1.本发明涉及一种驱动桥壳的轴头成形方法，特别是涉及一种液胀成形驱动桥壳轴头一体的轴头成形方法。
背景技术：2.带轴头的车桥常见于承载桥和扩张成形驱动桥，因其原始管直径较小、所选管材料经热处理能达到轴头硬度要求，经镦缩可制造出轴头，其镦缩时因轴头直径与原始管直径相差较小而不会出现失稳现象。液胀成形的驱动桥壳因桥壳中部当量直径较大，为达到轻量化要求中部壁厚较薄，轴头部位直径较小且为保证强度要求壁厚较厚，此类轴头一体的液胀成形的驱动桥壳，其一，为满足液胀成形要求需选用较大直径的原始管坯，而轴头直径较小，与原始管直径相比相差较大，在成形轴头时易在驱动桥大径和小径过渡区产生失稳现象；其二，轴头与驱动桥壳体本体过渡区的内壁圆角尺寸要求精确控制以保证不产生应力集中。专利申请号cn111558665b公开了“一种液压胀形驱动桥桥壳轴头成形工艺及模具”，其工艺需要经过四次轴端缩径及三次轴端温推压，工序多生产效率低，在缩径及温推压时易产生失稳现象，桥壳轴头内圆角无法精确控制，易产生较小的圆角甚至折裂，需要七套模具成本高。本发明能解决制造轴头时避免失稳和外鼓，且能保证轴头内壁圆角尺寸避免形成较小的圆角及折裂导致应力集中问题。
技术实现要素：3.针对上述问题，本发明提出一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，所使用的技术方案如下：一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，总体工艺路线为轴头局部增厚——轴头旋压减径及成形轴肩——轴头局部表面硬化处理，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）局部增厚管坯成形：将已液胀压成形后的预制管从中部剖分成两个的初始管坯，初始管坯从两侧套入镦挤芯轴中，初始管坯端部轴头要增厚的部位加热至适当温度，通过模具镦挤初始管坯端部轴头局部，从而获得端部轴头外径不变、内径减小的局部增厚管坯；步骤2）阶梯型轴头管坯成形：将局部增厚管坯套入旋压芯轴中，对局部增厚管坯端部轴头局部加热至适当温度，通过减径旋轮旋压减小局部增厚管坯轴头部位直径获得端部减径管坯，通过成形轴肩旋轮旋压获得阶梯型轴头管坯；步骤3）外表面硬化处理：对阶梯型轴头管坯外表面通过热处理或者涂覆高硬度材料获得带有高硬度表面的成形轴头管坯。
4.进一步地，所述步骤1）中初始管坯通过液胀压成形而成，且其大端和板托位置的截面已达到要求尺寸，并从中间沿垂直于桥壳轴线方向切断为两块；大端截面为圆环形，桥
壳板托部位截面为矩形管，小端截面为圆环形，大端和小端与板托部位由圆弧面过渡，所述的镦挤芯轴为轴对称回转体，其大径部位的外表面及弧面与初始管坯对应部位的内壁吻合，镦挤芯轴小径部位比初始管坯端部内壁直径小20~22mm，所述模具中的护环的内径比初始管坯端部外径大0.2~0.4mm，护环可在基座中滑动，并通过弹簧复位和通过螺钉限位。
5.进一步地，所述步骤1）的局部增厚管坯成形在三向液压机上进行，所述模具中的下夹持模固定在压机工作台上，上夹持模固定在压机主滑块上并随液压机主滑块上下移动，将两个初始管坯套在镦挤芯轴上并使其中部两侧弧面与桥壳内壁吻合，然后放入下夹持模中，液压机滑块向下位移带动上夹持模压住初始管坯，左右基座分别固定在压机水平滑动模板上，压机水平滑动模板带动左右基座及护环向中心移动，护环先到达初始管坯要增厚部位，镦挤芯轴端部插入基座的较小的内孔中起定位导向作用，基座对初始管坯端部进行镦挤增厚，护环内孔壁防止镦挤增厚时初始管坯端部外鼓，镦挤芯轴端部外壁限制初始管坯端部增厚量，镦挤芯轴中部两侧弧面顶住初始管坯内壁，以防止局部失稳。
6.进一步地，所述步骤2）中旋压芯轴大径部分外表面及弧面与局部增厚管坯内壁吻合，中部外壁与局部增厚管坯方臂内壁吻合，小径端部圆角ra半径为18mm~22mm的圆柱体，所述减径旋轮为铁饼型，饼缘圆角半径rb为10mm~15mm，所述轴肩旋轮为圆柱型，圆柱面与底面间圆角rc为4mm~6mm。
