汽车制造工艺学三级项目教材

1、汽车制造工艺学三级项目载重13t工程车桥壳结构 设计和制造工艺班级：组员：指导教师:2014.11.8目录一、汽车桥壳的功能和特征分析21. 1桥壳的功能21.2桥壳的特征分析2二、工程车桥壳设计的基本参数3三、汽车桥壳制造方法 的确定的结构设计 43. 1整体铸造式43.2钢板冲压焊接式53.3钢管扩张成形式53.4液压胀形式6四、汽车桥壳的结构设计6五、桥壳的强度计算及校核75.1 桥壳的静弯曲应力计算75.2 切应力的计算与校核105.3 挠度计算及校核1 1六、汽车桥壳的工艺制定1 16.1 整体式车桥制造工艺分类及选择 116.2 钢管扩张成形式整体式桥壳制造工艺制定12七、制造工艺

2、工序图及工序卡的制定13八、材料利用率计算及成本预算178.1 材料利用率178.2 成本核算18九、项目心得体会18十、参考资料19汽车桥壳的功能和特征分析1.1桥壳的功能桥壳既是传动系的组成部分，也是行驶系的组成部分，它的作用 是安装并保护主减速器、差速器和半轴等部件，同时还使左、右驱动 车轮的轴向相对位置固定，同前桥一起支承车架及车架以上的各总成 质量；在汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经 过悬架传给车架。1.2桥壳的特征分析（1）桥壳应该有足够的强度和刚度，以保证汽车通过不平路面时不 至于在冲击载荷下引起桥壳变形或折断。（2）桥壳质量应该尽量低一些，以减小汽车的非簧载

3、质量以利于降 低动载荷和提高汽车的行驶平顺性。（3）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的 要求。（4）桥壳还应结构简单、制造方便，以利于减低成本。（5）其结构还应保证主减速器的拆装、调整、维修和保养方便。.工程车桥壳的主要设计参数载重汽车一般分为轻型载重汽车(载重小于 3t，如130类：小解 放、五十铃、蓝剑、东风小卡等)、普通(中型)载货汽车(载重3-8t， 如常见的解放、东风等)、重型载货汽车(载重大于 8t，如红岩、斯 特尔等)，当然还有一些特殊用途的卡车(如自卸车等)。本次项目设计目标为载重13t的工程车桥壳。以下为13t工程车桥壳的一些技术参数：载重(t)： 13桥

4、包最大高度hmax(mm) : 319直臂尺寸 h b X mm mm) : 148 148端部外径de(mm) : 148主减齿轮最大直径dmax(mm) : 226轮距 B(mm) : 1820板簧座中心距b(mm) : 990桥壳总长L(mm) : 1452壁厚(mm) : 16三. 汽车桥壳制造方法的确定驱动桥壳可分为可分式桥壳、整体式桥壳和组合式桥壳。分段式 桥壳一般分为两段，因而易于铸造加工，但检修及拆卸很不方便。目 前较少采用分段式桥壳，使用较为广泛的是整体式桥壳，常见的整体 式桥壳制造方式有整体铸造式、钢板冲压焊接式、钢管扩张成形式以 及液压胀形式等。3.1整体铸造式整体铸造式

5、桥壳是汽车发展史上最早采用的结构，整体铸造式桥壳优缺点都较为明显。整体铸造式桥壳可采用可锻铸铁、球墨铸铁 以及铸钢铸造，为进一步提高整体铸造式桥壳的强度和刚度，还可以 在整体铸造式桥壳两端压入较长的无缝钢管作为半轴套管，并用销钉固定。这样可以由里向外逐渐加大表面直径，以得到较好的压配效果。 整体铸造式桥壳优点是可形成形状复杂而理想的制件，刚性好、塑性 变形小、强度高，容易铸成；缺点是耗能、费材、工艺较难、工序复 杂，制件重量大，成本较高。整体铸造式桥壳在世界范围内的重型车辆上仍普遍采用，为使结构设计更加合理，对材料和结构作一些变化，如采用高强度球墨铸铁 以及咼牌号铸钢等。3.2钢板冲压焊接式钢

6、板冲压焊接式整体桥壳主要组成部分包括上、下对焊的一对 桥壳主件、两个凸缘、四块三角钢板、两个半轴套管、加强圈、一个 后盖以及两个钢板弹簧座，整体沿其间接缝组焊而成。桥壳主件是由 钢板冲压而成的上、下两半壳。目前非铸造桥壳中最主要的结构形式就是钢板冲压焊接式，近年来不仅在客车、轿车、轻型载货汽车以及中型载货汽车上得到广泛应 用，而且有些吨位更大的汽车也开始采用这种工艺的桥壳，其优点在 于工艺简单、质量小、韧性高、材料利用率高、成本低。但由于材料 在冲焊过程中受热较强，材料分子会发生相应变化，从而失去原材料 形态使材料强度降低。3.3钢管扩张成形式这种桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管扩张、滚压成

