一种空心商用车前轴及其制造方法技术

本申请公开了一种空心商用车前轴及其制造方法，所述前轴由轴体和钢板板簧座组成，轴体为无缝钢管通过端部缩径

【技术实现步骤摘要】
一种空心商用车前轴及其制造方法


[0001]本申请属于汽车零部件
，特别是涉及一种空心商用车前轴及其制造方法。

技术介绍

[0002]商用车前轴是底盘的重要零件之一，在车辆行驶过程中，前轴需要承受由于路面不平、车辆紧急制动、连续转弯产生的载荷，所以要求前轴具有高强度、刚度及疲劳寿命。前轴一般由横梁、两侧弯脖及拳头组成。
[0003]车辆前轴依据制造工艺可分为整体锻造前轴、钢管组合式焊接前轴及钢板冲压焊接前轴。整体锻造前轴是目前市场上主流的商用车前轴制造方法。
[0004]附图1为整体锻造前轴，其横梁中段及两侧弯脖部分均为实心工字梁结构，与两端实心拳头一体成形。横梁中段为上下近似等宽的工字形结构，横梁两侧呈上宽下窄的工字形，较宽的上翼面直接做为钢板弹簧座、其与横梁中段形成落差H0。整体锻造前轴制造工艺较成熟，钢板弹簧座与前轴一体成形减少焊接影响，材料利用率达80％～85％，已大量应用于轴荷3.5T～7T的前轴。锻造前轴重量较大，横梁两侧截面下翼宽度较窄，抗弯强度不高，工字形横梁抗扭强度不高，使车辆紧急制动情况下横梁两侧容易出现失效；锻造成形过程需要大型锻造设备，模具开发成本较高且不易于换型，成形过程易出现飞边降低前轴使用寿命。
[0005]图2为钢管组合式焊接前轴，其横梁为圆管，两侧弯脖及拳头整体锻造成形，横梁与整体成形弯脖焊接后在横梁中段两侧焊接钢板弹簧座。钢管组合式焊接前轴与锻造前轴相比，制造工程不需要大型锻造设备，降低了模具开发成本及换型难度，但横梁圆管抗弯性能较低，横梁两端及钢板弹簧座处焊接质量要求较高。目前，钢管组合式焊接前轴主要应用于轴荷小于3.5T的小型前轴，很少用于较大轴荷前轴。
[0006]图3为钢板冲压焊接前轴，其由上板、下板、前后侧板冲压后焊接形成，并在左右两端焊接拳头。这种结构工艺相对简单，不需要大型锻压设备，模具开发成本较低，但制造工序复杂，焊接部位较多，部分焊缝较长，对焊接质量要求较高，且疲劳寿命较低，抗冲击性能较差，主要应用于行驶速度不高的轴荷大于7T的工程车辆以及特种车辆。
[0007]中国专利【CN102092236A】公开了一种整体式前桥结构，该前桥横梁、弯脖为等高等宽的空心矩形截面，桥体端部为实体拳部。专利公开了桥体的成形方法：管坯滚压推方
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端部加热
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端部墩实
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实心桥端上钻工艺孔
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桥体锻弯成形
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热处理
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机加工。该专利公开的一种整体式前桥结构，重量较轻、材料利用率高；但桥体端部内壁存在折叠、外端存在细长裂缝，严重降低了疲劳寿命；桥体横梁为等宽等高矩形，无法实现变截面，很难与现有悬架总成匹配，适用范围较小。
[0008]中国专利【CN113714743A】公开了一种汽车前轴及其制造方法，该前轴横梁及左右弯脖为变高度变宽度的空心矩形截面。该专利公开了空心前轴的制造过程：圆管坯下料
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两次缩径
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管坯加热
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弯曲
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压制成形
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机加工
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焊接附件
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调质处理。专利公开的空心汽车前轴
变截面变壁厚，扩大了该前轴产品的使用范围、降低了产品重量，材料利用率较高，可与现有悬架总成直接装配。但该专利公开的前轴结构上存在以下不足：拳部与本体采用分体焊接方式，对焊缝质量要求较高，使用中存在焊缝开裂失效隐患，而且拳部及与其连接的弯脖部分宽度方向尺寸均较小，抗扭转能力较差；横梁中段左右两侧部分宽度较小，抗弯扭能力较差；焊接在横梁上的钢板弹簧座结构虽然简单，但焊接部位的受力集中，降低了使用寿命。
[0009]中国专利【CN115194419A】公开了一种大落差空心前轴成形方法，该前轴该前轴横梁及左右弯脖为变高度变宽度的空心矩形截面，拳部外端存在尺寸相对较大的封堵孔，封堵孔减小主销孔壁厚，降低拳部的抗弯扭性能，同时需要焊装封堵，要求较高的焊缝质量。该专利公开了空心前轴的制造过程：圆管坯下料
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增厚
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弯曲
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压制成形
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机加工
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焊接附件
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调质处理，利用模具进行整体压制成形得到横梁、弯脖、拳部为不同尺寸的矩形截面，拳部为带有较大矩形孔的等高等宽变壁厚的矩形筒的管件，对压制管件拳部机加端圆弧部曲面及封堵孔，并焊接封堵。但该专利公开的前轴结构上存在以下不足：拳部外端存在尺寸相对较大的封堵孔，降低拳部的抗弯扭性能，同时需要焊装封堵，要求较高的焊缝质量，成形工序多。在成形方法上存在以下不足：该专利公开的前轴制造方法采用端部增厚，仅改变圆管壁厚，不能改变圆管端部外径，影响后续产品成形质量，压制后管件拳部为带有较大矩形孔的变壁厚等高等宽的厚壁矩形筒，对压制管件拳部机加端部曲面及封堵孔，机加量大，成形工序较多。

