CN110076252A - 中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法 - Google Patents

Abstract

中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，包括以下步骤：步骤1，取材：将完成两端阶梯轴成形、四面推方并在中部位置切割具有特定形状预制孔后的无缝钢管作为桥拱成形前的基材；步骤2，确定桥拱在不同工序的径向变形量；步骤3，双道次尖劈预扩胀；步骤4，驱动桥壳中部扩胀区加热；步骤5，径向复合机械扩胀成形；步骤6，轴向整形；步骤7，切除驱动桥壳琵琶孔两侧缺口并封焊三角板。本发明生产工艺简单，操作可靠合理，消除了贯穿桥壳本体的焊缝，能够成形具有光滑圆弧过渡结构的桥拱，有利于驱动桥壳的结构优化，令钢管扩张式桥拱不再拘泥于菱形结构，美化桥壳外观的同时，也提高了产品的刚度和强度。

Description

中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法

技术领域

本发明涉及一种中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法。更具体地说，涉及以完成两端轴头和推方成形并切割预制孔后的中厚壁无缝钢管为基材，经过两道次尖劈预扩胀、径向复合机械扩胀和轴向整形等工序，完成中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的加工方法以及所用的成形设备，属于金属管材基本无切削加工成形技术领域。

背景技术

驱动桥***是整车上的最重要的部件之一，与发动机和驾驶室并称为汽车的三大总成。驱动桥***位于汽车底盘传动系的末端，用于改变源自变速器的转速和转矩，并将改变后的转速和转矩传送给驱动轮。因此，驱动车桥的受力情况十分复杂，不但需要承受来自汽车的自重、行驶过程中的多向力及其力矩，还需要承受来自这些力对自身的冲击。

汽车驱动桥壳是驱动桥***的主体部分，属于大跨度的空心轴管类零件，具有体积大、质量重和形状复杂的特点，是驱动桥传动***的安装支撑体和车辆底盘的关键承力构件，为传动***的正常运转提供保证，其在承受载荷下的刚度直接影响传动效果和传动零件的服役寿命。汽车驱动桥壳由1个包含琵琶孔的桥拱和2个包含轴头的直臂段构成，外形轮廓特征为两边细长、中间凸起，两段直臂对称分布于桥拱的两侧。中厚壁汽车驱动桥壳主要用于中、重型汽车的制造，轻量化技术的发展和节能减排政策促进了驱动桥壳在结构上的优化，为了获得更优秀的力学性能，汽车驱动桥壳产品在设计中往往采用圆弧结构，主要体现在桥拱段的外形设计，即：桥拱的拱面及琵琶孔的形状皆为圆形，桥拱拱面和直臂段连接部位的形状亦皆为过渡圆弧。

保证桥拱拱面及两侧圆弧面的形状和尺寸精度，是中厚壁汽车驱动桥壳制造过程的难点。能够用于轻型汽车驱动桥壳制造的液压扩胀成形工艺不适合加工径厚比过大或壁厚过大的管材零件，仅适用于薄壁钢管的扩胀。当前主流的中厚壁驱动桥壳制造工艺主要有以下几种：

①铸造式桥壳：采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造出具有中央开口桥包和两侧变截面空心管坯的桥壳本体，再与锻造而成的半轴套管组装成驱动桥壳零件。

②钢板冲焊桥壳：采用低碳合金钢厚板作为原料，经过落料、弯曲工序，分别冲压成上下两个半桥壳体后，将二者上下对接焊接成桥壳本体，最后在焊接好的桥壳本体两端再对焊半轴套管，形成完整的驱动桥壳。

③钢管扩张焊接轴头式桥壳：在方截面钢管中央开槽，利用碾压扩张方法成形琵琶孔后，方管两端经挤压使截面变为圆形，再于两端焊接半轴套管，形成完整桥壳。

以上三种中厚壁驱动桥壳的制造方法中，铸造桥壳通过铸造方式，直接成形好包含琵琶孔的桥拱和部分直臂。铸造桥壳刚度和强度高，减震性能好，工作可靠，多用于负载较大的重型车上。但是铸造工艺对材料和热处理的要求较高，铸造质量不易控制，废品率高。另外，铸造桥壳的后续机加工量大，产品较重，能耗大且污染环境，不易实现轻量化和绿色制造；钢板冲焊桥壳的优点是重量轻，但是贯通桥壳本体和分布于轴头根部的焊缝严重的削弱了产品的机械性能，容易变形和漏油，因此仅适用于吨位较轻的载重车；钢管扩张焊接轴头桥壳与钢板冲焊桥壳相比，重量大致相同，但是产品的强度和刚度极大提高。然而，已有的钢管扩张方法完成大圆弧曲面成形的难度大，导致桥拱和琵琶孔的成形质量较低，且环焊轴头的焊缝依然会有开裂导致漏油的风险，造成其无法达到重型汽车的技术指标。

目前，汽车驱动桥壳正在朝整体式产品发展，要求桥壳两端轴头与桥壳本体之间无焊缝，即决定在成形两端轴头之后再成形中部的桥拱。整体式驱动桥壳产品的设计偏向于使用圆形桥拱和圆弧过渡连接，其作用是令应力在桥壳工作过程中能够均匀的分布，从而提高使用寿命。使用中等壁厚以上的无缝钢管制造重型车的驱动桥壳，在成形中部桥拱时采用机械扩胀是较为合理的途径。然而采用钢管扩张工艺的桥拱则被迫减小圆弧尺寸标准，导致桥拱最终形状近似为菱形，但菱形桥拱的机械性能和受力均匀性比圆形桥拱要差很多。比如，目前提出的通过对桥壳两端施加较大的轴向力从而迫使钢管中部屈曲拱起的方法仅适用于成形壁厚较小桥壳的菱形桥拱，面向中厚壁桥壳则困难较大；使用变截面尖劈一次性将预制孔撑大的方法往往会造成孔壁卷曲和拱面内凹，后续整形十分困难，而且容易产生拉裂缺陷；多方向型芯同时扩胀的方法受限于型芯无法内置于钢管，可行性很小。新型整体式驱动桥壳的制造，急需开发能够保证桥拱外形和尺寸精度的成形方法及相关设备。以著名的1141系列汽车驱动桥壳为例，产品桥拱的形状设计为近圆形，桥拱两侧具备大圆弧过渡弯曲，但是目前已有或提出的钢管扩胀方法对于成形大圆弧曲面轮廓难度较大，迫使该系列桥壳仍然选用钢板冲压焊接的工艺进行制造，为了保证足够的刚度和强度不得不增加壁厚，导致重量大幅增加，与汽车轻量化的趋势不符。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，能够实现驱动桥壳桥拱圆弧轮廓面的精确成形，避免局部撕裂缺陷。

