CN100457308C - 汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法和装置，采用擀型冷挤压工艺制造驱动桥壳中间膨起的琵琶形壳体，即在桥壳毛坯或半成品两端加载轴向压力，在成型模中，利用专用驱动装置的擀压辊轮对该工件内壁进行反复滚动和渐进的擀型冷挤压操作，将工件加工成所需的桥壳形状。由于桥壳中间琵琶孔采用扩孔和擀面式冷挤压工艺加工成型，其金属材料被多次、渐进地进行体积转移，且变形部分材料厚度基本保持不变，使得该区域钢材的金相组织很细密，并得到表面硬化处理，大大增强了桥壳主体相应部位的各项机械性能，提高了桥壳的整体机械强度和刚性。该方法工艺简单、操作方便，专用设备和模具的投资小，工作可靠、产品换型简单、容易，适合多品种大批量生产。

Description

汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法和装置

技术领域

本发明涉及一种新的制造汽车桥壳的工艺方法和装置，确切地说，涉及一种汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法和专用装置，属于金属板或管、棒或型材的基本无切削加工或处理的金属成型技术领域。

背景技术

汽车的车桥用于支承车身和车架上的各种载荷并传递给车轮，以调节整车运动学和动力学性能。按照车桥的功能分类，有四种车桥：驱动桥、转向桥、转向驱动桥和支撑桥。其中驱动桥的组成构件主要包括：桥壳3、差-减速器总成2、半轴1、轮毂制动鼓总成4和制动器总成5等部件(参见图1)，其中驱动桥壳3是安装差-减速器总成2、半轴1、轮毂制动鼓总成4、制动器总成5和悬架的汽车动力基础构件，除了用于支承并保护差-减速器总成2、半轴1和轮毂制动鼓总成4等传动构件，使其具有良好的传动性能外，还要作为支撑驱动车轮的横梁，使得左、右驱动车轮的轴向位置保持相对固定，并使得作为汽车行驶系的主要组件的驱动桥和支撑桥一起承受板簧上的车身和车架上部的整车载荷重量，以及在汽车行驶时，承受传动轴传递过来的各种驱动力、驱动力矩和制动时产生的制动力与制动力矩，并通过悬架传给车架。因此，驱动车桥的桥壳是保证汽车正常运行的工作可靠性和使用寿命的关键部件，它对其机械强度、刚度和耐疲劳性能等都有较高要求。

参见图2，一般驱动桥桥壳通常包括三部分：位于中间膨起的琵琶形壳体7和两端的两个轴管6，图中8是三角板。目前国内外的驱动桥壳的生产方式基本上分为四种：铸造式、冲焊式、挤涨式、插管式。下面分别作一简单介绍：

(1)铸造式桥壳：以铸造方法制造桥壳毛坯，再进行机械加工完成产品。此种结构用球墨铸铁(也有在球铁中加入适量的镍)、或铸钢材料铸造位于中间的琵琶形壳体部分，对其进行机械加工后，再在其两端压入较长的无缝钢管，作为半轴套管并用螺栓或销轴固定，以达到较好的压配效果。

该工艺方法的特点是：1)桥壳的刚性好，但是耐冲击韧性和强度性能差，通常以增加壳体厚度来达到设计要求。小批量生产投资较小，比较适合国内的小批量生产。2)由于铸造工艺特点，当车桥轮距、钢板簧中心距、轮毂轴承等尺寸变化时，桥壳都必须重新设计，所以，这种方法生产的产品改型困难，也不适合多品种生产。3)由于对材料和热处理有较高要求，生产废品率较高，使生产成本相应提高。4)材料消耗大，外形粗笨、重量大。5)耗能大，生产条件差，环境污染严重。

(2)冲焊式桥壳：以低碳钢钢板(16Mn)为原材料，分别冲压成上、下两个半壳体后，再对焊连接成为中间壳体，然后在该中间壳体的前侧、后侧和两端分别焊接加强环、后盖和两个轴管等零件后，经过机械加工而制成。

