缝，提高了材料成材率和疲劳寿命。通过模具内淬火工艺处理，桥壳组织为铁素体+马氏体双相组织，屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥750MPa，延伸率≥18％，-20℃冲击功≥150J。车桥垂直疲劳寿命(2.5倍载荷)≥180万次(国标要求80万次)。
下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
(1)材料选择：采用14.0mm钢板进行ERW焊接制管作为坯料，厚度范围14.0-14.2mm，ERW焊接制管过程中，焊缝进行在线正火热处理，正火温度900℃；
(2)缩颈：对管径为240mm的ERW焊管进行冷缩径，缩颈后的尺寸为150mm；
(4)圆变方：将未缩颈的ERW焊管部分进行圆变方冷成形处理，成方后的尺寸为150mm*160mm；
(5)预制孔：在ERW焊管圆变方完成后，在长度为160mm的面开预制孔，预制孔尺寸50*400mm；
(6)热扩胀：在模具内进行热扩胀成形，加热温度950℃，保温时间20min,成形后在模具内进行淬火处理。
实施例2
(1)材料选择：采用13.0mm钢板进行ERW焊接制管作为坯料，厚度范围13.05-13.2mm,ERW焊接制管过程中，焊缝进行在线正火热处理，正火温度880℃；
(2)缩颈：对管径为232mm的ERW焊管进行冷缩径，缩颈后的尺寸为160mm；
(3)圆变方：将未缩颈的ERW焊管部分进行圆变方冷成形处理，成方后的尺寸为160mm*170mm；
(4)预制孔：在ERW焊管圆变方完成后，在长度为170mm的面开预制孔，预制孔尺寸40*450mm；
(5)热扩胀：在模具内进行热扩胀成形，加热温度1050℃，成形后在模具内进行淬火处理。
实施例3
(1)材料选择：采用12.0mm钢板进行ERW焊接制管作为坯料，厚度范围12.10-12.21mm，ERW焊接制管过程中，焊缝进行在线正火热处理，正火温度850℃；
(2)缩颈：对管径为210mm的ERW焊管进行冷缩径，缩颈后的尺寸为140mm；
(3)圆变方：将未缩颈的ERW焊管部分进行圆变方冷成形处理，成方后的尺寸为140mm*150mm；
(4)预制孔：在ERW焊管圆变方完成后，在长度为150mm的面开预制孔，预制孔尺寸70*380mm；
(5)热扩胀：在模具内进行热扩胀成形，加热温度范围1000℃，成形后在模具内进行淬火处理。
对比例1
(1)材料选择：采用14.0mm*φ240mm无缝管，在缩颈和圆变方之前，将无缝管加热至850℃退火；
(2)缩颈：对管径为240mm的无缝管进行缩径，缩颈后的尺寸为150mm；
(3)圆变方：将未缩颈的无缝管部分进行圆变方处理，成方后的尺寸为150mm*160mm；
(4)预制孔：在长度为160mm的面开预制孔，预制孔尺寸50*400mm；
(5)热扩胀：在模具内进行热扩胀成形，加热温度1100℃，保温时间20min。
(6)调质处理：将胀形后的桥壳进行调质处理，淬火温度900℃+600℃回火。
对比例2
(1)材料选择：采用13.0mm*φ232mm的无缝管，在缩颈和圆变方之前，将无缝管加热至850℃退火；
(2)缩颈：对管径为232mm的无缝管进行缩径，缩颈后的尺寸为160mm；
(3)圆变方：将未缩颈的无缝管部分进行圆变方处理，成方后的尺寸为160mm*170mm；
(4)预制孔：在长度为170mm的面开预制孔，预制孔尺寸40*450mm；
(5)热扩胀：在模具内进行热扩胀成形，加热温度1100℃，保温时间20min。
(6)调质处理：将胀形后的桥壳进行调质处理，淬火温度900℃+600℃回火。
性能检测：利用ZWICK/Roell Z100拉伸试验机，按照GB/T228.1标准检测屈服、抗拉强度和延伸率，按照GB/T229检测冲击功，按照《QCT533-2020商用车驱动桥行业标准》检测车桥的垂直弯曲疲劳寿命，对实施例1-3和对比例1-2进行测试，测试结果如表1。
表1实施例1-3和对比例1-2的测试结果
Figure BDA0003655255090000081
由上述表格可知，采用本发明提供的制备方法制备得到的机械胀形桥壳的各项性能均显著的优于对比例1-2的各项性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种机械胀形桥壳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)材料选择：选取钢板进行ERW焊接以获得ERW焊管作为坯料，钢板的厚度公差控制精度±0.15mm，在ERW焊接制管过程中，焊缝进行在线正火热处理；
(2)缩颈：对ERW焊管进行冷缩径；
(3)圆变方：对未缩颈的ERW焊管部分进行圆变方冷成形处理；
(4)预制孔：在ERW焊管圆变方完成后，在长度方向面开预制孔；
(5)热扩胀：将开设有预制孔的ERW焊管在模具内进行热扩胀成形，成形后在模具内进行淬火处理；
(5)中，热扩胀具体为：
将坯料在加热炉中加热至900-1100℃，保温时间为20-50min，然后在模具内进行热扩胀成形，成形后在模具内立即进行淬火，淬火至室温。
2.根据权利要求1所述的一种机械胀形桥壳的制备方法，其特征在于，(1)中，正火热处理的温度为Ac3+(30℃-50℃)。
3.根据权利要求2所述的一种机械胀形桥壳的制备方法，其特征在于，Ac3采用如下公式计算：
Ac3＝910-203*C^0.5-15.2*Ni+44.7*Si+104*V+31.5*Mo+13.1*W-30*Mn-11*C
r-20*Cu+700*P+120*As；
式中，各个元素为质量百分数。
4.一种机械胀形桥壳，其特征在于，采用权利要求1-3中任一项所述的机械胀形桥壳的制备方法制备得到。
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