7.进一步地，所述步骤2）阶梯型轴头管坯成形时，将局部增厚管坯套入旋压芯轴中并使旋压芯轴弧面与局部增厚管坯内壁吻合，然后将旋压芯轴大端放入旋压机主轴孔中夹紧并由主轴带动旋转，旋压机驱动减径旋轮和轴肩旋轮沿轴向从局部增厚管坯轴头端侧向另一侧移动，减径旋轮在前，轴肩旋轮在后；在减径旋轮对局部增厚管坯的端头进行旋压减径时，旋压机驱动轴肩旋轮径向运动使其与局部增厚管坯接触以平衡减径旋轮产生的力；在轴肩旋轮旋压成形局部增厚管坯的轴肩时，旋压机驱动减径旋轮径向运动使其保持与局部增厚管坯接触以平衡轴肩旋轮产生的力；旋压芯轴小径端部圆角控制管坯端部内壁圆角成形尺寸。
8.由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：本发明制造的液胀压驱动桥壳轴头，可选用较大直径的原始管坯，增厚轴头壁厚而不失稳，且在轴头减径及成形轴肩时保证轴头与驱动桥本体过渡区内壁圆角尺寸精确从而避免应力集中。
附图说明
9.图1为本发明步骤1）中的液胀压成形后的初始管坯示意图；图2为本发明步骤1）中局部增厚管坯镦挤成形示意图；图3为本发明图2中a处结构示意图；图4为本发明步骤1）中镦挤芯轴示意图；图5为本发明步骤2）中端部减径管坯成形示意图；图6为本发明步骤2）中旋压芯轴示意图；图7为本发明步骤2）中阶梯型轴头管坯成形示意图；图8为本发明步骤2）中减径旋轮示意图；图9为本发明步骤2）中轴肩旋轮示意图；
图10为本发明步骤3）最终成形的成形轴头管坯示意图。
10.附图标号：1、初始管坯；2、局部增厚管坯；3、端部减径管坯；4、阶梯型轴头管坯；5、成形轴头管坯；6、模具；7、镦挤芯轴；8、旋压芯轴；9、减径旋轮；10、轴肩旋轮；6-1、基座；6-2、弹簧；6-3、螺钉；6-4、护环；6-5、上夹持模；6-6、下夹持模。
具体实施方式
11.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。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，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员能够在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
12.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“进”、“出”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
13.实施例1：成形制造轴头时为满足强度要求局部增厚而不失稳和外鼓，保证轴头内壁圆角尺寸避免形成较小的圆角及折裂导致应力集中。
14.为解决上述技术问题，包括如下步骤：步骤1）局部增厚管坯2成形，如图1-图4所示：将已液胀压成形后的、材料为20mn2的管材从中部剖分成两个的初始管坯1，初始管坯1大端直径
ɸ
d1为
ɸ
295mm，壁厚为10mm，小端
ɸ
d2直径为
ɸ
125mm，壁厚t1为14mm，l位置为矩形截面内壁尺寸h
×
b为107mm
×
92mm，将其从两侧套入镦挤芯轴7中成初始管坯1装配体，并使镦挤芯轴7大径部位的外表面及弧面与初始管坯1对应部位的内壁吻合，镦挤芯轴7大端
ɸ
d3直径为
ɸ
274.8mm，小端
ɸ
d3直径为
ɸ
77mm；模具6包括：基座6-1、弹簧6-2、螺钉6-3、护环6-4、上夹持模6-5和下夹持模6-6；护环6-4内孔直径为
ɸ
125.3mm，护环6-4可在基座6-1中滑动，局部增厚管坯2成形在三向液压机上进行；模具6的下夹持模6-6固定在液压机工作台上，上夹持模6-5固定在液压机的主滑块上，左右侧的基座6-1分别固定在液压机的水平滑块上，将初始管坯1装配体放入下夹持模6-6中，用中频退火设备对初始管坯1端部轴头要增厚的部位加热至900℃~1000℃，液压机主滑块下移带动上夹持模6-5压住初始管坯1，液压机水平滑块带动基座6-1及护环6-4同步向中心移动，在此过程中，镦挤芯轴7端部插入基座6-1孔中进行导向，护环6-4先达到要增厚的部位，左右基座6-1镦挤初始管坯1端部轴头，镦挤时护环6-4内孔壁与初始管坯1端部外壁接触摩擦而不再移动以起到防止初始管坯1端部外鼓作用，镦挤结束时液压机水平滑块带动左右基座6-1同时向外移动，基座6-1通过螺钉6-3带动护环6-4外移脱离初始管坯1，液压机主滑块带动上夹持模6-5上移，将初始管坯1装配体取出后再拆卸下镦挤芯轴7，最终获得端部轴头外径不变内径减小的局部增厚管坯2；与此同时，在液压机水平滑块带动左右基座6-1向外移动的过程中，护环6-4通过弹簧6-2复位。