该工艺方法的特点是：1)产品改型灵活、便利。2)自重轻，与铸造桥壳比较，重量可降低10％--20％。3)废品率低，生产效率高，适合大批量生产，因此被国内轻型车和国外大多数车型所普遍采用。4)生产设备多、模具多、投资大，材料利用率低，不适合多品种生产。5)焊接变形严重，尽管采用多种方法消除焊接内应力，但是在汽车重载或在崎岖不平道路上行驶时，桥壳容易变形，既影响车桥的传动性能，又可能造成桥壳内部的半轴、齿轮等零件的损坏，使得该桥壳工作可靠性差、容易失效。6)在重型车领域，必须采用热冲压成型，能耗大，设备投资大。

(3)钢管挤涨成型的整体式桥壳：采用中低碳钢(如35号钢或16Mn)无缝钢管经多次挤涨加工成型。这种工艺方法比较先进，但对材质要求很高，既要强度高、刚性好，又要有很好的拉延性和冲击韧性。

该工艺方法的特点是：1)由于桥壳加工是冷挤涨变形过程，所以这种工艺生产的桥壳的机械性能与刚度好。2)用型材加工，材料利用率较高。3)减少了焊接面积，产品变性小。4)需要专用的成型设备和成型技术，投资大。5)对材料的延展性、强度等综合性能指标有较高要求，增加原材料成本。6)生产效率低，废品率高，提高了制造成本。

(4)插管式桥壳(又称组合式桥壳或支架式桥壳)：将主减速器壳体与中部琵琶形桥壳铸成一体，两端压入无缝钢管，再用销轴或螺栓将其固连为一体。

这种桥壳虽然重量较轻，差-减速齿轮轴承座的支撑刚性好，铸造加工工艺比较简单、容易，但是桥壳的刚性和机械强度差，只适用于轻型车辆；尤其在维护差-减速器时，必须拆下整个驱动桥，否则无法对差-减速器器进行拆检。因此这种工艺不适合大量生产，而且，现在已经很少使用这种工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法和装置，本发明是综合现有技术的各种生产工艺的特点，并针对现有桥壳制造中存在的问题，结合多年生产实践和经验，研制发明的一种生产汽车驱动桥壳中段的新工艺及其专用装置。该擀型冷挤压的生产工艺步骤简单、容易操作，专用装置和模具结构简单、制造容易，成本低，生产过程没有污染，产品机械强度高、工作可靠。

为了达到上述目的，本发明提供了一种汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法，其特征在于：采用擀型冷挤压工艺制造驱动桥壳中间膨起的琵琶形壳体，也就是在桥壳毛坯或桥壳半成品两端加载轴向压力，在成型模中，利用擀压辊轮对该工件内壁进行反复滚动和渐次径向进给的擀型冷挤压操作，将工件加工成所需要的桥壳形状；所述专用擀压辊轮是由带有方孔的滚轮支架和位于该支架顶端的、呈自由旋转状态的滚轮所组成；所述方法包括下列工序：

(1)制备驱动桥壳毛坯或桥壳半成品；

(2)在桥壳毛坯或半成品中间位置开设窄长形轴向通槽；

(3)在工件两端分别施加轴向压力，利用四连杆机构对工件上的窄长形轴向通槽进行扩口；

(4)保持工件两端的轴向压力，在中间轴向通孔内放置擀压辊轮，并使由驱动装置带动旋转的该擀压辊轮按照设定速度在工件内壁进行渐次径向进给、反复滚压的冷挤压操作；

(5)擀压辊轮旋转设定圈数后，使工件内壁和外壁分别按照擀压辊轮的运动轨迹和前后两个成型模具的模腔形状逐渐挤压变形；

(6)当擀型冷挤压工艺使得工件成型，即其达到驱动桥壳中段的图纸尺寸要求后，结束该工序操作，转入其它工序对工件进行后续加工。

所述工序(4)和(5)中，擀压辊轮对工件内壁进行渐次径向进给、反复滚压的冷挤压操作时，在前后两个成型模具的两侧分别装设有一个支撑滚轮抵靠在工件相对应的变截面位置上，以使工件能够按照设计要求改变形状。

