重型车驱动桥壳整体机械热扩胀整形工艺研究

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1、重型车驱动桥壳整体机械热扩胀整形工艺研究第1章绪论1.1论文研究的工程背景近年来，在市场经济飞速发展的带动下，汽车工业已经成为我国国民经济的支柱产业。大到整车设计，小到零部件制造，都已经成为了目前汽车工业研究的主要内容，并且始终围绕着更安全、更环保、更节能、更效率的主题展开。早在二十世纪末，汽车轻量化的概念就已经越来越受到人们的重视，并且取得了许多成就，其中以工程塑料和高强度钢的应用最具代表性，汽车结构的设计也开始趋向于紧凑、简化的概念。除此之外，全新制造工艺技术的开发也是汽车轻量化进程中的一个至关重要的途径[1–3]。目前，汽车轻量化的设计与研发主要

2、集中在乘用车和轻型车领域，但随着运输业的不断发展，重型、巨型车的市场需求也在不断的扩大，重型车以其独特的技术姿态已经被纳入到汽车轻量化设计之中，成为一个重要的发展领域[4–9]。对于重型车来说，驱动桥系统是整车各个组成部分中最为重要的部件之一，其重量约占整备质量的10%～30%。而驱动桥壳，作为驱动桥系统的主体部分，直接关系到整车的承载能力、使用寿命和安全性能等重要的性能指标，所以在驱动桥壳的设计与应用中对其机械强度、刚度和疲劳强度都有着较高的要求[10–11]。驱动桥壳的生产方法多种多样，主要包括传统铸造整体式桥壳、冲压焊接式桥壳、液压扩

3、胀成形式桥壳和机械扩胀成形式桥壳[12–16]，如表1.1所示。从目前重型车驱动桥壳的生产制造与实际应用情况来看，铸造整体式桥壳和冲压焊接式桥壳依然占据着市场的主要地位。其中，铸造整体式桥壳由于其极度浪费材料、不利于大批量自动化生产等显著缺点逐渐退出了历史的舞台，而冲压焊接式桥壳也在广泛的应用中逐渐暴露出其工序繁杂、费材耗能、刚度强度差、使用中易漏油等自身缺点[17–18]。因此，开发一种全新的桥壳生产制造工艺，在满足桥壳使用要求的前提下节约材料、降低成本、实现大规模批量生产已经成为各大桥壳生产厂家都亟待解决的问题，各大桥壳生产厂家也都把目

4、光转移到液压胀形和机械胀形技术的研发上来。.1.2重型车驱动桥壳制造技术的国内外研究现状二十世纪初，汽车工业飞速发展，并逐步实现机械化、自动化生产。受到汽车驱动桥壳中间鼓，两端细独特结构的启发，人们试图利用扩胀成形的方法来取代铸造成形，其中研究最多的是管材液压扩胀成形（也称内高压成形）工艺和机械扩胀成形（本文主要指高温条件下的热扩胀成形）工艺。管材液压扩胀成形工艺是从20世纪50～60年代逐步发展起来的，当时主要集中在对胀形率的研究上。20世纪90年代，在汽车制造业激烈争斗的市场中，液压扩胀成形以其诸多的优点成为众多学者和科研机构的重点研究对象。目前，液压扩胀成形

5、在国外发展的很快，以欧美国家做得最好，日本、韩国近几年也在液压扩胀成形领域展开了深入的研究工作[26–28]。对液压扩胀成形工艺的研究主要集中在加载路径的优化问题上，最早采用试错寻优的方法，但由于费用高、耗时长，后来逐步转移到采用有限元分析的方法上来。2000～2002年，伯明翰大学的M.Ahmed，M.J.Hashmi等人首次利用模拟技术对胀形工艺进行了试验研究[28–34]。但是，液压扩胀成形技术尚不成熟，不适合加工径厚比过大或壁厚过大的管材零件。理论上加工壁厚5mm的管材需要几十到100Mpa的高压，而加工壁厚达到20mm的管材则需要

6、600Mpa甚至更高的内压，这样的超高压将超过材料的屈服极限和强度极限使材料内部发生破坏[35]。.第2章管材胀形加工理论及相关工艺试验研究2.1管材胀形加工理论简介管材胀形的方法有很多种，按照使用模具分类，可分为刚性模胀形和软模胀形，如表所示为刚性模与软模胀形的比较。刚性模胀形通常采用分块式凸模，软模胀形可采用弹性体、液体或气体来代替刚性凸模的作用。其中，弹性体可用聚氨酯橡胶或天然橡胶，也可采用聚氯乙烯（PVC）塑料，液体可用油、乳化液和水。此外，石蜡由于其易呈固体或液体的特点，也常用作软膜胀形的传压介质。按照胀形条件分类，可分为自然胀形、轴向压缩胀形以及复合胀

7、形[45]。自然胀形中，成形主要依靠管坯壁厚的变薄和轴向的自然收缩，而轴向胀形是在自然胀形的基础上，同时对管坯进行轴向压缩，以补给变形时胀形区材料的不足。复合胀形则是在轴向压缩胀形的基础上发展起来的，如内压―轴压―径向反压复合胀形，轴压―缩口―胀形复合成形等工艺。按照管坯有无预制孔可分为，封闭式胀形和扩孔式胀形，如图2.1所示。目前对于管坯封闭式塑性扩胀成形的理论研究已经比较成熟，成形中管坯的变形部位处于封闭状态，通过内部压力对管坯内壁的作用使管坯发生径向扩胀。而对于预制孔式胀形，国内的研究相对较少，这种胀形方式需要在管坯侧壁开预制孔，然后通过放入芯模使管坯在芯模

8、的作用下进