CN114713711A - 驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于驱动桥壳生产应用技术领域，尤其涉及一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法。包括以下有效步骤：a、首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯；b、然后将选择好的原始管坯固定在多瓣缩径模具的缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具对原始管坯施压收缩力，使其缩径得到缩径壁厚可控制的毛坯管，其中，对多瓣缩径模具模压原始管坯过程中的管坯变形位置进行加热处理。与现有技术相比，本发明通过对现有的工艺进行改进，使其达到一次成型的目的，进而解决了现有多次缩径所造成的生产效力低下、生产成本高的问题，同时，本发明方法简单、操作方便、适合大规模推广使用。

Description

驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法

技术领域

本发明属于驱动桥壳生产应用技术领域，尤其涉及一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法。

背景技术

商用车驱动桥是整车的核心部件之一，驱动桥壳则是驱动桥传动***的安装支撑体，在车辆行驶过程中起着承重和传力的重要作用，要求具有较高的机械强度、刚度和耐疲劳强度性能。相关文献显示，汽车的整车质量若减少100kg，每百公里油耗将减少0.3L～0.6L，二氧化碳排放量减少12g。按行业有关技术规范与径验值，驱动桥属于钢板弹簧以下质量，每减少1kg簧下质量的效果等同于减重15kg的簧上质量。以重卡驱动桥壳为例，其重量在100kg以上，采用高强钢材料，采用新工艺技术扩大优化结构的技术窗口意义重大。现有桥壳产品的技术方案有四种：整体铸造桥壳，冲压拼焊桥壳，机械热扩胀成形桥壳以及内高压成形桥壳。

其中，高压一体成形桥壳其主要原理为在常温条件下，对管坯内充入水基高压液体，使管坯拉伸变形贴模，获得一体成形的桥壳。该技术方案将原有桥壳工艺从20多道次工序，缩减40％左右，体现出更优化的产品结构以及较高生产效率的优势。

该技术方案现行主要过程为：管坯多道次缩径—热处理—内高压预胀形—局部热处理—内高压成形。其主要问题在于受限于材料常温条件下屈服强度及拉伸率极限，最终内高压成形的变形拉伸率需控制在3-5％以内，要求最终胀形的管坯具有较大的变径率，实现管坯的大变径率则需多道次缩径与预胀形工步的交替结合，同时在各工步变形过程中，需对管坯施加较大的作用力才能克服材料的屈服强度使其变形，故各工步加工设备吨位较大。

上述方案虽然简化了工艺步骤，但其仍存在以下技术缺陷：其需要管坯进行多次缩径，才可以得到相应的预胀件，由此导致整个工序较为复杂、繁琐，为此，如何提高缩径效率，是目前驱动桥壳高压一体成形工艺中重点的研究方向。

发明内容

本发明针对上述的上述驱动桥壳胀压成型工艺在缩径工序中所存在的技术问题，提出一种设计合理、方法简单且能够实现一次成型的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，包括以下有效步骤：

a、首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯；

b、然后将选择好的原始管坯固定在多瓣缩径模具的缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具对原始管坯施压收缩力，使其缩径得到缩径壁厚可控制的毛坯管，其中，对多瓣缩径模具模压原始管坯过程中的管坯变形位置进行加热处理。

其中，所述a步骤包括以下有效步骤：

a1、首先根据要实现的桥壳结构数模，将桥壳以中心线为中心分为两部分，并将每部分分为四类区域，包括端部的圆柱截面区域、靠近桥肩的方柱截面区域、圆柱截面区域和放置截面区域之间的过渡区域以及桥肩与桥包区域；

a2、沿圆柱截面区域向桥肩与桥包区域方向以1％轴向长度为等距切分单元将其截面周长转换为对应的圆管管径，选取其中的最大值作为原始管坯的直径。

作为优选，所述b步骤中，在原始管坯内套装芯轴，再对原始管坯施压收缩力时实现对原始管坯的支撑。

作为优选，所述芯轴的表面设置有螺旋凸起，所述芯轴转动套装在原始管坯内。

作为优选，所述芯轴内设置有加热装置。

作为优选，所述缩径设备包括管坯旋转及轴向进给机构、用于安装多瓣缩径模具的模架、用于实现缩径的多瓣缩径模具、用于对原始管坯内壁加热以及塑形的芯轴以及用于对原始管坯外壁加热的感应加热线圈。