15.步骤2）阶梯型轴头管坯4成形，如图5-图10所示：将局部增厚管坯2套入旋压芯轴8中成局部增厚管坯2装配体，旋压芯轴8大端
ɸ
d4
直径为
ɸ
274.8mm，小端
ɸ
d4直径为
ɸ
77mm，旋压芯轴8大径部分外表面及弧面与局部增厚管坯2内壁吻合，旋压芯轴8中部为方形截面尺寸为107.1mm~92mm，与局部增厚管坯2方臂内壁小过盈配合，旋压芯轴8小径端部圆角半径ra为r15mm，减径旋轮9为铁饼型，饼缘圆角半径rb为r13mm，轴肩旋轮10为圆柱型，圆柱面与底面间圆角rc为r5mm，局部增厚管坯2端部轴头减径及成形轴肩在旋压机上进行，将套装好的旋压芯轴8的局部增厚管坯2装配体大端放入旋压机主轴孔中夹紧，中频加热局部增厚管坯2端部轴头部位至950℃~1050℃，旋压机主轴带动旋压芯轴8旋转，旋压芯轴8通过方形截面带动局部增厚管坯2旋转，旋压机驱动减径旋轮9和轴肩旋轮10沿轴向从局部增厚管坯2轴头端侧向另一侧移动；减径旋轮9在前，轴肩旋轮10在后，间距为15mm,在减径旋轮9对局部增厚管坯2端头进行旋压减径时，旋压机驱动轴肩旋轮10径向运动使其与局部增厚管坯2接触，以平衡减径旋轮9产生的力；在轴肩旋轮10旋压成形局部增厚管坯2的轴肩时，旋压机驱动减径旋轮9径向运动使其保持与局部增厚管坯2接触，以平衡轴肩旋轮10产生的力；旋压芯轴8小径端部圆角控制局部增厚管坯2端部内壁圆角成形尺寸，通过减径旋轮9旋压减小管坯轴头部位直径获得端部减径管坯3，通过成形轴肩旋轮10旋压获得阶梯型轴头管坯4，其主要尺寸为轴头外径
ɸ
d5为
ɸ
89mm，壁厚t3为20mm，轴头内壁圆角rd为15mm，轴肩圆角re为r5mm，根据情况旋压过程中用燃气喷枪补热。
16.步骤3）外表面硬化处理：对阶梯型轴头管坯4外表面通过热处理增加硬度，从而获得带有高硬度轴头的桥壳5。
17.实施例2：本实施例同实施例1的区别在于：采用的初始管坯1的管材材料为q345或q460；相应的，采用上述管材材料的初始管坯1在进行步骤3）外表面硬化处理时，具体工艺为：待实施例1中步骤2）制成的阶梯型轴头管坯4冷却并去除表面氧化皮后，通过在阶梯型轴头管坯4外表面堆焊或激光涂覆高硬度材料，从而获得带有高硬度轴头的桥壳5。
18.本发明工艺简单，效率高，局部增厚管坯2成形时能有效防止初始管坯失稳及外鼓，端部减径管坯3及阶梯型轴头管坯4成形时保证轴头内圆角尺寸精确。
技术特征：1.一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，总体工艺路线为轴头局部增厚——轴头旋压减径及成形轴肩——轴头局部表面硬化处理，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）局部增厚管坯（2）成形：将已液胀压成形后的预制管从中部剖分成两个的初始管坯（1），初始管坯（1）从两侧套入镦挤芯轴（7）中，初始管坯（1）端部轴头要增厚的部位加热至适当温度，通过模具（6）镦挤初始管坯（1）端部轴头局部，从而获得端部轴头外径不变、内径减小的局部增厚管坯（2）；步骤2）阶梯型轴头管坯（4）成形：将局部增厚管坯（2）套入旋压芯轴（8）中，对局部增厚管坯（2）端部轴头局部加热至适当温度，通过减径旋轮（9）旋压减小局部增厚管坯（2）轴头部位直径获得端部减径管坯（3），通过成形轴肩旋轮（10）旋压获得阶梯型轴头管坯（4）；步骤3）外表面硬化处理：对阶梯型轴头管坯（4）外表面通过热处理或者涂覆高硬度材料获得带有高硬度表面的成形轴头管坯（5）。2.