技术实现思路

[0010]1.要解决的技术问题
[0011]本专利技术提供无缝钢管整体成形的变截面变壁厚空心商用车前轴，可以替代现有的锻造前轴、组合焊接前轴、冲焊前轴满足现有悬架系统的装车条件，彻底解决拳部分体焊接带来的隐患，消除前轴拳部整体成形时存在的折叠、裂缝等致命缺陷，在减轻产品重量的前提下大幅提高弯抗抗扭性能。
[0012]2.技术方案
[0013]为了达到上述目的，本申请提供了一种空心商用车前轴及其制造方法，所述空心商用车前轴由轴体和钢板弹簧座组成，轴体包括横梁(3)、横梁两侧的弯脖(2)以及与弯脖相连的拳部(1)，总体为变截面变壁厚的空心矩形截面结构，采用无缝钢管整体成形。
[0014]横梁(3)分为横梁中段(3a)及横梁左段(3b)、横梁右段(3c)，横梁中段(3a)矩形截面的高度h1、面宽b1、壁厚t1依据抗弯强度确定，并做为其它部分矩形截面几何参数的设计基准。横梁左段(3b)、横梁右段(3c)的矩形截面与横梁中段(3a)相同、高度略增加宽度略减小，保证具有较高的抗弯抗扭强度；横梁左段(3b)、横梁右段(3c)的高度h2＝h1+(5～15mm)、宽度b2＝b1‑
(5～15mm)，而且截面向上抬起，底面较横梁中段(3a)抬高H1＝(5～15mm)，满足安装钢板弹簧后的最小离地间隙。
[0015]弯脖(2)内侧与横梁(3)相连，向上弯曲形成弯曲圆角(2a)，过度圆角半径为R1，弯脖(2)的轴线与水平线夹角为θ1。所述弯脖(2)处壁厚与横梁中段(3a)相同，宽度增加高度减小以增强抗扭强度，其宽度b3＝b1+(5～20mm)、高度h3＝h1‑
(5～20mm)。
[0016]弯脖(2)的外侧连着拳部(1)，拳部(1)由内侧向端部总体呈高度不变、宽度逐渐收
窄的厚壁矩形筒(1b)，拳部(1)上设置用于安装主销的主销孔(1a)，其孔径为φd1；所述厚壁矩形筒(1b)的内腔由上下、前后四个内凹曲面组成，相邻曲面之间存在顶角，顶角处不允许出现折叠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心商用车前轴，所述空心商用车前轴由轴体和钢板弹簧座组成，轴体包括横梁(3)、横梁两侧的弯脖(2)以及与弯脖相连的拳部(1)，总体为变截面变壁厚的空心矩形结构，采用无缝钢管整体成形，其特征在于：所述横梁(3)分为横梁中段(3a)及横梁左段(3b)、横梁右段(3c)，横梁中段(3a)矩形截面的高度h1、面宽b1、壁厚t1依据抗弯强度确定，并做为其它部分矩形截面几何参数的设计基准；横梁左段(3b)、横梁右段(3c)的矩形截面与横梁中段(3a)相同、高度增加宽度减小，保证具有较高的抗弯抗扭强度；横梁左段(3b)、横梁右段(3c)的高度h2＝h1+(5～15mm)、宽度b2＝b1‑