中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，包括以下步骤：

步骤1，取材：将完成两端阶梯轴成形、四面推方并在中部位置切割具有特定形状预制孔后的无缝钢管作为桥拱成形前的基材；

步骤2，确定桥拱在不同工序的径向变形量；

步骤3，双道次尖劈预扩胀：基材无需加热，预制孔完全由预扩胀尖劈渐进胀大，将基材放置于尖劈预扩胀成形设备的型槽中，利用尖劈预扩胀成形设备上的首序预胀形尖劈对准预制孔中部渐进穿过并拔出，使预制孔在径向上发生一定程度的张开；再利用尖劈预扩胀成形设备上的次序预胀形尖劈渐进穿过张开的预制孔并拔出，使预制孔在径向上进一步张大至尖劈预扩胀后要求的尺寸，最终形成可以容纳径向扩胀芯模的初始琵琶孔；

步骤4，驱动桥壳中部扩胀区加热：顶出油缸驱动托板Ⅰ将驱动桥壳顶出后，托板Ⅰ刚好掠过预胀形凹模的上表面，运输小车沿长轨道向所述尖劈预扩胀成形设备的一端运动，当运输小车与支撑底座中心对正时，运输小车停止运动，运输机构的伸缩架伸出并通过卡钳夹紧驱动桥壳桥拱两侧的直臂，此时顶出油缸携托板Ⅰ复位，运输机构的伸缩架收缩，从而将尖劈预扩胀后的驱动桥壳从尖劈预扩胀成形设备上取下，伸缩架收缩完毕后，运输小车沿着长轨道向半封闭式加热炉移动，当运输小车移动至与半封闭式加热炉中心对正时，运输小车停止运动，同时伸缩架向前伸出令驱动桥壳两端的直臂分别嵌入于半封闭式加热炉两侧轴承的半封闭方形内轮廓中，此时尖劈预扩胀后的驱动桥壳中部桥拱部位位于半封闭式加热炉的炉腔内，伸缩架收回半封闭式加热炉完全支撑驱动桥壳，工业机器人抓住驱动桥壳暴露在半封闭式加热炉外侧的直臂，之后工业机器人对驱动桥壳施加扭矩使驱动桥壳的桥拱部位在半封闭式加热炉内翻转90°后停止旋转，尖劈预扩胀后的驱动桥壳扩胀区经半封闭式加热炉加热至设定温度后，工业机器人反向扭转驱动桥壳直臂使其旋转90°并脱离驱动桥壳及恢复原始位姿后，运输机构伸缩架前伸的同时自适应两指夹爪张开抓紧驱动桥壳桥拱两侧的直臂，然后伸缩架收缩将驱动桥壳从半封闭式加热炉中取出，并且伸缩架收缩至原位，驱动桥壳中部扩胀区加热过程结束；

步骤5，径向复合机械扩胀成形：驱动桥壳中部扩胀区加热过程结束后，运输小车通过电机驱动器驱动小车电机使运输小车沿长轨道向芯模扩胀成形机构的一端移动，当运输小车移动至与基座中心对正时停止运动，同时运输机构的伸缩架向前伸出将驱动桥壳送至其轴线与基座在长度方向上的中心线对正，此时油泵带动顶起油缸驱动托盘上升至托盘与驱动桥壳的底面接触后停止，此时运输机构的自适应两指夹爪Ⅰ张开从而令驱动桥壳完全由托盘支撑后，伸缩架携自适应两指夹爪Ⅰ撤回，顶起油缸带动托盘下降使尖劈预扩胀后的驱动桥壳放置于芯模扩胀成形机构的型槽中，其中初始琵琶孔的中心与中心支撑台的中心对正，从而令两个径向扩胀小车的芯模被初始琵琶孔包纳后，气缸Ⅱ驱动安全板Ⅱ***插鞘座Ⅱ后，辅推油缸驱动缓载小车前进使其逐渐包纳驱动桥壳两端的阶梯轴，在缓载小车的内腔底面触及阶梯轴的端面后，缓载小车停止前进，同时压力机Ⅱ工作，压力机Ⅱ的导轨座Ⅱ在导轨Ⅱ上移动，使径向制动尖劈对准由两个径向扩胀小车背对贴紧形成的尖劈槽；压力机滑块Ⅱ下行，当径向制动尖劈驱动两个径向扩胀小车开始反向运动后，辅推油缸驱动缓载小车持续对驱动桥壳两端施加轴向辅助推力，当桥拱的外壁与径向扩胀凹模的内壁贴紧后，锁紧装置将锁杆锁紧以使径向扩胀小车不动，此时辅推油缸停止施加轴向推力并使缓载小车退回原位，同时压力机滑块Ⅱ带动径向制动尖劈回程，径向复合机械扩胀过程结束；

