CN104651582A - 汽车后桥高强度管状横梁制造方法及其整体淬火的夹具 - Google Patents

汽车后桥高强度管状横梁制造方法及其整体淬火的夹具 Download PDF

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Abstract

一种高强度管状横梁整体淬火的夹具装置以及汽车后桥扭转梁制造方法，其得到的汽车后桥扭转梁的变形少，有利于后期的焊接匹配。所述夹具中三个V型槽夹持装置工件中心为基点呈对称分布于底座上，两个方口夹持装置用于夹持高强度管状横梁两端的方口；所述V型槽夹持装置包括V型夹头、V型槽体以及驱动装置，V型槽体用于上托工件的V型部分，而V型夹头用于下压工件的V型部分的内侧，V型夹头连接在驱动装置上；方口夹持装置包括方口夹头、方口槽体以及驱动装置，方口槽体提供一方形开口用于承接接触工件的方形的端头，方口夹头用于下***到方口槽体中并与方口槽体一起夹持工件的方形的端头的两侧壁，方口夹头连接在方口夹持装置的驱动装置上。

Description

汽车后桥高强度管状横梁制造方法及其整体淬火的夹具
技术领域
本发明涉及汽车后桥扭转梁制造方法。
背景技术
国内到目前还没有汽车V型后桥扭转梁异形零件的夹具约束快速淬火热处理，国外仅有传统的感应淬火，采用双圈圆环感应器。从经验分析，圆环状感应器在加热时邻近效应和尖角效应特别明显，零件两尖角温度特别高，容易产生过热及脱碳现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度管状横梁整体淬火的夹具装置以及汽车后桥扭转梁制造方法，其得到的汽车后桥扭转梁的变形少，有利于后期的焊接匹配。
为实现所述目的的高强度管状横梁整体淬火的夹具，其特点是包括底座、三个V型槽夹持装置以及两个方口夹持装置，一个V型槽夹持装置布置在对应工件的中心底座的位置，另两个V型槽夹持装置以该中心为基点呈对称分布于底座上，三个V型槽夹持装置分别用于三个V型槽夹持装置的V形部分，两个方口夹持装置也布置在底座上用于夹持高强度管状横梁两端的方口；所述V型槽夹持装置包括V型夹头、V型槽体以及驱动装置，V型槽体固定在底座上，V型夹头位于V型槽体的正上方，V型夹头与V型槽体接触工件的V形部分的内外侧，V型槽体用于上托工件的V形部分，而V型夹头用于下压工件的V形部分的内侧，V型夹头连接在该驱动装置上，该驱动装置能使V型夹头上下移动；所述方口夹持装置包括方口夹头、方口槽体以及驱动装置，方口槽体固定在底座上，方口夹头位于方口槽体的正上方，方口槽体提供一方形开口用于承接接触工件的方形的端头，方口夹头用于下***到方口槽体中并与方口槽体一起夹持工件的方形的端头的两侧壁，方口夹头连接在方口夹持装置的所述驱动装置上，方口夹持装置的所述驱动装置能使夹头上下移动。
所述的夹具，其进一步的特点是所述V型夹头、V型槽体与工件的最大局部间隙为0.1mm到0.3mm。
所述的夹具，其进一步的特点是所述方口夹头、方口槽体与工件的最大局部间隙为0.1mm到0.3mm。
所述的夹具，其进一步的特点是所述V型夹头、V型槽体、方口夹头、方口槽体为高强度管状横梁的外形的逆向仿形零件。
本发明的汽车后桥高强度管状横梁制造方法，其特点是，包括预变形步骤、热处理步骤以及后期处理步骤；
在预变形步骤中，将坯件零件进行预变形，该预变形以冷冲压成形的方式进行，预变形后的尺寸能使零件在热处理后与最后需要进行焊接匹配的零件尺寸大小相同；
热处理包括将炉内温度升温至零件奥氏体化温度，并对炉内真空气氛保护，将零件转移至炉中进行到升温加热工艺，升温到指定温度后进行保温工艺处理，以使零件内部金属组织奥氏体化；零件完成保温后，将零件取出转运至如权利要求1至4中的夹具上，进行固定夹持；将固定在夹具上的零件与夹具一起放入淬火介质中进行淬火处理，冷却后的温度为室温；将零件进行低温回火处理，使其组织强韧化，达到零件后期在使用中所需达到的性能；