(5～15mm)，而且截面向上抬起，底面较横梁中段(3a)抬高H1＝(5～15mm)，满足安装钢板弹簧后的最小离地间隙；所述弯脖(2)内侧与横梁相连，向上弯曲形成弯曲圆角(2a)，过度圆角半径为R1，弯脖(2)的轴线与水平线夹角为θ1；所述弯脖(2)处壁厚与横梁中段(3a)相同，宽度增加高度减小以增强抗扭强度，其宽度b3＝b1+(5～20mm)、高度h3＝h1‑
(5～20mm)；所述弯脖(2)的外侧连着拳部(1)，拳部(1)由内侧向端部总体呈高度不变宽度逐渐收窄的厚壁矩形筒(1b)，拳部(1)上设置用于安装主销的主销孔(1a)，其孔径为φd1；所述矩形筒(1b)的内腔由上下、前后四个内凹曲面组成，相邻曲面之间存在顶角，顶角处无折叠缺陷；过主销孔(1a)轴线的横截面，高度h4＝(0.80～0.90)h1，宽度为b4＝(0.90～1.0)b1、壁厚为t4＝(1.40～1.60)t1，保证足够的抗弯抗扭强度；所述拳部(1)的外端由三段曲面组成的，宽度方向的中间段圆柱曲面(1c)曲率半径为R2，圆柱曲面圆心角为θ4，前后两侧曲面的曲率半径为R3；所述圆柱曲面(1c)的高度中间部位设置条形孔(1d)，其高度h5＝(0.25～0.40)d1，宽度为b5＝(0.10～0.25)d1，在保证拳部具有高的抗弯抗剪性能；所述条形孔(1d)用焊堵(4)焊实；所述拳部(1)的前侧面上位于主销孔轴(1a)向内侧偏下的位置，设置内凹的矩形限位槽(1e)，用以限制安装在前轴上转向节的转角；在所述主销孔轴(1a)内侧偏上位置设置锁销孔(1f)，其孔径为φd2，锁销孔(1f)轴线与主销孔(1a)轴线的距离为c1；所述钢板弹簧座，由上盖(5)、下托(6)组成；所述上盖(5)卡装在横梁左段(3a)、横梁右段(3c)的上部，并焊接在一起；所述下托(6)，卡装在横梁左段(3b)、横梁右段(3c)的中部，并焊接在一起；采用所述的钢板弹簧座，悬架的骑马螺栓将横梁(3)、上盖(5)、下托(6)有效装配在一起，横梁(3)的受力状态好、使用寿命长，而且便于轻量化。2.如权利要求1所述的空心商用车前轴的钢板弹簧座，其特征在于：所述钢板弹簧座由上盖(5)、下托(6)组成，所述上盖(5)呈板凳状，由上板(5a)和前后两侧的上盖竖壁(5b)组成，上板为钢板弹簧的安装基础，上板(5a)上平面与拳部主销孔(1a)的高度H2为前轴的一级落差，上板(5a)的轴向宽度为c2、前后方向长度为c3，中心设置直径φd3的圆柱孔(5c)；上盖竖壁(5b)卡装在横梁左段(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王连东，李金蔚，冯凯，杨东峰，赵军，杨阳，毛洪明，余林，
申请(专利权)人：湖北首诚工业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：