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原文传递商用车整体驱动桥壳成形工艺及关键技术研究

论文题名：	商用车整体驱动桥壳成形工艺及关键技术研究
关键词：	商用车;整体驱动桥壳;推压缩径;机械扩胀成形;数值模拟;成形规律;机构设计
摘要：	驱动桥壳是车辆驱动桥传动系统的安装支撑体，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性能。针对目前商用车厚壁驱动桥壳制造技术的不足和汽车轻量化的发展趋势，本课题提出了商用车整体驱动桥壳成形新工艺，即驱动桥壳由一根无缝钢管经过两端缩径、内壁整形及中部琵琶孔机械扩胀制造完成。与传统的桥壳制造工艺相比，新型整体桥壳成形工艺能够简化工艺流程，桥壳减重效果明显，并能极大减轻焊接接缝对桥壳性能的影响，大幅度提高驱动车桥的承载能力。论文详细介绍了使用无缝钢管成形商用车整体驱动桥壳的工艺流程，对驱动桥壳两端轴头和琵琶孔的成形方式提出了创新性的设计，从理论解析、数值模拟和工艺试验等角度对其中关键的成形工序进行了深入探索，研究了金属在制造过程中的变形机理和工艺参数变化对产品成形性的影响规律，进而完善整体驱动桥壳成形的工艺理论。　　针对所提出的商用车整体驱动桥壳成形工艺中轴头的成形，论文提出了变温度场下推压缩径-抽芯整形和推压缩径-机加工的成形方式，给出了无缝钢管推压缩径和内腔抽芯整形的力学模型，使用上限法对厚壁无缝钢管在轴向压力作用下发生缩径变形以及型芯抽出缩径部位的极限载荷进行了理论解析。基于提出的琵琶孔机械胀形工艺，分析并确定了辅助推力的施加准则。根据金属塑性变形的条件和材料的本构关系，推导了管坯在低于金属再结晶温度条件下进行径向扩胀的极限扩胀成形系数的表达式，并对琵琶孔扩胀过程中力参量匹配对扩胀成形系数的影响规律进行了探究。　　针对使用无缝钢管成形9T商用车整体驱动桥壳的过程进行了有限元模拟，获悉了不同成形工序内金属的流动状态、应力应变分布及成形载荷的变化规律，研究了关键工艺参数变化对产品成形性及成形载荷的影响规律，并通过智能控制手段对驱动桥壳琵琶孔径向胀形过程的工艺参数进行了优化。基于5T商用车驱动桥壳本体琵琶孔的成形过程，以琵琶孔胀形过程中易裂部位某参考点的应力应变为着眼点，制定了不同的辅助推力加载时刻并分别进行了数值模拟，研究并得出了轴向辅助推力加载的最佳时间范围。　　针对所提出商用车整体驱动桥壳成形工艺的关键技术，分别进行了9T商用车驱动桥壳轴头内侧阶梯轴推压缩径成形试验和常温下5T商用车驱动桥壳本体琵琶孔的机械扩胀成形试验。轴头缩径成形试验证明了无缝钢管缩径后的壁厚分布情况与数值模拟吻合，通过切削示范说明缩径后的轴头壁厚完全满足缩径管段内壁机加工量的要求。琵琶孔扩胀试验验证了加载轴向辅助载荷对改善琵琶孔成形性的重要作用以及不同轴向辅助推力加载时刻对于琵琶孔扩胀效果的影响，试验后扩胀区的壁厚分布与数值模拟相符，证明了所推导的机械扩胀理论和数值模拟的正确性。试验还验证了以扩胀芯的径向运动主导预制孔的变形是琵琶孔机械扩胀成形的必要条件。另外，针对商用车整体驱动桥壳成形工艺中的关键成形机构进行了初步设计，为形成整体桥壳的关键技术和实现该类产品的批量化制造提供了重要依据。
作者：	李攀
专业：	机械设计及理论
导师：	徐春国
授予学位：	博士
授予学位单位：	机械科学研究总院
学位年度：	2017
正文语种：	中文