在后期处理步骤中，零件与其他零件进行焊接之前，将零件两边方口位置进行切边处理，斜向切边的距离和与之相匹配的零件尺寸相同。
所述的制造方法，其进一步的特点是，在所述预处理步骤中，预变形后的尺寸达到最后需要进行焊接匹配的零件尺寸的90％。
所述的制造方法，其进一步的特点是，所述真空气氛保护是将酒精或者CO2保护气氛通入炉中，打开炉的出气口，使炉中的空气排尽，形成保护气氛，达到防止零件氧化的目的。
所述的制造方法，其进一步的特点是，完成固定夹持时零件温度不低于奥氏体化温度，以便于后续淬火工艺能得到全马氏体组织。
所述的制造方法，其进一步的特点是，淬火处理冷却速率大于35℃/s。
本发明能够适用于汽车后桥零件的整体淬火实验，在淬火后的水冷过程中显示出优势，尤其是在对零件变形量的控制上优势显著，能够保证零件不会因为组织的转变而造成尺寸的变化，能够精确的控制零件的尺寸，从而能够保证零件的组织及性能稳定可靠，因此本发明解决了零件在淬火水冷过程中，由于组织的转变而造成零件尺寸变化过大影响后期焊接性能的问题，获得更好的综合性能提供便利和保障。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为本发明一实施例中高强度管状横梁整体淬火的夹具处于工作状态的立体图；
图2为图1中高强度管状横梁整体淬火的夹具的立体图；
图3为图1中V型后桥扭转梁异形零件的示意图；
图4为图1中V型槽夹持装置的主视图；
图5为图1中方口夹持装置的主视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
汽车后桥横梁、汽车后桥扭转梁、汽车后桥扭力梁实质上是同一个技术术语，在不做特别说明的情况下，其含义是一样的。在后述实施例中，高强度管状横梁的材料是超高强度硼钢22MnB5，在本发明的其他实施例中，也可以是其他超高强度钢材料。
附图1至5均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
如图1和图2所示，高强度管状横梁整体淬火的夹具包括底座1、三个V型槽夹持装置2以及两个方口夹持装置3，该夹具对一V型后桥扭转梁异形零件4进行夹持。
同时结合图1、图2以及图4，一个V型槽夹持装置2布置在底座对应工件4的中心的位置，另两个V型槽夹持装置2以该中心为基点呈对称分布于底座4上。三个V型槽夹持装置2分别用于夹持工件4的三个V形部分。V型槽夹持装置2包括V型夹头22、V型槽体21以及驱动装置23，V型夹头22具有V形头部220。V型槽体21提供有V形槽210，V形槽210和V形头部220与工件4的V形部分的外、内侧分别接触。如图1所示，V形槽210上托工件4的V形部分，同时V形头部220下压工件4，V形夹头22位于V型槽体21的正上方，V形夹头22由驱动装置23驱动，可以下移动，带动V形夹头22将工件4压紧，或者向上移动，带动V形夹头22将工件4松开。驱动装置23可以是锁紧扳手，也可以是汽缸或电缸等。
如图4所示，V型夹头22的V形头部220与工件4的V形部分的内侧紧贴，二者间隙很小，以起到约束变形的作用，防止工件4在热处理过程中变形。同时V型槽体21的V形槽210与工件4的V形部分的外侧紧贴，二者之间的局部间隙很小，以起到约束变形的作用。在较佳的实施例中，V形头部220与工件4的最大局部间隙或者V形槽210与工件4的最大局部间隙在0.1mm到0.3mm之间。
如图5所示，方口夹持装置3包括方口夹头32、方口槽体31以及驱动装置33。方口槽体31提供方形开口310，方口夹头32提供两侧壁320。方口夹头32位于方口槽体31的正上方，方口槽体31的方形开口310用于承接接触工件4的方形的端头(如图1所示)，方口夹头32用于下***到方口槽体31的方形开口310中并与方口槽体31一起夹持工件4的方形的端头的两侧壁。即方口槽体31的方形开口310的底部与工件4的端头的底部接触，而工件4的端头的侧壁的外、内侧与对应的方形开口310的内侧壁面、方口夹头32的侧壁320的外侧壁面分别接触，从而工件4的端头被夹紧。方口夹头32连接在驱动装置33上，驱动装置33可以是锁紧扳手，或者汽缸、电缸，能使方口夹头32上下移动，以松开或夹紧工件4的两端口的方形结构。
