R10 1驱动桥后桥壳总成裂纹试验分析

2013-08-22金辉

客车技术与研究 2013年5期

金辉

（合肥美桥汽车传动及底盘系统有限公司，合肥 230051）

我公司最近对R101系列后桥在整车试验场高环路试时，发现了微量的渗油现象[1]。为了研究其渗油本质原因，本部门进行了细致的研究。

在产品开发初期，我们会对设计的产品，除结构设计和对主要参数进行计算外，同时还要对产品结构和工艺性进行评审，必要时还要利用UG或ANSYS进行有限元仿真分析。在UG或ANSYS中进行有限元分析是一种仿真，虽然在开发初期可以作为工具对产品的失效进行分析，但在软件中对其施加的载荷和边界条件与后桥的实际工况有一定的差别，特别是对于恶劣的行驶状况，很难在软件中将其真实地模拟出来。同时由于我国在有限元分析应用上与国外先进国家有一定差距，这方面的专业人才特别是在企业还很缺少。所以，在有些产品开发设计时，特别是在试制阶段，很难避免失效件的产生[2-3]。

本文论述是以解决R101后桥总成在恶劣的高环路试下桥壳漏油问题采取的加载试验。它是在产品后期试制阶段（样桥和试验桥）对失效件找到裂纹源，特别是对非贯通式裂纹源查找的一种有效方法，同时也是对后桥壳细微裂纹源查找的确实可行的方法，而且简单易行。用两个堵头封闭后桥壳总成的内膛，在万能后桥总成试验台就能完成。该试验方法对后桥壳总成质量问题的判断和加强设计有良好的作用[4]。

1 试验过程

R101后桥壳总成是冲压组焊结构件，在冲压、焊接中都有产生裂纹的倾向。在冲压中，由于金属板材在成型拉延过程中较易产生细微裂纹[5-6]；焊接的时候，由于焊接内应力和焊接热量容量及变形的影响，容易在焊接区域和附近区域产生焊接裂纹，焊接的接缝没有完全融透，在接缝处产生漏焊也容易产生裂纹[7]。对于后桥总成和后桥壳总成的普通裂纹和漏焊等产生的漏油现象，一般采用压缩空气（0.55～0.6 MPa）进行试漏检查。如发现漏气现象，则采取补焊的方法来消除漏气和裂纹。

从图1（a）高速环形路面路试时失效桥壳总成上可以看出，后油盖处存在部分渗油现象。多辆高环路试试验车后桥的渗油点位置大致相近，且只是在高环重载试验时才发生渗油，说明该系列桥壳的渗油有一定的共性，不是个别现象。首先对失效的桥壳进行气密性检验。气密性试验示意图如图1所示。

从气密性试验中可以明显看出，后桥壳总成气密性完好并无泄漏量。这就排除了存在贯穿裂纹的可能性，渗油现象可能产生于微小裂纹。

以上试验可以肯定，R101后桥壳总成在无重载荷的情况下，气密试验是成功的。联系到渗油的实际情况，我们猜测桥壳是在重载情况下发生变形，使桥壳裂纹源发生延伸，从而后桥渗油，所以又对加有载荷的后桥壳总成进行了气密性试验，用来验证我们的猜测。该试验是在万能疲劳试验机上进行的[8]。在万能疲劳试验机对桥壳总成进行加载的同时进行气密性检验。桥壳总成的加载点选择在两侧钢托上，加载点处施加1 000 kg的载荷（该桥设计最大承载载荷为2 500 kg），在轴头端部配备有防止漏气的堵头夹具[9]。如图2所示。

由于在后桥壳疲劳试验机上没有气密试验机，所以采用肥皂液对可能的失效点进行检查。通过观察桥壳表面的气泡情况，来寻找泄漏点，也就是裂纹源。图3是用5倍放大镜观察到的微裂纹，从中可以清晰地看到桥壳处的裂纹。

2 试验分析及改进

经过对失效件的解剖分析，发现后油盖的过渡区R部是裂纹产生源。图纸在此处设计的弯曲半径为R5，实际采购的钢板厚度为3.5 mm，则内R圆角为R内圆=5-3.5=1.5 mm（见图4（a），C-C剖面）。由于R内圆小于钢材的壁厚，在冲压过程中极易产生细微裂纹[5-6]。但该处裂纹并没有完全断裂，所以在无载荷作用下气密试验是成功的，但在加有载荷的情况下，裂纹受力扩展造成渗油现象。所以，后油盖的结构设计是R101后桥壳总成产生裂纹的主要原因之一。若想从根源上消除裂纹，必须对后油盖的设计进行改正。

另外一个原因是由于R140弧面和φ320的平面区域较小（见图4），导致在焊接过程中焊接热R5处热量聚集，热传导不利[7，10]，将冲压时留下的细微裂纹扩展，最终导致在重载情况出现的渗油现象。

针对上述原因，主要改正的重点是过渡圆角尺寸、外径尺寸。将过渡圆角半径加大，由原来的R1.5改为R5，这样避免零件在拉延成型时的应力集中，避免冲压裂纹出现。加大外径，将最大外圆由φ270加大到φ274，后桥壳最大外圆由φ300加大到φ310。这样有利于焊接热及时传导，避免焊接堆积和焊接裂纹的产生[7]。如图5所示。