步骤6，轴向整形：托举油缸将整形芯块、轨道杆、推杆、复位油缸和卡位油缸一同向上顶起，轨道杆的一端与中心支撑台两侧的垂直轨道槽滑动连接，中心支撑台的垂直轨道槽的顶端与限位槽相连，轨道杆被顶起上升的过程会受到限位槽顶面的阻挡而无法继续上升，此时轨道杆对准中心支撑台的限位槽，卡位油缸驱动轨道杆的一端插进中心支撑台的限位槽内从而防止轨道杆下坠，此时垫块油缸驱动垫块运动至轨道杆的下方用于支撑轨道杆，压力机Ⅱ工作，压力机Ⅱ的导轨座Ⅱ在导轨Ⅱ上移动，使轴向制动尖劈对准相应整形芯块的尖劈槽后，压力机滑块Ⅱ带动轴向制动尖劈下行，驱动两个整形芯块反向运动，迫使桥拱两侧与管坯直臂段结合的圆弧弯曲部位与扩胀凹模贴合，从而消除钢管胀形区和径向扩胀凹模的间隙，保压处理后，轴向制动尖劈随压力机滑块Ⅱ回程后，复位油缸驱动推杆使整形芯块复位后，垫块油缸将垫块撤回原位后，使卡位油缸将轨道杆从限位槽中抽出至原位，托举油缸收缩其推杆使整形芯块、轨道杆、推杆、复位油缸和卡位油缸降落至整形前的位置；然后，锁紧装置解锁，强力弹簧使两个径向扩胀小车退回原位贴紧后，气缸Ⅱ撤回安全板Ⅱ后，顶起油缸驱动托盘将驱动桥壳从芯模成形设备中顶出，轴向整形过程结束，将驱动桥壳取下，进入下一道工序；

步骤7，切除驱动桥壳琵琶孔两侧缺口并封焊三角板：沿着琵琶孔的走向将预制孔两侧由于张开导致壁厚减薄的部位切除，从而形成四个近三角形的缺口，将壁厚相等且与缺口形状全等的三角形钢板补焊至缺口，三角板弧边与琵琶孔内缘剩余部分构成完整的圆形，桥拱成形完成。

步骤1所述的中无缝钢管的材质为20Mn2，壁厚为5-20mm，预制孔的周长设计为产品桥拱琵琶孔周长的1.1倍。

步骤2所述的桥拱在尖劈预扩胀过程中的径向变形量为总径向变形量的四分之一，且每个道次的尖劈胀形，均使桥拱扩胀区在径向上产生八分之一总径向变形量的预扩张，剩余的径向变形量在径向复合机械扩胀过程中完成，其中桥拱的总径向变形量为桥拱的外径值与钢管推方后截面的边长之差。

所述步骤4中，管坯中部加热温度为700℃～800℃。

本发明的有益效果为：

1、本发明为精确的成形驱动桥壳桥拱圆弧外形，改善桥拱应力分布，提高桥壳的承载能力和使用寿命，促进整体式驱动桥壳产品的结构升级和使用推广打下基础。本发明在整体式驱动桥壳的制造工序中首次采用双道次尖劈预扩胀，相比于使用一个较长的尖劈单道次预扩胀，本发明中的每个预扩胀尖劈的长度都大幅缩减，能够有效的节省尖劈材料、减轻滑块负重和缩短压力机工作空间高度。

2、本发明首次提出驱动桥壳桥拱的径向复合机械扩胀成形技术，即利用扩胀芯径向驱动桥拱逐渐弯曲胀大，同时在管坯两端施加轴向辅助推力用于缓解胀形区的拉应力状态。发明规定了施加的轴向辅助推力不得令钢管胀形区发生屈曲变形。本发明同时规定了径向复合机械扩胀前的加热温度区间，加热温度远低于钢管材料的再结晶温度，故径向复合机械扩胀处于等温成形的范畴。对扩胀区进行加热的目的是令这一部位的变形抗力减小，区别于非加热段，造成“两端硬，中间软”的效果，有利于中部桥拱的精确成形。

3、本发明生产工艺简单，操作可靠合理，消除了贯穿桥壳本体的焊缝，能够成形具有光滑圆弧过渡结构的桥拱，有利于驱动桥壳的结构优化，令钢管扩张式桥拱不再拘泥于菱形结构，美化桥壳外观的同时，也提高了产品的刚度和强度。