所述工序(4)中，擀压辊轮对工件内壁进行的渐次进给、反复滚压的冷挤压操作是按照阿基米德螺线轨迹执行的，此时的工艺参数是：转速：5～100转/分，进给2～10mm/转。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种用于汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法的擀压辊轮驱动装置，其特征在于：所述驱动装置是利用电机通过减速机构带动垂直主轴旋转，该垂直主轴的上、下端分别装有一对双联齿轮，并藉由该一对双联齿轮中位于内侧的上、下两个齿轮分别啮合带动位于工件上、下侧的两个转盘齿轮同步转动，再通过安装在该两个转盘齿轮上的四个滑块分为两组分别带动各自的擀压辊轮在静止工件的中间通孔内滚动擀压；所述一对双联齿轮中位于外侧的上、下两个差速齿轮分别通过圆锥齿轮付带动上、下两个双螺旋丝杠旋转，由该两个双螺旋丝杠分别带动滑块在转盘齿轮上径向移动，使辊轮实现径向进给。

所述驱动装置还包括：设置在静止不动的工作台上的前后两个成型模具和位于该成型模具左右两侧的四个辅助推顶的滚轮。

所述擀压辊轮是由带有方孔的滚轮支架和位于该支架顶端的、呈自由旋转状态的滚轮所组成。

所述擀压辊轮支架上设有一个方形孔，该方形孔用于与上、下转盘齿轮驱动的两个滑块一端的方头上、下嵌合连接。

本发明是一种采用整体式驱动桥壳毛坯或桥壳半成品加工制造汽车驱动桥壳中间琵琶形通孔的擀型冷挤压加工方法，由于该桥壳主体为整体式结构，中间膨起的琵琶形通孔壳体采用扩孔和擀面式冷挤压工艺加工成型，在成型过程中，采用专用擀压辊轮驱动装置和成型模具，再辅助滚轮顶推，使得桥壳毛坯或桥壳半成品的金属材料被多次逐渐径向进给地进行体积转移，且在变形部分的材料厚度基本保持不变情况下，将中间壳体擀面式冷挤压加工成圆形，并使该桥壳主体从桥包顶部以设定的中空变截面方式向两端延伸，以达到设计要求。由于中间壳体是通过对桥壳毛坯或桥壳半成品的反复擀面式冷挤压成型，这种冷挤压工艺使得该区域钢材的金相组织非常细密，并得到表面硬化处理，从而大大增强了桥壳主体相应部位的各项机械性能，提高了驱动桥壳的整体机械强度和刚性，工作可靠。再者，专用装置和模具的结构简单、制造容易，成本低，生产过程没有污染。

总之，本发明具有下列优点：(1)工艺步骤简单、操作方便，且专用设备和模具的结构简单，工作可靠、容易实现，投资少，适合多品种的大批量流水生产。(2)减少焊接工作量，也相应减少了桥壳的变形，能够提高汽车运行的稳定性。(3)产品生产精度高，桥壳刚性好，提高了驱动桥壳的使用寿命。(4)该工艺生产环境符合环保要求，没有污染；操作人员的劳动强度低。因此，本发明具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是汽车驱动桥的结构组成示意图。

