CN103920795B - 一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺 - Google Patents
一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺，先缩径处理，得到缩径管坯，再加热，组装一次胀形模具，然后一次胀形，得到一次胀形管坯，再次加热，组装二次胀形模具，二次胀形，得到二次胀形管坯，三次加热，组装压制模具，压制，得到汽车后桥桥壳成形件，本发明解决了传统汽车后桥桥壳液压胀形中对设备密封的问题；显著提高汽车后桥桥壳的可成形性，成形过程中模具合模力减小，成形件的减薄率甚至破裂的可能性降低；采用振动塑性成形的方式，可以降低管坯的塑性变形抗力、改善汽车后桥桥壳的加工质量并降低加工能耗，同时模具与工件之间的相对运动条件有所改善，避免了汽车后桥桥壳成形过程中固体颗粒之间产生“自锁”。
Description
技术领域
本发明涉及一种管材胀形工艺，具体涉及一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺。
技术背景
汽车后桥桥壳作为汽车的重要部件，起着承载车身、保护主减速器等作用。传统汽车后桥壳成形采用冲压焊接或铸造的方式，然而焊接件容易产生焊接缺陷；铸造工艺浪费材料且不环保。近年来有学者提出采用内高压成形的方法，将高压液体通入管材，通过管材的胀形得到理想成形件，而后提出胀—压复合成形的方式以减小在汽车后桥壳成形过程中所需的成形压力并提高成形件的质量。然而运用内高压成形汽车后桥壳的方法需严格考虑设备的密封问题，并且受内高压成形设备限制，无法通过提高成形温度以提高成形件的可成形性。一般情况下内高压成形在室温下进行，成形件的可成形性较差，内高压成形汽车后桥桥壳过程中成形压力较大且由于液体压力均匀分布于管坯表面从而容易出现管坯破裂现象。
固体颗粒介质成形是近年来提出的新成形工艺，其成形介质采用固体颗粒，如细沙、钢球、陶瓷颗粒等，因此，固体颗粒介质成形工艺不需要严格考虑成形过程中的密封问题。固体颗粒介质成形工艺在成形过程中对管坯的压力呈现不均匀性，可以通过控制压头进给量对成形件进行局部成形。在胀形件成形过程中，通过加热管坯与固体颗粒介质，可以显著提高成形件的可成形性，使成形件成形质量提高并降低成形件出现破裂的可能性。目前，固体颗粒介质成形工艺的研究已经涉及板材成形以及波纹管成形，并成功运用固体颗粒介质成形工艺得到良好的成形件；然而将固体颗粒介质成形工艺运用到汽车后桥桥壳成形的研究鲜有报道。
近年来振动塑性成形技术在材料的塑性成形中广泛运用，与普通的塑性成形方法相比较，振动塑性加工技术在材料塑性成形过程中的应用能够降低材料的塑性变形抗力、改善成形件的加工质量并降低加工能耗，同时模具与工件之间的相对运动条件有所改善，但目前尚未将振动塑性成形技术运用于汽车后桥桥壳的成形。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺，显著提高汽车后桥桥壳的可成形性，成形过程中模具合模力减小，成形件的减薄率甚至破裂的可能性降低。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺，包括以下步骤：
步骤1，缩径处理，得到缩径管坯11：
首先根据汽车后桥桥壳尺寸以及胀形要求选取GB/T8162-2008标准无缝钢管10，其中，无缝钢管10的直径与桥壳最大当量直径比值大于0.5；然后对其进行冷推压缩径处理，其中管材缩径道次不多于4次，每道次缩径率小于15%，若所需缩径道次大于两道次，无缝钢管10缩径过程中在每两道次缩径完毕后对其进行去应力退火；
步骤2，加热，组装一次胀形模具：
将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒混合装入缩径管坯11内，固体颗粒为钢球或陶瓷球，用左压头3与右压头3’进行密封并将密封整体进行加热，使缩径管坯11的温度为500～650℃；将一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’、第一上导向模具4以及第一下导向模具4’预热到250～300℃，对密封整体、一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’、第一上导向模具4以及第一下导向模具4’进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤3，一次胀形，得到一次胀形管坯12：