作为优选，所述多瓣缩径模具与原始坯管的接触面包括设置在两端的水平面以及设置在水平面之间的过渡倾斜面，其中，所述过渡倾斜面用于实现两段不同直径的水平面之间的过渡。

作为优选，所述管坯旋转及轴向进给机构包括机架以及设置在机架上行走小车，所述机架上设置有用于行走小车移动的轨道，所述行走小车上设置有用于夹持原始管坯的夹具，所述夹具转动设置在行走小车。

作为优选，所述行走小车呈门型框架状设置，所述夹具设置在行走小车内，所述行走小车的顶部设置有驱动电机，所述驱动电机的动力端连接有减速器，所述减速器的动力端连接有驱动齿轮，所述夹具的端部设置有与驱动齿轮啮合设置的转动齿轮。

作为优选，所述行走小车上设置有行走电机，所述行走电机的动力端连接有行走减速器，所述行走减速器的动力端连接有行走齿轮，所述机架上设置有与行走齿轮啮合的齿条。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明通过提供一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，通过对现有的工艺进行改进，使其达到一次成型的目的，进而解决了现有多次缩径所造成的生产效力低下、生产成本高的问题，同时，本发明方法简单、操作方便、适合大规模推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的驱动桥壳的分区图；

图2为实施例1提供的驱动桥壳的管径图；

图3为实施例1提供的原始管坯的结构示意图；

图4为实施例1提供的缩径工序的结构示意图；

图5为实施例1提供的缩径工序另一端夹持状态的结构示意图；

图6为实施例1提供的缩径设备的结构示意图；

图7为实施例1提供的缩径设备另一角度的结构示意图；

图8为实施例1提供的多瓣缩径模具和芯轴的结构示意图；

图9为实施例1提供的模架的结构示意图；

以上各图中，1、机架；11、轨道；12、齿条；2、行走小车；21、驱动电机；22、减速器；23、驱动齿轮；24、转动齿轮；25、夹具；26、行走电机；27、行走减速器；28、行走齿轮；3、模架；4、多瓣缩径模具；41、水平面；42、过渡倾斜面；5、固定架；51、芯轴；511、螺旋凸起；6、感应加热线圈；7、原始管坯。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，本实施例旨在提供一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法以解决现有缩径工序中，需要多次缩径才能实现驱动桥壳胀压成型的缩径的问题，为此，本实施例提供的一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法具体实施方法如下：

首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯7，众所周知，桥壳主要包括设置在中间的桥包以及设置在桥包两侧的管梁构成，在桥包和管梁之间的过渡端形成桥肩结构，其中，桥包类似于鼓包，其也是整个桥壳最宽的部分，为此，在本实施例中，根据桥壳产品图纸状态获得此产品三维数据，如图1所示，将整个桥壳以中心线为中心分为左右两段，并对每段划分为四部分，其中I区为圆柱截面区域，III区为四边倒圆角的方柱截面区域，II区为I、III区过渡状态，IV区为桥肩与桥包部分区域。沿圆柱截面区域向桥肩与桥包区域方向以1％轴向长度为等距切分单元将桥壳截面周长分别记录为L1、L21-L2n、L3、L41-L4n。其中桥壳I-III区为直管部分，通过等截面周长方式直接确定为：