4、由于芯模与扩胀区内壁接触充分，使得桥拱拱面和圆弧过渡面的形状尺寸精度高，桥拱内部金属流线一致，桥壳在工作过程中应力分布均匀，有利于提高使用寿命。

5、本发明提出的桥拱生产工艺推广性强，完全适用于钢管扩张焊接桥壳的桥拱成形。

附图说明

图1为本发明装置的整体正视图；

图2为本发明装置的整体俯视图；

图3为尖劈预扩胀成形机构下半部的俯视图；

图4为次序预胀形尖劈对预制孔进行扩胀的侧向剖面示意图；

图5为桥壳在尖劈预扩胀后被顶出的示意图；

图6为桥壳在扩胀区加热后放置于芯模胀形设备中的正视剖面图；

图7为径向复合机械扩胀成形过程中设备的正视剖面图；

图8为径向复合机械扩胀成形过程中设备的的侧视剖面图；

图9为径向复合机械扩胀成形过程中设备的的俯视剖面图；

图10为轴向整形过程中设备的正视剖面图；

图11为轴向整形过程中设备的俯视剖面图；

图12为桥壳完成桥拱扩胀成形后被顶出的示意图；

图13为驱动桥壳水平放置在半封闭加热炉上结构示意图；

图14为驱动桥壳翻转90°后在半封闭加热炉上结构示意图；

图15为完成两端阶梯轴成形、四面推方并在中部位置切割具有特定形状预制孔后的无缝钢管，即成形桥拱的基材；

图16为基材经过尖劈预扩胀后的驱动桥壳示意图；

图17为中厚壁整体式汽车驱动桥壳最终结构示意图；

1-支撑底座，2-安全板Ⅰ，3-预胀形凹模，4-插鞘座Ⅰ，5-气缸支架Ⅰ，6-固定板，7-气缸Ⅰ，8-顶出油缸，9-托板Ⅰ，10-首序预胀形尖劈，11-次序预胀形尖劈，12-导轨座Ⅰ，13-压力机滑块Ⅰ，14-导轨Ⅰ，15-基座，16-中心支撑台，17-径向扩胀小车，18-导棒，19-锁杆，20-锁紧装置，21-强力弹簧，22-整形芯块，23-轨道杆，24-卡位油缸，25-推杆，26-复位油缸，27-驱动桥壳，28-托举油缸，29-顶起油缸，30-托盘，31-垫块，32-垫块油缸，33-油缸垫板，34-气缸支架Ⅱ，35-缸体座，36-辅推油缸，37-缓载小车，38-车轨，39-三角板，40-径向扩胀凹模，41-桥拱，42-插鞘座Ⅱ，43-安全板Ⅱ，44-气缸Ⅱ，45-径向制动尖劈，46-轴向制动尖劈，47-导轨座Ⅱ，48-压力机滑块Ⅱ，49-导轨Ⅱ，50-半封闭式加热炉，51-工业机器人底座，52-工业机器人，53-短轨道，54-长轨道，55-伸缩架，56-自适应两指夹爪Ⅰ，57-运输小车，58-连接座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图17所示，中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，在中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形设备上完成，中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形设备，包括尖劈预扩胀成形机构、芯模扩胀成形机构、半封闭式加热炉50、工业机器人机构和运输机构组成，所述芯模扩胀成形机构包括位于地面以下的基座15、地面以上的缸体座35、轴向制动尖劈46和径向制动尖劈45，所述基座15中部安装有中心支撑台16，作为径向扩胀小车17的运动平台，中心支撑台16的上表面设置有两个径向扩胀小车17，桥拱在径向扩胀小车17的作用下完成圆弧成形，径向扩胀小车17与导棒18一端相连，导棒18另一端贯穿基座15侧板且与锁杆19一端铰接，锁杆19另一端与锁紧装置20铰接，锁紧装置20用于将径向扩胀小车17锁紧，导棒18位于基座15内的部分套有强力弹簧21，用于使径向扩胀小车17在制动尖劈回程后复位，中心支撑台16的两侧设置有整形芯块22，且两个整形芯块22呈背对背设置，整形芯块22滑动安装于轨道杆23上，整形芯块22可由轴向制动尖劈46和复位油缸26控制其在轨道杆23上的运动，径向扩胀小车17和整形芯块22的内侧有半封闭的斜角凹槽，径向制动尖劈45和轴向制动尖劈46通过***斜角凹槽提供侧向分力，迫使径向扩胀小车17和整形芯块22运动，轨道杆23的轴向行程与中心支撑块16的限位槽的深度相同，卡位油缸24驱动轨道杆23的一端插进中心支撑块16的限位槽内从而防止轨道杆23下坠，整形芯块22侧壁与推杆25一端连接，推杆25另一端与复位油缸26固连，复位油缸26用于限制整形芯块22的运动，复位油缸26位于卡位油缸24的正上方，复位油缸26的缸底和卡位油缸24的缸底均在基座15上的垂直导轨槽内滑动连接，所述基座15底部对称设置有托举油缸28，托举油缸28的活塞杆与轨道杆23固连，托举油缸28能够驱动整形芯块22、轨道杆23、推杆25、复位油缸26和卡位油缸24同时升起或降落，所述基座15的中上部两侧内嵌有两个顶起油缸29，顶起油缸29通过其上的活塞杆与托盘30相连，中心支撑台16外侧对称设置有垫块31，用于在轴向整形时驱动垫块31至轨道杆23下方为轨道杆23提供支撑，所述基座15宽度方向一侧设置有垫块油缸32，垫块油缸32通过其上的活塞杆与垫块31相连从而驱动垫块31在基座15的底面上往复滑动，垫块31在径向复合机械扩胀过程中处于基座15之外，垫块油缸32的缸体通过缸体夹固定安装于油缸垫板33上，所述基座15宽度方向另一侧设置有气缸支架Ⅱ34，气缸支架Ⅱ34的水平架通过螺栓与基座15固定安装，气缸支架Ⅱ34的顶板上表面通过气缸夹固定安装有气缸Ⅱ44，所述缸体座35对称布置于基座15长度方向的两侧，缸体座35与车轨38的一端相连，缸体座35的上表面通过缸体夹安装有辅推油缸36，辅推油缸36的活塞杆末端与缓载小车37的一端相