专利名称：工程车辆桥壳的钢管胀压成形方法
技术领域：
本发明属于汽车制造领域，尤其涉及一种汽车管类件成形方法。
背景技术：
汽车驱动桥桥壳是汽车上的主要承载构件之一，几何形状较为复杂，它是主减速器、差速器、半轴的装配基体，主要功用是支承汽车重量，承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架或车身。其性能直接影响运输车辆的安全性和可靠性，应具有足够的强度和刚度，并且要求尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性。目前，现有的工程车辆驱动桥桥壳的制造方法主要采用铸造和冲压焊接，铸造制件强度刚度大，能够铸造出不同的壁厚，但是管件质量大，材料浪费和能源使用较多；而冲压焊接虽然加工效率高，制件质量轻，但是在制造过程中材料利用率低，焊接工序多，焊缝长，焊接质量要求高，焊缝处疲劳寿命低，焊缝处易漏油；此外，冲压焊接方法的成本较高，劳动强度大。虽然已经出现了有关汽车驱动桥桥壳的成形技术，例如中国专利号为02104880. 0 公开的汽车桥壳内高压、缩径成形方法，毛坯选用一定规格尺寸的无缝钢管，并按下列顺序完成各工序选择无缝钢管一内高压成形中间桥包部分一对桥壳两端进行缩径一对桥包进行内高压整形一机加工。该专利阐述了汽车桥壳内高压、缩径成形方法的初步设想。从理念上讲，用该成形方法制造工程车辆桥壳，具有工序少、生产效率高、制造成本低，制件强度刚度高等优点，但存在以下不足
(1)初始管坯内高压成形中间桥包部分，一侧带半球形另一侧为平面，带半球形一侧径向尺寸增大1倍左右，成形难度大，容易胀裂。(2)初始管坯先胀形后缩径易失稳。对桥壳两端缩径时，直径已增大的中间部分易失稳，随着两端管坯外径的减小，其与中间部分直径相差越来越大，再次缩径时中间部分更易失稳。(3)圆管缩方时外表面易出现内凹。管坯两端缩径时，先缩成圆管，最后一道缩径工序圆管缩方时，因桥壳缩径部分横截面过渡圆角较小，外表面易出现内凹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅制件外型好，质量轻，节能无污染，而且材料利用率高，制造成本低，制件无焊缝、强度刚度好的工程车辆桥壳钢管胀压成形方法。本发明提出的工程车辆桥壳的钢管胀压成形方法，所述工程车辆桥壳的钢管的主要参数包括L即长度；dm即桥包最大截面高度；dn即桥包两侧矩形直管部分的截面高度； de即端部圆管部分外径；其工艺步骤如下
步骤中的主要参数包括α即缩径凹模半锥角；缩径系数m即缩径后管坯外径与缩径前外径的比值；k即胀形系数(胀形后桥包最大直径与胀形前最大直径之比)。(1)初始管坯的制备；初始管坯为无缝钢管，其长度Ltl=O. 98 1. 02L，外径(Itl应同时满足 d0= (0. 65 0. 75) dm 及 d。= (1. 40 1· 70) de。
(2)管坯两端缩径；先将初始管坯两侧进行两次缩径，缩径所使用的是现有的装置，例如缩径机，缩径系数m=0. 86、. 91，缩径凹模半锥角为α =15° 20°，缩径后管坯中间部位形成桥包，桥包两侧外径为dnl= (1. 15^1. 25) dn ；再对管坯端部进行两次缩径，缩径系数 m=0. 86、. 91，第三次缩径凹模半锥角为α =15° 20°，第四次缩径凹模型腔形状与工程车辆桥壳钢管端部过渡区外形一致，缩径后管坯两侧端部形成圆管，圆管部分的外径del=de，再平整管坯两侧端部，并管坯两端加工密封口。(3)液压胀形