图2是汽车驱动桥壳的结构组成示意图。

图3(A)、(B)、(C)分别是本发明加工方法中步骤(1)制备的驱动桥壳毛坯或桥壳半成品结构示意图、其A-A截面剖面图和(A)图的右视图。

图4是本发明加工方法中步骤(2)的工序：在桥壳毛坯或半成品画线割口示意图。

图5(A)、(B)分别是本发明加工方法中步骤(3)的工序：对轴向通孔或凹槽进行扩口的示意图和该步骤中所采用的四连杆机构的操作示意图。

图6是本发明加工方法中步骤(4)的工序：擀型冷挤压加工方法示意图。

图7(A)、(B)、(C)分别是本发明加工方法中各工序完成后的驱动桥壳结构组成示意图、其中间孔C-C截面剖面图和两侧变截面区D-D截面剖面图。

图8(A)、(B)分别是本发明专用设备-擀压辊轮驱动装置的结构组成及其传动原理示意图和其中的擀压辊轮结构组成示意图。

图9是实施例介绍的本发明方法的后续工序：焊接轴向熔焊带示意图。

图10是实施例介绍的本发明方法的后续工序：焊接加强环示意图，该工序前还有分别对琵琶孔端面和加强环端面进行机械加工的工序。

图11是实施例介绍的本发明方法的后续工序：焊后盖示意图。

图12是实施例介绍的本发明方法的后续工序：焊法兰盘示意图。

图13是实施例介绍的本发明方法的后续工序：焊钢板托示意图。

图14是实施例介绍的本发明方法的后续工序：焊支架示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述

参见图3～图7，介绍本发明汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法：即采用擀型冷挤压工艺制造驱动桥壳中间膨起的琵琶形壳体，也就是在桥壳毛坯或桥壳半成品两端加载轴向压力，在成型模中，利用专用擀压辊轮驱动装置中的擀压辊轮对该工件内壁进行反复滚动和渐次径向进给的擀型冷挤压操作，将工件加工成所需要的桥壳形状。下面简要说明该方法的下列各个工序：

(1)制备驱动桥壳毛坯或桥壳半成品，该驱动桥壳毛坯或桥壳半成品是中间为四边形钢管、两端为分段渐缩变口径无缝钢管的整体式构件(如图3所示)，材质是中碳合金钢或低碳合金钢。

(2)在桥壳毛坯或半成品中间位置开设窄长形轴向通槽(如图4所示)；

(3)在工件两端分别施加轴向压力F，利用四连杆机构(如图5(B)所示)将工件上的窄长形轴向通槽进行扩口加工至图5(A)所示形状；

(4)保持工件两端的轴向压力F，在中间轴向通孔内放置擀压辊轮9，并使由驱动装置(参见图8)带动旋转的该擀压辊轮9按照设定速度在型材内壁进行渐次径向进给、反复滚压的冷挤压操作(如图6所示)。根据不同材质和不同加工尺寸，该冷挤压操作的工艺参数是：转速：5～100转/分，进给2～10mm/转。在该工序和后续工序(5)中的冷挤压操作时，在位于工件外侧的前后两个成型模具10的两侧分别设有一个滚轮抵靠在工件相对应的变截面位置上，以使工件能按照设计要求变形。其中，作为本发明关键工序的专用设备结构也比较简单，资金投入较少，工艺容易实现。

(5)擀压辊轮旋转若干圈后，使桥壳工件内壁和外壁分别按照擀压辊轮的运动轨迹和前后两个成型模具10的模腔形状逐渐挤压变形；

(6)当擀型冷挤压工艺使得桥壳工件成型(如图7所示)，即其达到驱动桥壳中段的图纸尺寸要求后，结束该工序操作，转入其它工序对桥壳工件进行后续加工。

参见图8，介绍本发明汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法的专用擀压辊轮驱动装置的结构组成和传动原理，该驱动装置是利用电机21通过减速机构22带动垂直主轴23旋转，该垂直主轴23的上、下端分别装有一对双联齿轮24，并藉由该一对双联齿轮24中位于内侧的上、下两个齿轮分别啮合带动位于工件上、下侧的两个转盘齿轮28同步转动，再通过安装在该两个转盘齿轮28上的四个滑块29分为两组分别带动各自的擀压辊轮9在静止的工件7中间通孔内滚动擀压。该一对双联齿轮24中位于外侧的上、下两个差速齿轮26则分别通过各自的圆锥齿轮付25带动上、下两个双螺旋丝杠27旋转，由该两个双螺旋丝杠27分别带动滑块29在转盘齿轮28上作径向移动，使辊轮实现径向进给。其中擀压辊轮9有两个，每个擀压辊轮9分别安装在由带有方孔31的滚轮支架30上。该驱动装置还包括有：设置在静止不动的工作台上的前后两个成型模具10和位于该成型模具左右两侧的四个辅助推顶的滚轮(参见图6)。其中擀压辊轮支架30上设有一个方形通孔31，该方孔31是用于与上、下转盘齿轮28驱动的两个滑块29另一端的方头上、下嵌合的连接通孔。