连，辅推油缸36通过缓载小车37对桥壳两端施加轴向辅助推力，且缓载小车37滑动安装于车轨38上，辅推油缸36的轴线和缓载小车37的内腔轴线以及桥壳的中心线共线，所述基座15顶部的托板Ⅱ上表面设置有径向扩胀凹模40，缓载小车37的内腔轮廓与驱动桥壳端部轴头外部轮廓的形状尺寸一致，两个相对工作的辅推油缸36、缓载小车37内腔与两个径向扩胀凹模40之间狭长空间的中线在同一轴线上，径向扩胀凹模40的顶部设置有顶板，顶板上表面固定安装有两组插鞘座Ⅱ42，沿基座15宽度方向布置的两个插鞘座Ⅱ42之间穿插有安全板Ⅱ43，安全板Ⅱ43与气缸Ⅱ44的推杆25相连，气缸Ⅱ44的驱动推杆25可带动安全板Ⅱ43从插鞘座Ⅱ42穿过和抽出，所述轴向制动尖劈46和径向制动尖劈45通过垫板安装在压力机滑块Ⅱ48的导轨Ⅱ49上，单个径向制动尖劈45和两个轴向制动尖劈46呈品字型分布安装在导轨座Ⅱ47下方，且两个轴向制动尖劈46并排分布在径向制动尖劈45后方，压力机滑块Ⅱ48带动径向制动尖劈45下行驱动径向扩胀小车17运动；辅助油缸36驱动缓载小车37使其包纳驱动桥壳两端的阶梯轴并提供辅助推力，轴向制动尖劈46和径向制动尖劈45通过导轨座Ⅱ47安装在压力机滑块Ⅱ48的导轨Ⅱ49上，导轨座Ⅱ47在导轨Ⅱ49上移动从而使制动尖劈对准初始琵琶孔；径向制动尖劈45下行驱动两个径向扩胀小车17在中心支撑台16上反向运动，使驱动桥壳的桥拱径向张大；所述尖劈预扩胀成形机构包括位于尖劈预扩胀成形机构的最底部的支撑底座1、预胀形尖劈15和次序预胀形尖劈11，用于支撑两个预胀形凹模3，首序预胀形尖劈10分为变截面尖角部分和固定椭圆截面部分，次序预胀形尖劈11和首序预胀形尖劈10的结构相同，首序预胀形尖劈10椭圆截面短轴长的尺寸等于基材中部方形截面的边长与桥拱总径向变形量的八分之一相加之和，次序预胀形尖劈11椭圆截面短轴长的尺寸等于首序预胀形尖劈10椭圆截面短轴长尺寸的二倍与预制孔中间部位宽度相减之差，其中，桥拱总径向变形量为桥拱的外径尺寸与基材中部方形截面边长之差，支撑底座1的顶板中心开设有椭圆形的通孔，便于尖劈进入支撑底座1的空腔，支撑底座1顶板的上表面设置有对称分布的两个预胀形凹模3，预胀形凹模3的上表面沿长度方向设置有两组插鞘座Ⅰ4，且两组插鞘座Ⅰ4沿长度方向对称分布，每组的两个插鞘座Ⅰ4沿宽度方向对称分布，预胀形凹模3的上表面同时设置有感知托板Ⅰ9升降掠过上表面的位置感知信号器(可选型号：E18-2A30LA-H)，沿预胀形凹模3宽度方向设置的两个插鞘座Ⅰ4之间设置有安全板Ⅰ2，安全板Ⅰ2用于防止桥壳直臂在尖劈预扩胀过程中发生翘曲，以及在尖劈回程过程中使桥壳摆脱尖劈，起到打料的作用，支撑底座1的同侧两端对称设置有气缸支架Ⅰ5，且气缸支架Ⅰ5通过螺栓与支撑底座1固定安装，气缸支架Ⅰ5的上表面通过螺栓固定安装有固定板6，固定板6的上表面通过缸体夹和螺栓固定安装有气缸Ⅰ7，气缸Ⅰ7的活塞杆末端与安全板Ⅰ2相连，气缸Ⅰ7的活塞杆可带动安全板Ⅰ2从插鞘座Ⅰ4穿过和抽出，所述支撑底座1内腔沿长度方向对称设置有顶出油缸8，顶出油缸8的活塞杆末端与托板Ⅰ9相连，将尖劈扩胀后的桥壳顶出，首序预胀形尖劈10和次序预胀形尖劈11通过垫板安装于导轨座Ⅰ12上，导轨座Ⅰ12滑动吊装在压力机滑块Ⅰ13的导轨Ⅰ14上从而可使尖劈对准预制孔；所述芯模扩胀成形机构位于尖劈预扩胀成形机构的左侧，所述芯模扩胀成形机构通过连接座58与尖劈预扩胀成形机构相连，芯模扩胀成形机构靠近尖劈预扩胀成形机构一侧的缸体座35上通过半封闭式加热炉支架安装有半封闭式加热炉50，所述半封闭式加热炉50采用中频感应加热原理，其轴向两侧各有一个内轮廓为半封闭方形、外轮廓为半封闭圆形的轴承，常态下轴承的开口朝向与半封闭式加热炉50的开口朝向一致，半封闭式加热炉50的轴承上安装有压力传感器Ⅱ(可选型号：SBT762)，用于检测半封闭式加热炉50上是否有桥壳；半封闭式加热炉50靠近尖劈预扩胀成形机构一侧设置有工业机器人机构，所述工业机器人机构包括工业机器人底座51和工业机器人52(可选型号：BRIR801-5)，工业机器人52安装于工业机器人底座51上，工业机器人52的末端执行器为一自适应两指夹爪(可选型号：大寰AG-95L)，工业机器人底座51呈“L”形，工业机器人底座51通过螺栓固定安装于地面上，且工业机器人底座51的侧面与支撑底座1的侧面通过螺栓固定安装；芯模扩胀成形机构和尖劈预扩胀成形机构另一侧设置有运输机构；所述运输机构包括短轨道53、长轨道54、伸缩架55、自适应两指夹爪56和运输小车57，所述长轨道54与短轨道53一端相连，且长轨道54与短轨道53垂直设置，短轨道53另一端延伸至连接座58和缸体座35，短轨道53在维修长轨道54时，用于使运输小车57移动到短轨道53上，便于更换长轨道54，所述长轨道54上滑动安装有运输小车57，运输小车57沿长度方向两端均设置有伸缩架55，伸缩架55面对半封闭式加热炉50的一侧安装有自适应两指夹爪56，所述基座15、半封闭式加热炉50和支撑底座1的对称中心线与长导轨54的交点处均设置有控制运输小车57运动的限位开关(可选型号：LU672-5NA)，且基座15的对称中心线与长导轨54的交点处安装有第一限位开关，半封闭式加热炉50的对称中心线与长导轨54的交点处安装有第二限位开关，支撑底座1的对称中心线与长导轨54的交点处安装有第三限位开关，所述运输小车57底板的下表面的中心位置处安装有用于标记运输小车57移动位置的红外线定位信号器(可选型号：HO-Y650P100-26110)，长轨道54上的限位开关通过接收定位信号器发射的信号来控制运输小车57的运动，包括以下步骤：