对第一上导向模具4与第一下导向模具4’施加液压振动、机械振动或超声振动，其中振动频率为10～15KHz；首先一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’带动左压头3、右压头3’以15～20mm/s速度相对运动，缩径管坯11在一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’的轴向力与固体颗粒挤压作用下产生有益褶皱，待模具满足预定行程时停止运动；然后左压头3与右压头3’以5～10mm/s速度相对运动，左压头3与右压头3’挤压固体颗粒使得缩径管坯11逐渐贴合模具，从而逐步完成一次胀形得到一次胀形管坯12；
步骤4，再次加热，组装二次胀形模具：
取出一次胀形管坯12，将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒装入一次胀形管坯12内，用左压头3与右压头3’进行密封并将密封整体进行加热，使一次胀形管坯12的温度为500～650℃；将二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’、第二上导向模具5以及第二下导向模具5’预热到250～300℃，对密封整体、二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’、第二上导向模具5以及第二下导向模具5’进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤5，二次胀形，得到二次胀形管坯13：
对第二上导向模具5与第二下导向模具5’施加液压振动、机械振动或超声振动，其中振动频率为10～15KHz；首先二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’带动左压头3、右压头3’以15～20mm/s速度相对运动，一次胀形管坯12在二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’轴向力与固体颗粒挤压作用下产生有益褶皱，待模具合模时停止运动；然后左压头3与右压头3’以5～10mm/s速度相对运动，左压头3与右压头3’挤压固体颗粒使得一次胀形管坯12逐渐贴合模具，从而逐步完成二次胀形得到二次胀形管坯13；
步骤6，三次加热，组装压制模具：
取出二次胀形管坯13，将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒装入二次胀形管坯13内，用左压头3与右压头3’进行密封并将密封整体进行加热，使二次胀形管坯13的温度为500～650℃；将左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7、下压制模具7’、左定位套筒9、右定位套筒9’预热到250～300℃；对密封整体、左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7、下压制模具7’、左定位套筒9以及右定位套筒9’进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤7，压制，得到汽车后桥桥壳成形件14：
左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7与下压制模具7’同时以15～20mm/s的速度相对运动，二次胀形管坯13在固体颗粒与模具的共同挤压作用下逐步贴合模具；左压头3与右压头3’在后桥桥壳压制过程中受到固体颗粒挤压作用向外***，待左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7以及下压制模具7’合模后停止运动，最终得到汽车后桥桥壳成形件14。
所述的固体颗粒的粒径范围为1～4mm。
本发明具有以下优点：
1、采用固体颗粒作为汽车后桥桥壳成形过程中的传力介质，解决了传统汽车后桥桥壳液压胀形中对设备密封的问题。
2、通过加热管坯、固体颗粒并适当控制两者的温差，可以显著提高汽车后桥桥壳的可成形性，成形过程中模具合模力减小，成形件的减薄率甚至破裂的可能性降低。
3、在汽车后桥桥壳胀形过程中采用振动塑性成形的方式，可以降低管坯的塑性变形抗力、改善汽车后桥桥壳的加工质量并降低加工能耗，同时模具与工件之间的相对运动条件有所改善，避免了汽车后桥桥壳成形过程中固体颗粒之间产生“自锁”。
附图说明
图1为本发明中无缝钢管的初始状态。
图2为本发明中无缝钢管缩径后管坯。
图3为本发明中汽车后桥桥壳一次胀形工艺过程初始状态示意图。
图4为本发明中汽车后桥桥壳一次胀形工艺过程中间状态示意图。
图5为本发明中汽车后桥桥壳一次胀形工艺过程完成状态示意图。
图6为本发明中汽车后桥桥壳二次胀形工艺过程初始状态示意图。
图7为本发明中汽车后桥桥壳二次胀形工艺过程中间状态示意图。
图8为本发明中汽车后桥桥壳二次胀形工艺过程完成状态示意图。
图9为本发明中汽车后桥桥壳压制工艺过程初始状态示意图。
图10为本发明中汽车后桥桥壳压制工艺过程初始状态纵剖面示意图。
图11为本发明中汽车后桥桥壳压制工艺过程完成状态示意图。