将两端缩径后的管坯进行一次液压胀形，胀形系数ki=l. 35 1. 50，液压胀形所使用的胀形模具包括两端压头以及两压头之间的成形组件，其中成形组件包括上导板、下导板、 定模块、左滑动模块以及右滑动模块。所述上导板的底端两侧分别与上左滑动模块、上右滑动模块相连，并上左滑动模块与上右滑动模块之间设有上定模块，该上定模块也与上导板相连，上导板的下方设有与其对应的下导板，该下导板的两侧分别与上左滑动模块以及上右滑动模块对应的下左滑动模块、下右滑动模块相连，并下左滑动模块与下右滑动模块之间设有与上定模块对应的下定模块，该下定模块也与下导板相连；所述上左滑动模块与下左滑动模块之间、上定模块与下定模块之间以及上右滑动滑块与下右滑动模块之间开设模腔；该模腔的形状根据液压胀形后管坯桥包的形状确定；所述上左滑动模块与下左滑动模块的左侧以及上右滑动模块与下右滑动模块的右侧分别连接压头，即两压头分别通过螺钉与下左滑动模块以及下右滑动模块相连；所述两压头的内侧分别设有一个圆槽形空间，其内部过盈装配密封镶块，该密封镶块为前端带有支耳圆管，其支耳内设卸件螺纹孔，圆管的内径根据管坯的尺寸确定；镶块的后端设有密封压头，该密封压头的前端插入镶块内，并在其内部设孔，该孔与进液管相连，进液管另一端管口设置在压头的表面，并该端管口与管接头相连，并在进液管与管接头的连接处设密封垫；左侧压头上管接头接进液油管，右侧压头上管接头接高压传感器；下导板上开设出液孔；下导板两侧设有顶件杆，其与液压机顶出缸相连。液压胀形过程如下
首先根据液压胀形后管坯桥包的形状确定上左滑动模块与下左滑动模块之间、上定模块与下定模块之间以及上右滑动滑块与下右滑动模块之间形成的模腔形状，根据管坯桥包两侧尺寸确定镶块的尺寸；将上导板固定在压力机的上滑块上，上左滑动模块、上右滑动模块与上导板相连可在其内部滑动；下导板固定在压力机的工作台上，下左滑动模块、下右滑动模块与下导板相连并在其内部滑动，两侧的压头分别与压力机左右滑块固定在一起，并带动左右滑动模块在上导板与下导板之间实现水平运动，压力机的顶出缸与顶出杆相连； 启动压力机，压力机的左右滑块带动两侧压头回程，压头分别带动下左滑动模块与下右滑动模块向两侧运动，压力机的上滑块带动上导板以及上左滑动模块、上右滑动模块上行，顶出缸带动顶件杆回程，将两端缩径后的管坯放入，管坯的桥包置于下左滑动模块、下右滑动模块以及下定模块三者形成的模腔内，管坯的两端与压头槽形空间内的镶块相对应；启动压力机，压力机左右滑块带动左右压头轴向相对运动，压力机垂直滑块带动上导板及上左滑动模块、上右滑动模块下行，乳化液由管接头进入经过进液管冲入管坯内，充满后放气； 压力机左右滑块带动压头轴向进给，同时增压器工作向管坯内补充符合压力要求的乳化液，合模后增压；充液系统停止工作，左右滑块带动压头回程，停止后管坯内的液体经放液孔流出，左右滑块回程到位，垂直滑块回程；压力机的顶出缸上连接一个顶出杆，顶出杆设置在下导板的两侧，顶出杆的顶端与管坯的两端相对应，压力机的顶出缸带动顶件杆上行， 将胀形后的管坯顶出，将管坯内余液放出。将胀形后的管坯的中间桥包进行去应力退火。(4)压制成形
将液压胀形后管坯进行压制成形，压制所使用的模具包括两端压头以及两压头之间的压形组件，其中压形组件仍包括上模块、下模块、前模块以及后模块，上模块的正下方设有与其对应的下模块，下模块的前端以及后端分别设有前模块和后模块，并前模块和后模块之间通过拉杆相连；上述上模块、下模块、前模块以及后模块的中间位置开设模腔，该模腔的形状由压制成形后的管坯桥包形状确定，上述压形组件的两侧分别设有对应压头，所述两压头的内侧分别设有一个圆槽形空间，其内部过盈装配密封镶块，该密封镶块为前端带有支耳圆管，其支耳内设卸件螺纹孔，圆管的内径根据管坯的尺寸确定；镶块的后端设有密封压头，该密封压头的前端插入镶块内，并在其内部设孔，该孔与进液管相连，进液管另一端管口设置在压头的表面，并该端管口与管接头相连，并在进液管与管接头的连接处设密封垫。并左侧压头上管接头接进液油管，右侧压头上管接头接上泄压单向阀。下模块上设有顶件杆，其与液压机顶出缸相连。压制成形过程如下