步骤1，取材：将完成两端阶梯轴成形、四面推方并在中部位置切割具有特定形状预制孔后的无缝钢管作为桥拱成形前的基材，无缝钢管的材质为20Mn2，壁厚为5-20mm，预制孔的周长设计为产品桥拱琵琶孔周长的1.1倍；

步骤2，确定桥拱在不同工序的径向变形量，桥拱在尖劈预扩胀过程中的径向变形量为总径向变形量的四分之一，且每个道次的尖劈胀形，均使桥拱扩胀区在径向上产生八分之一总径向变形量的预扩张，剩余的径向变形量在径向复合机械扩胀过程中完成，其中桥拱的总径向变形量为桥拱的外径值与钢管推方后截面的边长之差，根据尖劈预扩胀工序的变形量的实际生产情况可对预胀形尖劈进行设计调整；

步骤3，双道次尖劈预扩胀：将基材放置于尖劈预扩胀成形设备的型槽中，基材无需加热，预制孔完全由预扩胀尖劈渐进胀大，尖劈预扩胀成形设备上的气缸Ⅰ7使安全板Ⅰ2穿过沿宽度方向设置的一个插鞘座Ⅰ4后***另一个插鞘座Ⅰ4内；其次，导轨座Ⅰ12在导轨Ⅰ14上移动，使首序预胀形尖劈10和预制孔中心对正；然后，压力机滑块Ⅰ13下行，使首序预胀形尖劈10渐进穿过预制孔并在预定位置首序预胀形尖劈10的椭圆截面部分完全没入预制孔的位置停止下行；之后，压力机滑块Ⅰ13回程使首序预胀形尖劈10从预制孔拔出，导轨座Ⅰ12在压力机的导轨Ⅰ14上移动令次序预胀形尖劈11对准预制孔；然后压力机滑块Ⅰ13下行，使次序预胀形尖劈11渐进穿过预制孔并在次序预胀形尖劈11的椭圆截面部分完全没入预制孔的位置停止下行；再次，压力机滑块Ⅰ13回程使次序预胀形尖劈11从预制孔拔出，此时预制孔最终形成可以容纳径向扩胀芯模的初始琵琶孔；最后，待气缸Ⅰ7抽回安全板Ⅰ2后，顶出油缸8驱动托板Ⅰ9将驱动桥壳顶出，尖劈预扩胀过程结束；

步骤4，驱动桥壳中部扩胀区加热：顶出油缸8驱动托板Ⅰ9将驱动桥壳顶出后，托板Ⅰ9刚好掠过预胀形凹模3的上表面，并被设置在预胀形凹模3上表面的位置感知信号器所感知，该位置感知信号器将信号传递给外设控制柜中的设备主控制器，设备主控制器接收到位置感知信号器的信号后立即向运输小车57的驱动电机发送指令，使运输小车57沿长轨道54向所述尖劈预扩胀成形设备的一端运动，当运输小车57与支撑底座1中心对正时，长轨道54上的限位开关向设备主控制器传递信号，设备主控制器向运输小车57的驱动电机发送停止指令使运输小车57停止，并向运输机构的关节控制器发送信号使伸缩架55伸出并通过卡钳56夹紧驱动桥壳桥拱两侧的直臂，设备主控制器在接收到设置在卡钳56上的力学传感器所传递的力学信号后向液压***发送减压指令，使顶出油缸8携托板Ⅰ9复位，托板Ⅰ9下降掠过预胀形凹模3上表面时，预胀形凹模3上表面的位置感知信号器将信号传递给设备主控制器，设备主控制器向运输机构的关节控制器发送信号使伸缩架55收缩，从而将尖劈预扩胀后的驱动桥壳从尖劈预扩胀成形设备上取下，伸缩架55收缩完毕后，运输机构的关节控制器将伸缩架55收缩完成信号传递至设备主控制器，然后设备主控制器向运输小车57的驱动电机发送指令使运输小车57沿着长轨道54向半封闭式加热炉59移动，当运输小车57移动至与半封闭式加热炉59中心对正时，半封闭式加热炉59正对面位于长轨道54上的限位开关向运输小车57下表面的位置感知信号器发送信号，位置感知信号器将限位信号传递至设备主控制器，设备主控制器向运输小车57的驱动电机发送停止指令使运输小车57停止运动，同时设备主控制器向运输机构的关节控制器发送动作指令，使伸缩架55向前伸出令驱动桥壳两端的直臂分别嵌入于半封闭式加热炉59两侧轴承的半封闭方形内轮廓中，此时尖劈预扩胀后的驱动桥壳中部桥拱部位位于半封闭式加热炉59的炉腔内，之后卡钳56松开，伸缩架55收回卡钳56使半封闭式加热炉59完全支撑驱动桥壳，半封闭式加热炉59的压力传感器将压力信号传递至设备主控制器，设备主控制器向工业机器人52的关节控制器发送动作指令，使工业机器人52抓住驱动桥壳暴露在半封闭式加热炉59外侧的直臂，之后工业机器人52对驱动桥壳施加扭矩使驱动桥壳的桥拱部位在半封闭式加热炉59内翻转90°后停止旋转，工业机器人52的关节控制器向设备主控制器传递信号，主控制器收到信号后启动30秒计时程序，30秒过后，即尖劈预扩胀后的驱动桥壳扩胀区经半封闭式加热炉59加热至700℃～800℃后，径向复合机械扩胀过程中，桥拱的胀大以径向扩胀小车17的径向运动为主导，而轴向辅助推力不得令扩胀区发生屈曲失稳，径向复合机械扩胀过程中，扩胀区金属的切向应力为拉应力，轴向辅助推力的作用是缓解扩胀区金属的应力状态，避免扩胀区由于拉应力过大而撕裂，设备主控制器向工业机器人52的关节控制器发送复位动作信号，工业机器人52反向扭转驱动桥壳直臂使其旋转90°并脱离驱动桥壳及恢复原始位姿后，工业机器人52的关节控制器将复位完成信号传递至设备主控制器，设备主控制器向运输机构的关节控制器发送连贯动作信号，运输机构的关节控制器接收信号后令伸缩架55前伸并使卡钳56抓紧驱动桥壳两端直臂后收缩至原位，驱动桥壳中部扩胀区加热过程结束，径向复合机械扩胀过程中，桥拱的胀大以径向扩胀小车17的径向运动为主导，而轴向辅助推力不得令扩胀区发生屈曲失稳。径向复合机械扩胀过程中，扩胀区金属的切向应力为拉应力，轴向辅助推力的作用是缓解扩胀区金属的应力状态，避免扩胀区由于拉应力过大而撕裂；