如图5所示，方形开口310的内侧壁面、方口夹头32的侧壁320的外侧壁面与对应的工件4的端头的侧壁的外、内侧面紧贴，二者之间的局部间隙很小，以起到约束变形的作用，最大局部间隙在0.1mm到0.3mm之间。
V型夹头22、V型槽体21、方口夹头32、方口槽体31为高强度管状横梁的外形的逆向仿形零件，以实现二者配合面的贴合，从而对工件的热处理变形进行约束。
方口夹头32不是以两个侧壁320而是以一个方形的整体***到方形开口310中也是可以的。不过将其作为两个侧壁320以及方口槽体31也作为两部分组合的形式，容易因应工件大小而调节。
前述实施例的夹具与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：
1)操作简单
各夹持装置用于快速夹紧防止零件变形的效果，夹具的操作简单，易于操控并且控制变形效果好。
2)优异的疲劳性能
夹具可以采用45号钢作为原材料，45号钢具有较高的强度和较好的切削加工性，因此夹具的尺寸精度可以进行很好地控制。多次实验之后，经过夹具夹持的零件的变形量稳定，证明夹具具有优异的疲劳性能。夹具的日常维护只需要润滑油以及手动拆卸，方便快捷。
3)精确的尺寸精度
夹具的结构采用汽车后桥的多部位外形逆向仿形零件，从而可以有效约束零件淬火的变形。所采用的仿形设计思路，使整个零件在淬火过程中保证了变形受到有效约束，消除了不受制约的异常变形现象。
在本发明的一实施例中，汽车后桥高强度管状横梁制造方法，包括预变形步骤、热处理步骤以及后期处理步骤。
在预变形步骤中，将坯件零件(V型后桥扭转梁异形零件)进行预变形，该预变形以冷冲压成形的方式进行，预变形后的尺寸能使零件在热处理后与最后需要进行焊接匹配的零件尺寸大小相同(包括基本相同的情况)。
所述热处理包括：
将炉内温度升温至零件奥氏体化温度，并对炉内真空气氛保护，将零件转移至炉中进行到升温加热工艺，升温到指定温度后进行保温工艺处理，以使零件内部金属组织奥氏体化，对于高强度钢管材来说，其奥氏体化温度一般在900℃左右，加热炉可以是电阻炉；
零件完成保温后，将零件取出转运至如图2所示的夹具上，进行固定夹持，完成固定夹持时零件温度不低于700℃，为了避免被氧化，一般转运过程在10s之内完成，对于高强度钢管材来说完成固定夹持时零件温度在700℃-800℃以上；
将固定在夹具上的零件与夹具一起放入淬火介质(例如为水)中进行快速急冷淬火处理，冷却速率大于35℃/s，冷却后的温度为室温，为了达到较好的效果淬火时间在1分钟左右，并确保工件的相变完成；
将零件进行低温(200℃左右)回火处理，使其组织强韧化，达到零件后期在使用中所需达到的性能；
在后期处理步骤中，零件与其他零件进行焊接之前，将零件两边方口位置进行切边处理，斜向切边的距离和与之相匹配的零件尺寸相同。
在较佳的实施例中，在所述预处理步骤中，预变形后的尺寸应达到最后需要进行焊接匹配的零件尺寸的90％。
在较佳的实施例中，所述真空气氛保护是将酒精或者CO2保护气氛通入炉中，打开炉的出气口，使炉中的空气排尽，形成保护气氛，达到防止零件氧化的目的。
预变形后的工件尺寸至零件在热处理后与最后需要进行焊接匹配的零件尺寸可以通过试验来确定。可以在预变形后进行尺寸测量确定预变形后的尺寸，然后在淬火处理之后，将淬火后的零件进行尺寸测量，确定其尺寸与进行热处理前的变化，通过这样的试验数据就可以确定工件在预变形之后预变形的尺寸是否在设计范围内，即是否可以做到预变形后的尺寸能使零件在热处理后与最后需要进行焊接匹配的零件尺寸大小相同。
管状横梁制造好之后，可以以点焊的焊接的方式将该V型梁零件与其他零件形成其部分总成。