图12为本发明中汽车后桥桥壳压制工艺过程完成状态纵剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行详细描述。
一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺，包括以下步骤：
步骤1，缩径处理，得到缩颈后管坯11：
参照图1，首先根据汽车后桥壳尺寸以及胀形要求选取规格为114*4的无缝钢管10，然后对其进行四道次冷推压缩径处理，其中，两道次缩径完毕后进行去应力退火；
步骤2，加热，组装一次胀形模具：
参照图2、图3，将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒装入缩径管坯11内，固体颗粒选取直径为1mm的钢球1，用左压头3与右压头3’进行密封并将密封整体进行加热，使缩径管坯11的温度为500～650℃；将一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’、第一上导向模具4以及第二下导向模具4’预热到250～300℃，对密封整体、一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’、第一上导向模具4以及第二下导向模具4’进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤3，一次胀形，得到一次胀形管坯12：
参照图4，对第一上导向模具4与第一下导向模具4’施加超声振动，其中振动频率为15KHz；首先一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’带动左压头3、右压头3’以20mm/s速度相对运动，缩径管坯11在一次胀形左半模具2、一次胀形右半模具2’的轴向力与钢球1挤压作用下产生有益褶皱，待模具满足预定行程时停止运动；然后参照图5，左压头3与右压头3’以10mm/s速度相对运动，左压头3与右压头3’挤压钢球1使得缩径管坯11逐渐贴合模具，从而逐步完成一次胀形得到一次胀形管坯12；
步骤4，再次加热，组装二次胀形模具：
取出一次胀形管坯12，将在石墨粉末中磨合过的钢球1装入一次胀形管坯12内，用左压头3与右压头3’进行密封并将密封整体进行加热，使一次胀形管坯12的温度为500～650℃；将二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’、第二上导向模具5以及第二下导向模具5’预热到250～300℃，参照图6，对密封整体、二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’、第二上导向模具5以及第二下导向模具5’进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤5，二次胀形，得到管坯13：
参照图7，对第二上导向模具5与第二下导向模具5’施加超声振动，其中振动频率为15KHz；首先二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’带动左压头3、右压头3’以20mm/s速度相对运动，一次胀形管坯12在二次胀形左半模具6、二次胀形右半模具6’轴向力与钢球1挤压作用下产生有益褶皱，待模具合模时停止运动；然后参照图8，左压头3与右压头3’以10mm/s速度相对运动，左压头3与右压头3’挤压钢球1使得一次胀形管坯12逐渐贴合模具，从而逐步完成二次胀形得到二次胀形管坯13；
步骤6，三次加热，组装压制模具：
取出二次胀形管坯13，将在石墨粉末中磨合过的钢球装入二次胀形管坯13内，用左压头3与右压头3’进行密封并将密封整体进行加热，使二次胀形管坯13的温度为500～650℃；将左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7、下压制模具7’、左定位套筒9、右定位套筒9’预热到250～300℃，参照图9和图10，对密封整体、左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7、下压制模具7’、左定位套筒9以及右定位套筒9’进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤7，压制，得到汽车后桥桥壳成形件14：
参照图11和图12，左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7与下压制模具7’同时以20mm/s的速度相对运动，二次胀形管坯13在钢球1与模具的共同挤压作用下逐步贴合模具；左压头3与右压头3’在后桥桥壳压制过程中受到钢球1挤压作用向外***，待左压制模具8、右压制模具8’、上压制模具7以及下压制模具7’合模后停止运动，得到汽车后桥桥壳成形件14。
Claims (2)