其中桥壳IV区为变径部分，通过截面周长延伸率不高于5％进行计算，即原始管坯7设计截面周长为：

95％L_4x＜L_4max＜L_4x

通过圆周计算直径获得IV区原始管坯7直径为：

并以D_4x的值为原始管坯7的直径，如图3所述，而关于D₁、D_2x以及D₃的计算主要是为了方便后续缩径工序中，用于控制缩径量，并以此数据建立此缩径毛坯如图2所示，根据商用车重卡、轻卡和微卡不同车型的技术要求，通常最大直径与最小直径之比范围在2-3，其中管梁L段直径较小，其长度范围在400-900mm。

通过上述的计算，是按桥包最大截面长度的90-97％做为原始管坯7的直径，而不是按照最大截面长度来直接作为原始管坯7的直径，这样，有利于使用较小直径的原始管坯7从而达到降低生产成本的目的。

由于桥壳管坯径厚比一般大于20(管坯直径/管坯壁厚)，属薄壁管范畴，采用常规镦挤缩径方法，每道次缩径比一般不超过原始管径的15％，以避免材料受到轴向力后失稳形成皱褶，针对桥壳大变径率缩径要求，需要多道次缩径，并增加期间热处理以消除冷作硬化现象。为此，本实施例还对缩径工序进行改进，采用径向模锻技术方案，可高效实现大变径率缩径，同时避免常规冷镦缩径带来的问题。

为此，本实施例的缩径主要是将选择好的原始管坯7固定在缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具4的作用下对原始管坯7施压收缩力，使其缩径，得到毛坯管，其中，对多瓣缩径模具4模压原始管坯7过程中的管坯变形位置进行加热处理。

在本实施例中，如图4、图5所示，缩径设备包括管坯旋转及轴向进给机构、用于安装多瓣缩径模具4的模架3、用于实现缩径的多瓣缩径模具4、用于对原始管坯7内壁加热以及塑形的芯轴51以及用于对原始管坯7外壁加热的感应加热线圈6。

具体的说，管坯旋转及轴向进给机构包括机架1以及设置在机架1上行走小车2，在本实施例中，机架1呈长方体状设置，在机架1的两侧设置有用于行走小车2移动的轨道11，轨道11就是现有常见的工字型轨道11即可，在本实施例中，为了简化结构，行走小车2由上下两部分组成，其中，底部呈平板状设置，其上面设置有滑块，用于实现在轨道11上行走，而上部门型框架状设置。

为了实现对原始管坯7的固定，在行走小车2上设置有夹具25，夹具25分两种，一种是类似于现有机加工的三角卡盘的结构，其从内外形成对原始管坯7端部的夹持，如图5所示，另一种则是原始管坯7的一端的管径缩径完成后，需要对另一端进行锁径时，此时仅夹持外侧，此类夹持机构类似多瓣缩径模具4结构的夹持方案，从而形成对管坯进行夹持。

为了驱动夹具25转动，在行走小车2的顶部设置有驱动电机21，驱动电机21的动力端连接有减速器22，减速器22的动力端连接有驱动齿轮23，在夹具25的端部设置有与驱动齿轮23啮合设置的转动齿轮24，这样，利用驱动电机21的转动，就可以实现夹具25的转动，从而完成原始坯料的转动。在本实施例中，采用旋转进料的方式能够有效避免材料受到轴向力后失稳形成皱褶。

为了实现原始管坯7的进料，在行走小车2上设置有行走电机26，在本实施例中，行走电机26竖直设置在行走小车2的底部的平板上，其动力端朝上设置，在其动力端连接有行走减速器27，行走减速器27的动力端连接有行走齿轮28，在本实施例中，由于行走电机26是朝上设置，为此，还增加了两个辅助齿轮，其中，一个辅助齿轮套装在行走减速器27的动力端，另一个辅助齿轮则和行走齿轮28同轴设置，在本实施例中，在行走齿轮28的转轴上设置有滑块，滑块滑动设置在齿条12的上下两端，同时，在机架1上设置有与行走齿轮28啮合的齿条12。这样，利用辅助齿轮的设置，实现行走小车2的驱动，当然，如果行走电机26的动力端朝下设置，直接将行走齿轮28固定在行走减速器27的动力端即可。