首先根据压制成形后管坯桥包的形状确定上模块、下模块、前模块以及后模块的中间位置形成的模腔形状，根据管坯桥包两侧尺寸确定镶块的尺寸，上模块固定在压力机上滑块上，下模块固定在压力机下滑块上，两侧压头分别安装在压力机左右滑块上；压力机上滑块、下滑块及左右滑块回程，压力机的左右滑块带动两侧压头向两侧移动，压力机的上滑块带动上模块上行，压力机的下滑块带动下模块下行；置入第二次液压胀形后管坯，该管坯的桥包部分与上模块、下模块以及前、后模块形成的模腔对应，管坯的两端与压头槽形空间内的镶块相对应；压力机的左右滑块带动两侧压头相对运动，此时压力机的充液系统由管接头进入向管坯内充液，充满后，压力机上滑块带动上模块下行，压力机下滑块带动下模块上行，保证管坯轴线位置不动，同时泄压单向阀工作，直至合模；左右滑块回程，放液，上下滑块回程，压力机的顶出缸上连接一个顶出杆，顶出杆设置在成形组件的两侧，顶出杆的顶端与管坯的两端相对应，压力机的顶出缸带动顶件杆上行，将压制成形后的管坯顶出。(5)根据工艺要求切割
压制成形的管坯根据工艺要求将桥包多余部分切除，得到符合要求的工程车辆桥壳零件。本发明与现有技术相比具有如下优点
1、缩径时桥包不失稳，胀形时内压低、不易胀裂；压制时整体定型好，不出现内凹、翘曲等缺陷，制件质量轻；
2、桥壳无焊缝，制件定型性好、壁厚分布合理，强度刚度高；
3、材料利用率高，加工时无污染，制造成本低，效率高。
图1为本发明实施例的工程车辆桥壳的主视示意图。图2为本发明实施例的工程车辆桥壳的俯视剖面示意图。图3为本发明初始管坯的主视剖面示意图。
图4为本发明缩径后管坯的结构示意图。图5为本发明液压胀形使用的模具主视剖面示意图。图6为本发明液压胀形后管坯的结构示意图。图7为本发明压制成形使用的模具主视剖面示意图。图8为本发明压制成形使用的模具俯视剖面示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，以加工该工程车辆桥壳钢管为例，该工程车辆桥壳钢管的参数如下长度为1480 mm ；桥包最大截面高度为316mm ；桥包两侧矩形直管部分的截面高度为148mm ；端部圆管部分外径为146mm ；管壁厚为18mm。加工图1、图2所示的工程车辆桥壳的工艺步骤如下
(一)初始管坯的制备，如图3所示，初始管坯为16Mn无缝钢管，其长度为1465mm;管外径为219mm ；管壁厚16mm。(二)管坯两端缩径，先将初始管坯两侧进行两次缩径，缩径所使用的是现有的装置，例如缩径机，缩径系数m=0. 90，缩径凹模半锥角为α =18°，缩径后管坯中间部位形成桥包，桥包两侧外径为176 mm ；再对管坯端部进行两次缩径，第三次缩径系数为0. 91，缩径凹模半锥角为α =18°，第四次缩径凹模型腔形状与工程车辆桥壳钢管端部过渡区外形一致， 第四次缩径系数为0. 90，缩径凹模半锥角为α =18°，缩径后管坯两侧端部形成圆管，圆管部分的外径为146 mm，再平整管坯两侧端部，并管坯两端加工密封口。缩径后管坯如图4所示，管坯长度为1580 mm ；桥包两侧直管部分的外径为176mm ；端部圆管部分外径为146mm ； 管壁厚为18mm。(三)液压胀形