1.一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，缩径处理，得到缩径管坯（11）：
首先根据汽车后桥桥壳尺寸以及胀形要求选取GB/T8162-2008标准无缝钢管(10)，其中，无缝钢管(10)的直径与桥壳最大当量直径比值大于0.5；然后对其进行冷推压缩径处理，其中管材缩径道次不多于4次，每道次缩径率小于15%，若所需缩径道次大于两道次，无缝钢管(10)缩径过程中在每两道次缩径完毕后对其进行去应力退火；
步骤2，加热，组装一次胀形模具：
将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒装入缩径管坯（11）内，固体颗粒为钢球或陶瓷球，用左压头（3）与右压头（3’）进行密封并将密封整体进行加热，使缩径管坯（11）的温度为500～650℃；将一次胀形左半模具（2）、一次胀形右半模具（2’）、第一上导向模具（4）以及第一下导向模具（4’）预热到250～300℃，对密封整体、一次胀形左半模具（2）、一次胀形右半模具（2’）、第一上导向模具（4）以及第一下导向模具（4’）进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤3，一次胀形，得到一次胀形管坯（12）：
对第一上导向模具（4）与第一下导向模具（4’）施加液压振动、机械振动或超声振动，其中振动频率为10～15KHz；首先一次胀形左半模具（2）、一次胀形右半模具（2’）带动左压头（3）、右压头（3’）以15～20mm/s速度相对运动，缩径管坯（11）在一次胀形左半模具（2）、一次胀形右半模具（2’）的轴向力与固体颗粒挤压作用下产生有益褶皱，待模具满足预定行程时停止运动；然后左压头（3）与右压头（3’）以5～10mm/s速度相对运动，左压头（3）与右压头（3’）挤压固体颗粒使得缩径管坯（11）逐渐贴合模具，从而逐步完成一次胀形得到一次胀形管坯（12）；
步骤4，再次加热，组装二次胀形模具：
取出一次胀形管坯（12），将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒装入一次胀形管坯（12）内，用左压头（3）与右压头（3’）进行密封并将密封整体进行加热，使一次胀形管坯（12）的温度为500～650℃；将二次胀形左半模具（6）、二次胀形右半模具（6’）、第二上导向模具（5）以及第二下导向模具（5’）预热到250～300℃，对密封整体、二次胀形左半模具（6）、二次胀形右半模具（6’）、第二上导向模具（5）以及第二下导向模具（5’）进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤5，二次胀形，得到二次胀形管坯（13）：
对第二上导向模具（5）与第二下导向模具（5’）施加液压振动、机械振动或超声振动，其中振动频率为10～15KHz；首先二次胀形左半模具（6）、二次胀形右半模具（6’）带动左压头（3）、右压头（3’）以15～20mm/s速度相对运动，一次胀形管坯（12）在二次胀形左半模具（6）、二次胀形右半模具（6’）轴向力与固体颗粒挤压作用下产生有益褶皱，待模具合模时停止运动；然后左压头（3）与右压头（3’）以5～10mm/s速度相对运动，左压头（3）与右压头（3’）挤压固体颗粒使得一次胀形管坯（12）逐渐贴合模具，从而逐步完成二次胀形得到二次胀形管坯（13）；
步骤6，三次加热，组装压制模具：
取出二次胀形管坯（13），将在石墨粉末中磨合过的固体颗粒装入二次胀形管坯（13）内，用左压头（3）与右压头（3’）进行密封并将密封整体进行加热，使二次胀形管坯（13）的温度为500～650℃；将左压制模具（8）、右压制模具（8’）、上压制模具（7）、下压制模具（7’）、左定位套筒（9）、右定位套筒（9’）预热到250～300℃；对密封整体、左压制模具（8）、右压制模具（8’）、上压制模具（7）、下压制模具（7’）、左定位套筒（9）以及右定位套筒（9’）进行组装，然后将装配体置于液压机工作台上；
步骤7，压制，得到汽车后桥桥壳成形件（14）：
左压制模具（8）、右压制模具（8’）、上压制模具（7）与下压制模具（7’）同时以15～20mm/s的速度相对运动，二次胀形管坯（13）在固体颗粒与模具的共同挤压作用下逐步贴合模具；左压头（3）与右压头（3’）在后桥桥壳压制过程中受到固体颗粒挤压作用向外***，待左压制模具（8）、右压制模具（8’）、上压制模具（7）以及下压制模具（7’）合模后停止运动，最终得到汽车后桥桥壳成形件（14）。
2.根据权利要求1所述的一种汽车后桥桥壳的固体颗粒的热胀振动复合成形工艺，其特征在于：所述的固体颗粒的粒径范围为1～4mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20150826 Termination date: 20180402 |