佛山兴迪源机械

【作 者】王久林;李萍;刘红丽;田野;薛克敏

【前 言】

汽车驱动桥桥壳作为汽车的关键零部件之一，既是传动系的组成部分，也是行驶系的组成部分，这就要求它不仅具有足够的强度、刚度和韧性，还要能长期承受动载荷和疲劳应力的作用[1-3]。当前桥壳制造工艺主要有铸造式和钢板冲压焊接式2种，随着节能环保、汽车轻量化进程的不断推进，传统铸造、冲焊桥壳已难以满足汽车工业的发展要求[3-5]。

结合汽车桥壳“中间凸肚，两头细脖”的结构特点，在钢板冲压焊接工艺成形桥壳的基础上，采用机械式胀形桥壳的新工艺逐渐派生出来，即利用一定长度和厚度的无缝钢管，经过两端缩径、推方、中间开槽、琵琶包胀形、整形等工序完成桥壳的成形。相比传统铸造、冲焊桥壳，该类桥壳具有重量轻、柔性高、性能好、生产率和材料利用率高以及节能环保等优点，焊缝的减少使桥壳疲劳寿命是冲焊桥壳的2倍以上[6-9]。

文献[10]以某1 t轻型车为例，对轻型汽车桥壳的钢管扩张工艺进行研究，针对桥壳外形设计、刚度及强度计算方法进行了简单探讨。文献[11]利用DE-FORM一3D软件模拟研究了桥壳机械热胀形工艺，对胀形过程中管坯应力应变、金属流动规律以及温度场变化情况等进行初步分析，但并未对成形件出现的缺陷提出有效的补救措施。文献[12]对桥壳机械式胀形工艺的两端缩径、推方以及琵琶包胀形等3道工序进行数值模拟研究并开展了简易实验验证。

本文将对桥壳琵琶包发生起皱的原因展开分析，并在此基础上提出2种改进方案，利用ABAQUS有限元软件对成形过程进行模拟，预测改进效果;最后进行物理实验研究，验证数值模拟结果的可靠性和改进方案的可行性、实用性。

【摘 要】以椭圆形工艺孔管坯为基础,对机械式胀形桥壳的起皱原因进行分析,并提出2种改进方案,即在该处增设椭圆形凹槽和三角槽。采用ABAQUS有限元软件对成形过程进行数值模拟,分析不同工艺方案下成形件轴向应力应变以及壁厚分布规律,并进行相关物理实验研究。结果表明:2种方案在消除起皱方面均有效果,开设凹槽的改进方案,仍存在轻微起皱,整形过程中不存在金属折叠。带三角槽改进方案桥壳起皱部位轴向应力应变分布状态得到改善,壁厚分布更均匀,增厚量减小,起皱缺陷消除。

【结 论】

(1)桥壳各处壁厚:成形件切口边缘的壁厚变化幅度比路径AB大得多，壁厚分布不均匀，存在明显的壁厚增大和减小区域，因此桥壳切口边缘壁厚的分布是影响其使用性能的主要因素之一。

(2)带凹槽改进方案仍存在轻微起皱，但整形过程中多余金属可往凹槽内部填充，避免了金属折叠，整形效果好。

(3)三角槽槽口设计为60º合适，两侧金属正好闭合，成形件压应力、应变极值转移到三角槽两侧，壁厚分布更均匀，增厚量减小，起皱消除。

(4) 2种方案在消除起皱方面均有效果，通过后续焊接工序完成凹槽或三角槽槽口的焊合，并焊上加强圈，从而保证此处的使用强度。