而模架3则主要用于安装多瓣缩径模具4，根据缩径设备的不同，模架3可以选用，如果选用高频冲床，高频冲床对模具上的冲头提供一定频率和一定吨位的下压力，可以是冲床，也可以是标准径向锻造机。采用径向锻造机时，无模架，模具直接安装在径向锻造机锤头上，其余部分与采用冲床方案相同，在本实施例中，采用类似冲床的结构设计，模架3整体呈方形框架结构，在模架3的上下以及两侧设置有冲压油缸，冲压油缸的动力端连接冲头，冲头用于连接多瓣缩径模具4。

多瓣缩径模具4就是指由多个呈环形分布的模具构成的中心呈孔的模具，缩径模具为多辧式的结构，其至少是两瓣以上的结构，在本实施例中，为四瓣式，用于配合模架3上的四个方位的冲头。模具闭合时截面形状与缩径缩径后直径变化锥度一致，考虑到从D_4x直接缩径到D₃，其变化量较大，为此，多瓣缩径模具4与原始坯管的接触面包括设置在两端的水平面41以及设置在水平面41之间的过渡倾斜面42，其中，过渡倾斜面42用于实现两段不同直径的水平面41之间的过渡。其中，靠近原始管坯7一端的水平面41的直径与D_4x相同，而远离的水平面41的直径则与D₃相同，过渡倾斜面42则用于实现两个水平面41之间的过渡，使其缓慢过渡缩径，确保缩径的效果，在本实施例中，以Q460C高强钢为例，多瓣缩径模具4在以1-2Hz频率往复开闭，对工件施加收缩力，每次收缩行程控制在5-10mm，模具松开时管坯沿轴线前进15-20mm。当管坯端部进入模具锥度根部时，受模具及模芯在壁厚方向的挤压，这样能够管坯离开模具后形成受控的稳定一致的壁厚。

考虑到冷镦缩径所存在的材料变形极限问题，在本实施例中，在模架3的前端还设置有感应加热线圈6，感应加热线圈6根据材料在不同温度下的屈服强度变化进行加热，其目的是使原始管坯7处于高拉伸率，低屈服强度状态时变形，需要较小的力即可实现缩径，在本实施例中，同样以Q460C高强钢为例，通过感应加热线圈6及芯轴51中的电加热器辅助加热，使管坯变形部位温度稳定在800℃-900℃之间。

在本实施例中，在模架3远离管坯旋转及轴向进给机构的一端设置有固定架5，可以单独设置，也设置在模架3上。固定架5的主要目的就是固定芯轴51，芯轴51有三个作用，第一，其对原始管坯7实现支撑，用于在多瓣缩径模具4缩径过程中，对原始管坯7进行支撑；第二，从内部对管坯进行加热，为此，在本实施例中，在芯轴51中设置有电加热器辅助加热；最后，则是为了得到强度更好的桥壳，如图8、图9所示，由于采用高强度钢，在同等强度下，其厚度和重量要远远小于低强度钢，从而满足轻量化的需求，而原始管坯7的进料方式是旋转进料缩径，同时，芯轴51也呈转动状态，芯轴51的旋转方式也可以采用齿轮传动的方式，也可以为皮带传动，这样在芯轴51的表面增加螺旋凸起511的情况下，在桥壳的管梁段就会形成螺旋状的加强筋，从而进一步达到增强桥壳强度的目的。在本实施例中，用于对原始管坯7内壁加热以及对缩径部位进行壁厚控制的芯轴51，与多瓣模合模轴线同轴，轴向固定，被驱动绕轴线旋转。芯轴51伸入模具，并在多瓣模合模等直径部分位置设置有螺旋凸起511，在管坯脱离多瓣模锥度时，在芯轴51螺旋力、管坯轴向进给力、多瓣模等直径段合模力联合作用下，管坯形成桥壳肩等壁厚及等外径段形状，其中桥壳肩内壁形成一定深度的螺旋沟槽，提高截面抗弯模量，实现轻量化结构。此外，芯轴51内设置燃气流道，并在螺旋凸起511外端设置若干燃气喷孔，对已开始变形缩径的管坯进行火焰补热，确保管坯受力变形全过程屈服强度、延伸率满足工艺条件。