步骤5，径向复合机械扩胀成形：驱动桥壳中部扩胀区加热过程结束后，运输机构的关节控制器将信号传送至设备主控制器，设备主控制器向运输小车57的驱动电机发送指令，运输小车57沿长轨道54向芯模扩胀成形设备的一端移动，当运输小车57移动至与基座15中心对正时，基座15正对面位于长轨道54上的限位开关向运输小车57下表面的位置感知信号器发送信号，运输小车57下表面的位置感知信号器再将限位信号传递至设备主控制器，设备主控制器立即向运输机构的驱动电机发送信号使运输小车57停止，同时设备主控制器向运输机构的关节控制器发送信号，令伸缩架55向前伸出将驱动桥壳送至其轴线与基座15在长度方向上的中心线对正的位置停止，运输机构的关节控制器将停止信号传递至设备主控制器，设备主控制器向芯模扩胀成形设备的液压***发送信号，使顶起油缸29驱动托盘30上升至托盘30与驱动桥壳的底面接触后停止，芯模扩胀成形设备的液压***再将信号传送至设备主控制器，设备主控制器向运输机构的关节控制器发送指令使卡钳56脱离驱动桥壳并被伸缩架55收回，然后顶起油缸29带动托盘30下降使尖劈预扩胀后的驱动桥壳放置于芯模扩胀成形设备的型槽中，其中初始琵琶孔的中心与中心支撑台16的中心对正，从而令两个径向扩胀小车17的芯模被初始琵琶孔包纳；然后，气缸Ⅱ44驱动安全板Ⅱ43***插鞘座Ⅱ42；辅推油缸36驱动缓载小车37前进使其包纳驱动桥壳两端的阶梯轴，辅推油缸36在缓载小车37的内腔底面触及阶梯轴后停止施加推力；导轨座Ⅱ47在导轨Ⅱ49上移动，使径向制动尖劈45对准由两个径向扩胀小车17背对贴紧形成的尖劈槽；压力机滑块Ⅱ48下行，使径向制动尖劈45驱动两个径向扩胀小车17反向运动；待初始琵琶孔开始被径向扩胀小车17的芯模径向胀大的同时，辅推油缸36驱动缓载小车37持续对驱动桥壳两端施加轴向辅助推力；当桥拱的外壁与径向扩胀凹模40的内壁贴紧后，锁紧装置20将锁杆19锁紧以使径向扩胀小车17不动，与此同时，辅推油缸36停止施加轴向推力并使缓载小车37退回原位；然后，压力机滑块Ⅱ48带动径向制动尖劈45回程，径向复合机械扩胀过程结束；

步骤6，轴向整形：本步骤无需对径向扩胀后的桥壳进行二次加热处理，径向复合机械扩胀后的余温即能够满足轴向整形的要求，托举油缸28将整形芯块22、轨道杆23、推杆25、复位油缸26和卡位油缸24顶起直至轨道杆23对准中心支撑台16的限位槽，其次，卡位油缸24驱动轨道杆23的一端插进中心支撑台16的限位槽内从而防止轨道杆23下坠，垫块油缸32驱动垫块31运动至轨道杆23的下方用于支撑轨道杆23；然后，导轨座Ⅱ47在导轨Ⅱ49上移动，使轴向制动尖劈46对准相应整形芯块22的尖劈槽后，压力机滑块Ⅱ48带动轴向制动尖劈46下行，驱动两个整形芯块22反向运动，迫使桥拱两侧与管坯直臂段结合的圆弧弯曲部位与扩胀凹模贴合，从而消除钢管胀形区和径向扩胀凹模40的间隙；保压10s，轴向制动尖劈46随压力机滑块Ⅱ48回程后，复位油缸26驱动推杆25使整形芯块22复位，垫块油缸32将垫块31撤回原位，卡位油缸24将轨道杆23从限位槽中抽出，托举油缸28收缩其推杆使整形芯块22、轨道杆23、推杆25、复位油缸26和卡位油缸24降落至整形前的位置；然后，锁紧装置22解锁，强力弹簧21使两个径向扩胀小车17退回原位贴紧；最后，气缸Ⅱ44撤回安全板Ⅱ43后，顶起油缸29驱动托盘30将驱动桥壳从芯模成形设备中顶出，轴向整形过程结束，将驱动桥壳取下，进入下一道工序；

步骤7，切除驱动桥壳琵琶孔两侧缺口并封焊三角板，沿着琵琶孔的走向将预制孔两侧由于张开导致壁厚减薄的部位切除，从而形成四个近三角形的缺口，将壁厚相等且与缺口形状全等的三角形钢板补焊至缺口，三角板弧边与琵琶孔内缘剩余部分构成完整的圆形，桥拱成形完成。

Claims (4)

1.一种中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，取材：将完成两端阶梯轴成形、四面推方并在中部位置切割具有特定形状预制孔后的无缝钢管作为桥拱成形前的基材；

步骤2，确定桥拱在不同工序的径向变形量；

步骤3，双道次尖劈预扩胀：基材无需加热，预制孔完全由预扩胀尖劈渐进胀大，将基材放置于尖劈预扩胀成形设备的型槽中，利用尖劈预扩胀成形设备上的首序预胀形尖劈对准预制孔中部渐进穿过并拔出，使预制孔在径向上发生一定程度的张开；再利用尖劈预扩胀成形设备上的次序预胀形尖劈渐进穿过张开的预制孔并拔出，使预制孔在径向上进一步张大至尖劈预扩胀后要求的尺寸，最终形成可以容纳径向扩胀芯模的初始琵琶孔；