(1)将两端缩径后的管坯进行液压胀形，胀形系数为1. 44，液压胀形所使用的胀形模具包括两端压头以及两压头之间的成形组件，其中成形组件包括上导板、下导板、定模块、左滑动模块以及右滑动模块。如图5所示，上导板1的底端两侧分别与上左滑动模块2、上右滑动模块3相连， 并上左滑动模块2与上右滑动模块3之间设有上定模块4，该上定模块4也与上导板相连。 上导板的下方设有与其对应的下导板5，该下导板的两侧分别与上左滑动模块2以及上右滑动模块3对应的下左滑动模块6、下右滑动模块7相连，并下左滑动模块6与下右滑动模块7之间设有与上定模块4对应的下定模块8，该下定模块8也与下导板相连；左滑动模块 2与6之间、定模块4与8之间以及右滑动滑块3与7之间开设模腔；该模腔的形状根据液压胀形后管坯桥包的形状确定；左滑动模块2与6的左侧以及右滑动模块3与7的右侧分别连接压头9，即两压头分别通过螺钉10与下左滑动模块6以及下右滑动模块7相连；两压头的内侧分别设有一个圆槽形空间11，其内部过盈装配密封镶块12，该密封镶块为前端带有支耳的圆管，其支耳内设有卸件螺纹孔，圆管的内径根据管坯的尺寸确定；镶块的后端设有密封压头13，该密封压头的前端插入镶块内，并在其内部设孔14，该孔与进液管15相连， 进液管另一端管口设置在压头的表面，并该端管口与管接头16相连，并在进液管与管接头的连接处设密封垫17，左侧压头上管接头接进液油管18，右侧压头上管接头接高压传感器 19 ；下导板上开设若干个通孔，即出液孔20。下导板两侧设有顶件杆21，其与液压机顶出缸相连。如图6所示，管坯液压胀形后管坯长度为1480mm ；桥包最大直径为316mm ；桥包两侧直管部分的外径为176mm ；端部圆管部分外径为146mm，壁厚为18mm。(四)压制成形
将液压胀形后管坯进行压制成形，压制所使用的模具包括两端压头以及两压头之间的压形组件，压形组件仍包括上模块、下模块、前模块以及后模块。如图7、图8所示，上模块22的正下方设有与其对应的下模块23，下模块的前端以及后端分别设有前模块M和后模块25，并前模块和后模块之间通过拉杆沈相连，上模块、下模块、前模块以及后模块的中间位置开设模腔27，该模腔的形状由压制成形后的管坯桥包形状确定，压形组件的两侧分别设有对应压头观，两压头的内侧分别设有一个圆槽形空间，其内部过盈装配密封镶块四，该密封镶块为前端带有支耳圆管，其支耳内设卸件螺纹孔，圆管的内径根据管坯的尺寸确定；镶块的后端设有密封压头30，该密封压头的前端插入镶块内，并在其内部设孔31，该孔与进液管32相连，进液管另一端管口设置在压头的表面，并该端管口与管接头33相连，并在进液管与管接头的连接处设密封垫34，并左侧压头上管接头接进液油管，左侧压头上管接头接上泄压单向阀。下模块上设有顶件杆35，其与液压机顶出缸相连。(五)根据工艺要求切割
压制成形的管坯根据工艺要求将桥包多余部分切除，得到如图1、图2所示的工程车辆桥壳零件。
权利要求
1. 一种工程车辆桥壳的钢管胀压成形方法，其特征是所述工程车辆桥壳的钢管的主要参数包括L即长度；《即桥包最大截面高度；dn即桥包两侧矩形直管部分的截面高度； de即端部圆管部分外径；其工艺步骤如下步骤中的主要参数包括α即缩径凹模半锥角；缩径系数m即缩径后管坯外径与缩径前外径的比值；k即胀形系数(胀形后桥包最大直径与胀形前最大直径之比)；(1)初始管坯的制备；初始管坯为无缝钢管，其长度Ltl=O.98 1.02L，外径Cltl应同时满足 d0= (0. 65 0. 75) dm 及 d0= (1. 40 1· 70) de ；(2)管坯两端缩径；先将初始管坯两侧进行两次缩径，缩径所使用的是现有的装置， 例如缩径机，缩径系数m=0. 