通过上述的设置，能够确保实现2-3倍的缩径量而不使原始管坯7失稳起皱，同时，实现缩径部位的壁厚控制，并使桥肩部位的壁厚形成有利提高截面抗弯模量的增强沟槽结构。此外，加热的设置，也使原始管坯7的材质得到进一步的热处理，使其强度更高，这样，可以实现高效、快速的缩径，从而提高生产效率。

由于I区为圆柱截面区域，III区为四边倒圆角的方柱截面区域，II区为I、III区过渡状态，在I区和II区的缩径则需要单独进行缩径，其缩径设备和III区的缩径设备一样，如图5所示，完成I区和II区的缩径。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，包括以下有效步骤：

a、首先根据要实现的桥壳结构数模，选择合适的原始管坯；

b、然后将选择好的原始管坯固定在多瓣缩径模具的缩径设备上，采用管坯旋转进给的方式在多瓣缩径模具对原始管坯施压收缩力，使其缩径得到缩径壁厚可控制的毛坯管，其中，对多瓣缩径模具模压原始管坯过程中的管坯变形位置进行加热处理；

其中，所述a步骤包括以下有效步骤：

a1、首先根据要实现的桥壳结构数模，将桥壳以中心线为中心分为两部分，并将每部分分为四类区域，包括端部的圆柱截面区域、靠近桥肩的方柱截面区域、圆柱截面区域和放置截面区域之间的过渡区域以及桥肩与桥包区域；

a2、沿圆柱截面区域向桥肩与桥包区域方向以1％轴向长度为等距切分单元将其截面周长转换为对应的圆管管径，选取其中的最大值作为原始管坯的直径。

2.根据权利要求1所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述b步骤中，在原始管坯内套装芯轴，再对原始管坯施压收缩力时实现对原始管坯的支撑。

3.根据权利要求2所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述芯轴的表面设置有螺旋凸起，所述芯轴转动套装在原始管坯内。

4.根据权利要求2或3所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述芯轴内设置有加热装置。

5.根据权利要求1所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述缩径设备包括管坯旋转及轴向进给机构、用于安装多瓣缩径模具的模架、用于实现缩径的多瓣缩径模具、用于对原始管坯内壁加热以及塑形的芯轴以及用于对原始管坯外壁加热的感应加热线圈。

6.根据权利要求4所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述多瓣缩径模具与原始坯管的接触面包括设置在两端的水平面以及设置在水平面之间的过渡倾斜面，其中，所述过渡倾斜面用于实现两段不同直径的水平面之间的过渡。

7.根据权利要求5所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述管坯旋转及轴向进给机构包括机架以及设置在机架上行走小车，所述机架上设置有用于行走小车移动的轨道，所述行走小车上设置有用于夹持原始管坯的夹具，所述夹具转动设置在行走小车。

8.根据权利要求7所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述行走小车呈门型框架状设置，所述夹具设置在行走小车内，所述行走小车的顶部设置有驱动电机，所述驱动电机的动力端连接有减速器，所述减速器的动力端连接有驱动齿轮，所述夹具的端部设置有与驱动齿轮啮合设置的转动齿轮。

9.根据权利要求8所述的驱动桥壳胀压成型工艺用管坯缩径的方法，其特征在于，所述行走小车上设置有行走电机，所述行走电机的动力端连接有行走减速器，所述行走减速器的动力端连接有行走齿轮，所述机架上设置有与行走齿轮啮合的齿条。

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