下面以重型汽车的驱动桥壳为例，具体说明本发明方法的主要工艺及其后续工艺(该驱动桥壳的壁厚为16mm，其桥包最大直径：Φ530mm)：制备毛坯(参见图3)→画线切割通槽(参见图4)→通槽扩口(参见图5)→进行渐次径向进给、反复滚压的擀面式冷挤压操作(参见图6)→中间膨起的琵琶形通孔壳体成型(参见图7)→在琵琶形通孔壳体两侧焊三角板8(参见图2)和在琵琶形壳体两侧变截面区的顶部与底部的中间位置分别焊接用作加强筋的轴向熔焊带12(参见图9)→粗镗琵琶形通孔及其端面→收口→钻放油孔→焊加强环13(参见图10)→焊后盖14(参见图11)→在桥壳工件两端钻轴头孔→车削两端轴头的外圆→焊法兰盘15(参见图12)→精车法兰盘→精镗琵琶孔→焊钢板托16(参见图13)→焊支架17(参见图14)→试漏→钻攻琵琶形通孔周边孔→清洗→终检→送装配车间。

Claims (7)

1、一种汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法，其特征在于：采用擀型冷挤压工艺制造驱动桥壳中间膨起的琵琶形壳体，也就是在桥壳毛坯或桥壳半成品两端加载轴向压力，在成型模中，利用擀压辊轮对该工件内壁进行反复滚动和渐次径向进给的擀型冷挤压操作，将工件加工成所需要的桥壳形状；所述擀压辊轮是由带有方孔的滚轮支架和位于该支架顶端的、呈自由旋转状态的滚轮所组成；所述方法包括下列工序：

(1)制备驱动桥壳毛坯或桥壳半成品；

(2)在桥壳毛坯或半成品中间位置开设窄长形轴向通槽；

(3)在工件两端分别施加轴向压力，利用四连杆机构对工件上的窄长形轴向通槽进行扩口；

(4)保持工件两端的轴向压力，在中间轴向通孔内放置擀压辊轮，并使由驱动装置带动旋转的该擀压辊轮按照设定速度在工件内壁进行渐次径向进给、反复滚压的冷挤压操作；

(5)擀压辊轮旋转设定圈数后，使工件内壁和外壁分别按照擀压辊轮的运动轨迹和前后两个成型模具的模腔形状逐渐挤压变形；

(6)当擀型冷挤压工艺使得工件成型，即其达到驱动桥壳中段的图纸尺寸要求后，结束该工序操作，转入其它工序对工件进行后续加工。

2、根据权利要求1所述的汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法，其特征在于：所述工序(4)和(5)中，擀压辊轮对工件内壁进行渐次径向进给、反复滚压的冷挤压操作时，在前后两个成型模具的两侧分别装设有一个支撑滚轮抵靠在工件相对应的变截面位置上，以使工件能够按照设计要求改变形状。

3、根据权利要求1所述的汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法，其特征在于：所述工序(4)中，擀压辊轮对工件内壁进行的渐次径向进给、反复滚压的冷挤压操作是按照阿基米德螺线轨迹执行的，此时的工艺参数是：转速：5～100转/分，进给2～10mm/转。

4、一种用于权利要求1所述的汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法的擀压辊轮驱动装置，其特征在于：所述驱动装置是利用电机通过减速机构带动垂直主轴旋转，该垂直主轴的上、下端分别装有一对双联齿轮，并藉由该一对双联齿轮中位于内侧的上、下两个齿轮分别啮合带动位于工件上、下侧的两个转盘齿轮同步转动，再通过安装在该两个转盘齿轮上的四个滑块分为两组分别带动各自的擀压辊轮在静止工件的中间通孔内滚动擀压；所述一对双联齿轮中位于外侧的上、下两个差速齿轮分别通过圆锥齿轮付带动上、下两个双螺旋丝杠旋转，由该两个双螺旋丝杠分别带动滑块在转盘齿轮上径向移动，带动辊轮实现径向进给。

5、根据权利要求4所述的汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法的擀压辊轮驱动装置，其特征在于：所述驱动装置还包括：设置在静止不动的工作台上的前后两个成型模具和位于该成型模具左右两侧的四个辅助推顶的滚轮。

6、根据权利要求4所述的汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法的擀压辊轮驱动装置，其特征在于：所述擀压辊轮是由带有方孔的滚轮支架和位于该支架顶端的、呈自由旋转状态的滚轮所组成。

7、根据权利要求4或6所述的汽车驱动桥壳的擀型冷挤压加工方法的擀压辊轮驱动装置，其特征在于：所述擀压辊轮支架上设有一个方形孔，该方形孔用于与上、下转盘齿轮驱动的两个滑块一端的方头上、下嵌合连接。

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