根据权利要求1所述的一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，其特征在于：所述步骤1）中初始管坯（1）通过液胀压成形而成，且其大端和板托位置的截面已达到要求尺寸，并从中间沿垂直于桥壳轴线方向切断为两块；大端截面为圆环形，桥壳板托部位截面为矩形管，小端截面为圆环形，大端和小端与板托部位由圆弧面过渡，所述的镦挤芯轴（7）为轴对称回转体，其大径部位的外表面及弧面与初始管坯（1）对应部位的内壁吻合，镦挤芯轴（7）小径部位比初始管坯（1）端部内壁直径小20~22mm，所述模具（6）中的护环（6-4）的内径比初始管坯（1）端部外径大0.2~0.4mm，护环（6-4）可在基座（6-1）中滑动，并通过弹簧（6-2）复位和通过螺钉（6-3）限位。3.根据权利要求2所述的一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，其特征在于：所述步骤1）的局部增厚管坯（2）成形在三向液压机上进行，所述模具（6）中的下夹持模（6-6）固定在压机工作台上，上夹持模（6-5）固定在压机主滑块上并随液压机主滑块上下移动，将两个初始管坯（1）套在镦挤芯轴（7）上并使其中部两侧弧面与桥壳内壁吻合，然后放入下夹持模（6-6）中，液压机滑块向下位移带动上夹持模压住初始管坯（1），左右基座（6-1）分别固定在压机水平滑动模板上，压机水平滑动模板带动左右基座（6-1）及护环（6-4）向中心移动，护环（6-4）先到达初始管坯（1）要增厚部位，镦挤芯轴（7）端部插入基座（6-1）的较小的内孔中起定位导向作用，基座（6-1）对初始管坯（1）端部进行镦挤增厚，护环（6-4）内孔壁防止镦挤增厚时初始管坯（1）端部外鼓，镦挤芯轴（7）端部外壁限制初始管坯（1）端部增厚量，镦挤芯轴（7）中部两侧弧面顶住初始管坯（1）内壁，以防止局部失稳。4.根据权利要求1所述的一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，其特征在于：所述步骤2）中旋压芯轴（8）大径部分外表面及弧面与局部增厚管坯（2）内壁吻合，中部外壁与局部增厚管坯（2）方臂内壁吻合，小径端部圆角ra半径为18mm~22mm的圆柱体，所述减径旋轮（9）为铁饼型，饼缘圆角半径rb为10mm~15mm，所述轴肩旋轮（10）为圆柱型，圆柱面与底面间圆角rc为4mm~6mm。5.根据权利要求4所述的一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，其特征在于：所述步骤2）阶梯型轴头管坯（4）成形时，将局部增厚管坯（2）套入旋压芯轴（8）中并使旋压芯轴（8）弧面与局部增厚管坯（2）内壁吻合，然后将旋压芯轴（8）大端放入旋压机主轴孔中夹
紧并由主轴带动旋转，旋压机驱动减径旋轮（9）和轴肩旋轮（10）沿轴向从局部增厚管坯（2）轴头端侧向另一侧移动，减径旋轮（9）在前，轴肩旋轮（10）在后；在减径旋轮（9）对局部增厚管坯（2）的端头进行旋压减径时，旋压机驱动轴肩旋轮（10）径向运动使其与局部增厚管坯（2）接触以平衡减径旋轮（9）产生的力；在轴肩旋轮（10）旋压成形局部增厚管坯（2）的轴肩时，旋压机驱动减径旋轮（9）径向运动使其保持与局部增厚管坯（2）接触以平衡轴肩旋轮（10）产生的力；旋压芯轴（8）小径端部圆角控制管坯（2）端部内壁圆角成形尺寸。
技术总结本发明公开一种组合式带轴头驱动桥壳的轴头成形工艺，具体步骤为：步骤1）将已液胀压成形后的预制管从中部剖分成两个的初始管坯，套入镦挤芯轴，在适当温度下通过模具镦挤形成局部增厚管坯；步骤2）将局部增厚管坯套入旋压芯轴中，在适当温度下通过减径旋轮旋压获得端部减径管坯，并通过成形轴肩旋轮旋压获得阶梯型轴头管坯；步骤3）对阶梯型轴头管坯外表面通过热处理或者涂覆高硬度材料获得带有高硬度表面的成形轴头管坯；本发明制造的液胀压驱动桥壳轴头，可选用较大直径的原始管坯，增厚轴头壁厚而不失稳，且在轴头减径及成形轴肩时保证轴头与驱动桥本体过渡区内壁圆角尺寸精确从而避免应力集中。从而避免应力集中。从而避免应力集中。
技术研发人员：孙惠学 王志松 梁晨 陈红平 刘鑫鑫 李健 麻付舜 史英才 马雷
受保护的技术使用者：秦皇岛燕大现代集成制造技术开发有限公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