前述实施例有效解决了后桥扭转梁异形零件不能进行热冲压成形的问题以及热处理过程中因相变出现的零件变形严重，淬火不均匀，强度不达标等的问题，通过图2所示的夹具快速夹紧防止变形以及快速整体浸液淬火使得零件具有热处理后组织细化的马氏体新相结构；部件各处的强韧化和成形性性能明显提高等优点。与22MnB5板材进行热成形后的组织、机械性能以及韧性等相比，基本相同，组织上的马氏体晶粒细小均匀。同时，得到的少或无变形量的零件，利于之后的焊接工艺匹配等。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.高强度管状横梁整体淬火的夹具，其特征在于包括底座、三个V型槽夹持装置以及两个方口夹持装置，一个V型槽夹持装置布置在对应工件的中心底座的位置，另两个V型槽夹持装置以该中心为基点呈对称分布于底座上，三个V型槽夹持装置分别用于三个V型槽夹持装置的V形部分，两个方口夹持装置也布置在底座上用于夹持高强度管状横梁两端的方口；所述V型槽夹持装置包括V型夹头、V型槽体以及驱动装置，V型槽体固定在底座上，V型夹头位于V型槽体的正上方，V型夹头与V型槽体接触工件的V形部分的内外侧，V型槽体用于上托工件的V形部分，而V型夹头用于下压工件的V形部分的内侧，V型夹头连接在该驱动装置上，该驱动装置能使V型夹头上下移动；所述方口夹持装置包括方口夹头、方口槽体以及驱动装置，方口槽体固定在底座上，方口夹头位于方口槽体的正上方，方口槽体提供一方形开口用于承接接触工件的方形的端头，方口夹头用于下***到方口槽体中并与方口槽体一起夹持工件的方形的端头的两侧壁，方口夹头连接在方口夹持装置的所述驱动装置上，方口夹持装置的所述驱动装置能使夹头上下移动。
2.如权利要求1所述的夹具，其特征在于所述V型夹头、V型槽体与工件的最大局部间隙为0.1mm到0.3mm。
3.如权利要求1所述的夹具，其特征在于所述方口夹头、方口槽体与工件的最大局部间隙为0.1mm到0.3mm。
4.如权利要求1所述的夹具，其特征在于所述V型夹头、V型槽体、方口夹头、方口槽体为高强度管状横梁的外形的逆向仿形零件。
5.汽车后桥高强度管状横梁制造方法，其特征在于，包括预变形步骤、热处理步骤以及后期处理步骤；
在预变形步骤中，将坯件零件进行预变形，该预变形以冷冲压成形的方式进行，预变形后的尺寸能使零件在热处理后与最后需要进行焊接匹配的零件尺寸大小相同；
热处理包括
将炉内温度升温至零件奥氏体化温度，并对炉内真空气氛保护，将零件转移至炉中进行到升温加热工艺，升温到指定温度后进行保温工艺处理，以使零件内部金属组织奥氏体化；
零件完成保温后，将零件取出转运至如权利要求1至4中的夹具上，进行固定夹持；
将固定在夹具上的零件与夹具一起放入淬火介质中进行淬火处理，冷却后的温度为室温；
将零件进行低温回火处理，使其组织强韧化，达到零件后期在使用中所需达到的性能；
在后期处理步骤中，零件与其他零件进行焊接之前，将零件两边方口位置进行切边处理，斜向切边的距离和与之相匹配的零件尺寸相同。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述预处理步骤中，预变形后的尺寸达到最后需要进行焊接匹配的零件尺寸的90％。
7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述真空气氛保护是将酒精或者CO2保护气氛通入炉中，打开炉的出气口，使炉中的空气排尽，形成保护气氛，达到防止零件氧化的目的。
8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，完成固定夹持时零件温度不低于奥氏体化温度，以便于后续淬火工艺能得到全马氏体组织。
9.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，淬火处理冷却速率大于35℃/s。
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