7、形制 成。将钢管中间扩孔、两端滚压变细，再加焊凸缘及钢板弹簧座等。 钢管扩张成形桥壳在选材上有较高限制，一般均要求钢管有较高强 度，并且含碳量在0.35%，制造工艺上首先使钢管中央部分扩张，两 端滚压缩径，然后再焊加强圈和后盖。这种制造工艺的生产效率高， 材料的利用率最高，桥壳质量虽小而强度和刚度却比较好，但需要专 用扩张、滚压成形轧制主设备。扩张成型式材料利用率高，加工效率 高，重量轻，制件密封性能好，但制件纵向开缝端口处存在横向裂纹， 翻边宽度不均匀，侧面容易起皱拉伤，强度低。适用于轿车和轻型载 货汽车和中型载重汽车。3.4液压胀形式液压胀形式工艺是指首先选择适当尺寸的管柸，先将起两端部

8、分缩径至零件图的要求，再将中间部分进行轴向压缩液压胀形之最终 尺寸。此项技术中桥壳胀形极限成形系数的求解、桥壳纬向小圆角的 成形、液压胀形压力和轴向压缩力的匹配是核心问题。而近年来，随 着成形设备及相关控制技术的发展，以液体作为传导介质的液压胀形 技术在国外发展迅速，广泛应用于汽车制造业。汽车桥壳液压胀形工艺方法是一种可代替冲压焊接方法的先进 技术，这种方法节约能源和材料，而且制造的整体桥壳强度高、质量 好、成本低。液压胀形式工艺与其他冲压成型技术相比有节约成本、 寿命长等优点，但相关技术设备尚不完善，一些技术也不成熟。采用钢管扩张成形工艺生产的桥壳疲劳寿命是冲压焊接桥壳的 2 倍以上，很适合

9、自卸车等非公路用车桥和工程车桥壳的需要， 所以设 计载重13t工程车的桥壳，应选用钢管扩张成形式。四、汽车桥壳的结构设计由载重13t工程车的主要技术参数和整体铸造式方法的确定可以 绘出桥壳的大略二维设计图：图1桥壳二维设计图五、桥壳的强度计算及校核驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其形状复杂，汽车行驶 条件又多变，所以采用常规设计方法，将桥壳看成一个简支梁并校核 某些特定断面的最大应力值。如图，汽车在满载静止于水平路段时桥壳的受力情况。51桥壳的静弯曲应力计算此时桥壳可视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支承于车轮上，在 钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而左、右轮胎的中心线，地 面对轮调的反力

10、为 G2/2，桥壳则承受此力与车轮重力 gw之差值,即 G2/2 -gw。图2桥壳弯矩图桥壳按静载荷计算时，校核静载系数为k,在其两钢板弹簧座之间 的弯矩M为B sM 二k(G2/2-gw)亍N m式中：G2 汽车满载静止于水平路面时驱动桥给底面的载荷，N;gw车轮(包括轮毂、制动器)的重力， n ；B驱动车轮轮距，m;s 驱动桥壳上两钢板弹簧座中心间的距离，m;k 静载系数，取为2.5由弯矩图可见，桥壳的危险断面通常在钢板弹簧座附近。通常由于gw远小于G2/2，且设计时不易准确预计，当无数据是可以忽略 不计。所以M=25 13 WOO 9.8 倔-。.=660902N而静弯曲应力-wj则为1

11、03MPa式中：M 两钢板弹簧座之间的弯矩，N m;Wv 危险断面处桥壳的水平弯曲截面系数。危险断面处为钢板弹簧座附近截面，如图图3钢板弹簧座附近截面则由表1的部分参数可得到桥壳在钢板弹簧座附近断面的截面系垂向弯曲截面系数:WV(BH 3 -bh3)1 (1 48148-1 161 1 (63363 9nm36H6148水平弯曲截面系数：Wh 二丄 HB3 -hb31 148 148-116 116= 336398mm36B6048扭转截面系数：3W 二 2、1 B - ： H -、1 =2X 16x 132X 132=557568mm根据上式，桥壳的静弯曲应力1036609010333639

12、8=196.46 MPa经查表得35号钢的许用弯曲应力！-240MPa 由二wj卜，可知截面处满足强度要求。5.2切应力的计算与校核(1)危险截面处的剪切应力为:-18.85 MPaFq _ kG/2 _2.5 13 1000 9.8A _ BH -b 2(148 148-116 116)已知采用16Mn材料的许用切应力=126MPa 因为喰* L I,故该处满足强度要求。5.3挠度计算及校核(1)(2)已知 l 工二竺旳0mm； a 二 J=99415mm2 2 2(3)材料横截面积对弯曲中性轴的惯性矩3333BH bh148 148 -116 1161212= 2.49 107( mm4)