86、. 91，缩径凹模半锥角为α =15^20°，缩径后管坯中间部位形成桥包，桥包两侧外径为dnl= (1. 15 1. 25) dn;再对管坯端部进行两次缩径，缩径系数 m=0. 86、. 91，第三次缩径凹模半锥角为α =15° 20°，第四次缩径凹模型腔形状与工程车辆桥壳钢管端部过渡区外形一致，缩径后管坯两侧端部形成圆管，圆管部分的外径del=de，再平整管坯两侧端部，并管坯两端加工密封口 ；(3)液压胀形将两端缩径后的管坯进行一次液压胀形，胀形系数Ic1=L 35 1. 50，液压胀形所使用的胀形模具包括两端压头以及两压头之间的成形组件，其中成形组件包括上导板、下导板、 定模块、左滑动模块以及右滑动模块；所述上导板的底端两侧分别与上左滑动模块、上右滑动模块相连，并上左滑动模块与上右滑动模块之间设有上定模块，该上定模块也与上导板相连，上导板的下方设有与其对应的下导板，该下导板的两侧分别与上左滑动模块以及上右滑动模块对应的下左滑动模块、下右滑动模块相连，并下左滑动模块与下右滑动模块之间设有与上定模块对应的下定模块，该下定模块也与下导板相连；所述上左滑动模块与下左滑动模块之间、上定模块与下定模块之间以及上右滑动滑块与下右滑动模块之间开设模腔；该模腔的形状根据液压胀形后管坯桥包的形状确定；所述上左滑动模块与下左滑动模块的左侧以及上右滑动模块与下右滑动模块的右侧分别连接压头，即两压头分别通过螺钉与下左滑动模块以及下右滑动模块相连；所述两压头的内侧分别设有一个圆槽形空间，其内部过盈装配密封镶块，该密封镶块为前端带有支耳圆管，其支耳内设卸件螺纹孔，圆管的内径根据管坯的尺寸确定；镶块的后端设有密封压头，该密封压头的前端插入镶块内，并在其内部设孔，该孔与进液管相连，进液管另一端管口设置在压头的表面，并该端管口与管接头相连，并在进液管与管接头的连接处设密封垫；左侧压头上管接头接进液油管，右侧压头上管接头接高压传感器；下导板上开设出液孔；下导板两侧设有顶件杆，其与液压机顶出缸相连；(4)压制成形:将液压胀形后管坯进行压制成形，压制所使用的模具包括两端压头以及两压头之间的压形组件，其中压形组件仍包括上模块、下模块、前模块以及后模块，上模块的正下方设有与其对应的下模块，下模块的前端以及后端分别设有前模块和后模块，并前模块和后模块之间通过拉杆相连；上述上模块、下模块、前模块以及后模块的中间位置开设模腔，该模腔的形状由压制成形后的管坯桥包形状确定，上述压形组件的两侧分别设有对应压头，所述两压头的内侧分别设有一个圆槽形空间，其内部过盈装配密封镶块，该密封镶块为前端带有支耳圆管，其支耳内设卸件螺纹孔，圆管的内径根据管坯的尺寸确定；镶块的后端设有密封压头，该密封压头的前端插入镶块内，并在其内部设孔，该孔与进液管相连，进液管另一端管口设置在压头的表面，并该端管口与管接头相连，并在进液管与管接头的连接处设密封垫；并左侧压头上管接头接进液油管，右侧压头上管接头接上泄压单向阀；下模块上设有顶件杆，其与液压机顶出缸相连； (5)根据工艺要求切割压制成形的管坯根据工艺要求将桥包多余部分切除，得到符合要求的工程车辆桥壳零件。
全文摘要
一种工程车辆桥壳的钢管胀压成形方法，其工艺步骤包括初始管坯的制备、管坯两端缩径、一次液压胀形、一次压制成形、根据工艺要求切割。本发明具有材料利用率高，制造成本低，制件无焊缝、强度刚度好等优点。
文档编号B21D53/88GK102319834SQ201110196729
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者梁晨, 王建国, 王连东, 马雷 申请人:燕山大学