步骤4，驱动桥壳中部扩胀区加热：顶出油缸驱动托板Ⅰ将驱动桥壳顶出后，托板Ⅰ刚好掠过预胀形凹模的上表面，运输小车沿长轨道向所述尖劈预扩胀成形设备的一端运动，当运输小车与支撑底座中心对正时，运输小车停止运动，运输机构的伸缩架伸出并通过卡钳夹紧驱动桥壳桥拱两侧的直臂，此时顶出油缸携托板Ⅰ复位，运输机构的伸缩架收缩，从而将尖劈预扩胀后的驱动桥壳从尖劈预扩胀成形设备上取下，伸缩架收缩完毕后，运输小车沿着长轨道向半封闭式加热炉移动，当运输小车移动至与半封闭式加热炉中心对正时，运输小车停止运动，同时伸缩架向前伸出令驱动桥壳两端的直臂分别嵌入于半封闭式加热炉两侧轴承的半封闭方形内轮廓中，此时尖劈预扩胀后的驱动桥壳中部桥拱部位位于半封闭式加热炉的炉腔内，伸缩架收回半封闭式加热炉完全支撑驱动桥壳，工业机器人抓住驱动桥壳暴露在半封闭式加热炉外侧的直臂，之后工业机器人对驱动桥壳施加扭矩使驱动桥壳的桥拱部位在半封闭式加热炉内翻转90°后停止旋转，尖劈预扩胀后的驱动桥壳扩胀区经半封闭式加热炉加热至设定温度后，工业机器人反向扭转驱动桥壳直臂使其旋转90°并脱离驱动桥壳及恢复原始位姿后，运输机构伸缩架前伸的同时自适应两指夹爪张开抓紧驱动桥壳桥拱两侧的直臂，然后伸缩架收缩将驱动桥壳从半封闭式加热炉中取出，并且伸缩架收缩至原位，驱动桥壳中部扩胀区加热过程结束；

步骤5，径向复合机械扩胀成形：驱动桥壳中部扩胀区加热过程结束后，运输小车通过电机驱动器驱动小车电机使运输小车沿长轨道向芯模扩胀成形机构的一端移动，当运输小车移动至与基座中心对正时停止运动，同时运输机构的伸缩架向前伸出将驱动桥壳送至其轴线与基座在长度方向上的中心线对正，此时油泵带动顶起油缸驱动托盘上升至托盘与驱动桥壳的底面接触后停止，此时运输机构的自适应两指夹爪Ⅰ张开从而令驱动桥壳完全由托盘支撑后，伸缩架携自适应两指夹爪Ⅰ撤回，顶起油缸带动托盘下降使尖劈预扩胀后的驱动桥壳放置于芯模扩胀成形机构的型槽中，其中初始琵琶孔的中心与中心支撑台的中心对正，从而令两个径向扩胀小车的芯模被初始琵琶孔包纳后，气缸Ⅱ驱动安全板Ⅱ***插鞘座Ⅱ后，辅推油缸驱动缓载小车前进使其逐渐包纳驱动桥壳两端的阶梯轴，在缓载小车的内腔底面触及阶梯轴的端面后，缓载小车停止前进，同时压力机Ⅱ工作，压力机Ⅱ的导轨座Ⅱ在导轨Ⅱ上移动，使径向制动尖劈对准由两个径向扩胀小车背对贴紧形成的尖劈槽；压力机滑块Ⅱ下行，当径向制动尖劈驱动两个径向扩胀小车开始反向运动后，辅推油缸驱动缓载小车持续对驱动桥壳两端施加轴向辅助推力，当桥拱的外壁与径向扩胀凹模的内壁贴紧后，锁紧装置将锁杆锁紧以使径向扩胀小车不动，此时辅推油缸停止施加轴向推力并使缓载小车退回原位，同时压力机滑块Ⅱ带动径向制动尖劈回程，径向复合机械扩胀过程结束；

步骤6，轴向整形：托举油缸将整形芯块、轨道杆、推杆、复位油缸和卡位油缸一同向上顶起，轨道杆的一端与中心支撑台两侧的垂直轨道槽滑动连接，中心支撑台的垂直轨道槽的顶端与限位槽相连，轨道杆被顶起上升的过程会受到限位槽顶面的阻挡而无法继续上升，此时轨道杆对准中心支撑台的限位槽，卡位油缸驱动轨道杆的一端插进中心支撑台的限位槽内从而防止轨道杆下坠，此时垫块油缸驱动垫块运动至轨道杆的下方用于支撑轨道杆，压力机Ⅱ工作，压力机Ⅱ的导轨座Ⅱ在导轨Ⅱ上移动，使轴向制动尖劈对准相应整形芯块的尖劈槽后，压力机滑块Ⅱ带动轴向制动尖劈下行，驱动两个整形芯块反向运动，迫使桥拱两侧与管坯直臂段结合的圆弧弯曲部位与扩胀凹模贴合，从而消除钢管胀形区和径向扩胀凹模的间隙，保压处理后，轴向制动尖劈随压力机滑块Ⅱ回程后，复位油缸驱动推杆使整形芯块复位后，垫块油缸将垫块撤回原位后，使卡位油缸将轨道杆从限位槽中抽出至原位，托举油缸收缩其推杆使整形芯块、轨道杆、推杆、复位油缸和卡位油缸降落至整形前的位置；然后，锁紧装置解锁，强力弹簧使两个径向扩胀小车退回原位贴紧后，气缸Ⅱ撤回安全板Ⅱ后，顶起油缸驱动托盘将驱动桥壳从芯模成形设备中顶出，轴向整形过程结束，将驱动桥壳取下，进入下一道工序；

步骤7，切除驱动桥壳琵琶孔两侧缺口并封焊三角板，沿着琵琶孔的走向将预制孔两侧由于张开导致壁厚减薄的部位切除，从而形成四个近三角形的缺口，将壁厚相等且与缺口形状全等的三角形钢板补焊至缺口，三角板弧边与琵琶孔内缘剩余部分构成完整的圆形，桥拱成形完成。

2.根据权利要求1所述的中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，其特征在于：步骤1所述的中无缝钢管的材质为20Mn2，壁厚为5-20mm，预制孔的周长设计为产品桥拱琵琶孔周长的1.1倍。

3.根据权利要求1所述的中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，其特征在于：步骤2所述的桥拱在尖劈预扩胀过程中的径向变形量为总径向变形量的四分之一，且每个道次的尖劈胀形，均使桥拱扩胀区在径向上产生八分之一总径向变形量的预扩张，剩余的径向变形量在径向复合机械扩胀过程中完成，其中桥拱的总径向变形量为桥拱的外径值与钢管推方后截面的边长之差。

4.根据权利要求1所述的中厚壁整体式汽车驱动桥壳桥拱的成形方法，其特征在于：所述步骤4中，管坯中部加热温度为700℃～800℃。