13、(4)由公式计算最大挠度得:2.5 13 1000 9.8 415Fa 2,2(3l 2a2)=57(3汽9102 _4汉4152) =0.0468 mm2 48EI2 48 2.12 102.49 10fl经查表，材料为35号钢的弹性模量为E=2.12 105 MPamax =2f| =2 0.0468 = 0.0936mm由 f = 0.0992 =5.14 10 1.5 10” B 1820可知，挠度满足设计要求。六、汽车桥壳的工艺制定6.1整体式车桥制造工艺分类及选择汽车整体式车桥制造工艺主要分为铸造整体式、钢板冲压焊接式 和钢管扩张式。钢管扩张成形式桥壳是由中碳无缝钢管或钢板卷焊钢管

14、扩张、滚 压成形制成。将钢管中间扩孔、两端滚压变细，再加焊凸缘及钢板弹 簧座等。钢管扩张成形桥壳在选材上有较高限制，一般均要求钢管有 较高强度，并且含碳量在0.35%，制造工艺上首先使钢管中央部分扩 张，两端滚压缩径，然后再焊加强圈和后盖。这种制造工艺的生产效 率高，材料的利用率最高，桥壳质量虽小而强度和刚度却比较好，但 需要专用扩张、滚压成形轧制主设备。6.2钢管扩张成形式整体式桥壳制造工艺制定本次设计采用无缝钢管扩张成形技术，首先选用一定直径、厚度 的无缝钢管（35号钢），然后经过缩径，退火，推方，管坯开口，胀 形，整形，焊接板簧座等工序，最终制造出桥壳。成型工艺分析：缩径：是指回转筒形件

15、通过锥形模以减小其外径的成形方法，根 据变形方式不同可分为拉拔缩径和推压缩径。缩径后会产生壁厚变 化、轴向伸长、应力集中、管端翘曲等特征，需提前计算好。推方：采用推方工艺，由于管坯两端缩径后产生加工硬化而不产 生变形，实现管坯中间部位由圆管变为方管的成形过程。在推方后会 产生轴向伸长。胀形：在管坯中间部位开长圆孔，并采用楔形成形法，即将楔形 冲头插入管坯长孔中，冲头下行，推动楔块向两端移动，从而使管坯 扩张至所需尺寸。成形过程会有轴向缩短现象，并且需要避免出现局 部区域起皱和拉裂缺陷。七、制造工艺工序1.下料选用直径188mm厚度16mnt勺钢管，按桥壳长度先截取1450mm钢管作为管坯。图4

16、管坯2.缩径图5缩径汽车桥壳推压缩径工艺是一种管坯缩径挤压技术。加热钢管坯 端，慢速旋转管坯，待加热部分出现亮红色时，快速旋转管坯，用水 冷却的3个均布滚轮相对快速旋转的管坯作轴向运动进行缩径。经过缩径，会产生管端翘曲、壁厚增加、轴向伸长等特征现象轴向伸长公式(1 k)x C式中：L 缩径后长度;C缩径前初始管坯长度；k线性系数，与多种因素有关，数值为 0.12左右;x缩径长度。壁厚变化：一定的凹模锥角及摩擦系数下，随着缩径比增加，管壁厚度不断增加；一定的缩径比下，凹模锥角越小，管壁厚度越大。 在这里，由于凹模锥角和一些其他因素未知，忽略管壁厚度变化，不 做计算。图6缩径后管坯3.退火管坯经过

17、缩径后，在加工温度到室温的过程中，进行相应的退火 处理，以降低管坯硬度，消除残余应力4.推方在圆管推方过程中，为防止坯料产生轴向流动而引起前段堆积及 周向流动而引起的贴膜性差等缺陷，同时管坯不出现过分周向长度变 化，应使圆形截面的周长约等于成形后方形截面的周长，截面周长计 算为S -二d =41 :- 592mm，l =148mm。推方后坯料产生轻微轴向伸长, 暂忽略。川IB5.!t. fy&_川IB图7推方后管坯5.开长圆孔在铣床上对管坯中央部位加工长圆孔，为扩张准备图8开长圆孔6.胀形在专用的扩张成形轧制设备上，用楔形冲头在长圆孔处进行胀 形，将中央部位扩张到要求尺寸。图9中央部位扩张7.

18、整形经过前面的工序，最后在液压机上进行热整形，调整工件细小尺寸形状。图10最终成形8.2成本预算&焊板簧座、半轴套管等于成形完毕的桥壳上焊加强圈、钢板弹簧座、后盖等。八、材料利用率计算及成本预算8.1材料利用率钢管扩张成形式桥壳具有材料利用率高的特点材料利用率：-：(1882 -1562) 1450-(二 302 240 60) 16 2二(1882 -1562) 1450= 0.989其中管坯伸长11-(1482 -1162)156 2: (1882 -1562)-156 2 二 73mm12管坯缩短268 310 2(148 310) 200 2 (268 140 4) 148-320 186 2 16-1482-1162-653 =80mm所以采用长度为1450mm的无缝钢管钢管扩张成形式桥壳的成本主要分为原材料成本、加工制造成本 和人工成本。无缝钢管的价格大概在200元/m,所以最终成本1.45 200 =290元