R10 1驅(qū)動(dòng)橋后橋殼總成裂紋試驗(yàn)分析

金 輝

（合肥美橋汽車傳動(dòng)及底盤系統(tǒng)有限公司，合肥 230051）

我公司最近對(duì)R101系列后橋在整車試驗(yàn)場(chǎng)高環(huán)路試時(shí)，發(fā)現(xiàn)了微量的滲油現(xiàn)象[1]。為了研究其滲油本質(zhì)原因，本部門進(jìn)行了細(xì)致的研究。

在產(chǎn)品開發(fā)初期，我們會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算外，同時(shí)還要對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝性進(jìn)行評(píng)審，必要時(shí)還要利用UG或ANSYS進(jìn)行有限元仿真分析。在UG或ANSYS中進(jìn)行有限元分析是一種仿真，雖然在開發(fā)初期可以作為工具對(duì)產(chǎn)品的失效進(jìn)行分析，但在軟件中對(duì)其施加的載荷和邊界條件與后橋的實(shí)際工況有一定的差別，特別是對(duì)于惡劣的行駛狀況，很難在軟件中將其真實(shí)地模擬出來(lái)。同時(shí)由于我國(guó)在有限元分析應(yīng)用上與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家有一定差距，這方面的專業(yè)人才特別是在企業(yè)還很缺少。所以，在有些產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，特別是在試制階段，很難避免失效件的產(chǎn)生[2-3]。

本文論述是以解決R101后橋總成在惡劣的高環(huán)路試下橋殼漏油問(wèn)題采取的加載試驗(yàn)。它是在產(chǎn)品后期試制階段（樣橋和試驗(yàn)橋）對(duì)失效件找到裂紋源，特別是對(duì)非貫通式裂紋源查找的一種有效方法，同時(shí)也是對(duì)后橋殼細(xì)微裂紋源查找的確實(shí)可行的方法，而且簡(jiǎn)單易行。用兩個(gè)堵頭封閉后橋殼總成的內(nèi)膛，在萬(wàn)能后橋總成試驗(yàn)臺(tái)就能完成。該試驗(yàn)方法對(duì)后橋殼總成質(zhì)量問(wèn)題的判斷和加強(qiáng)設(shè)計(jì)有良好的作用[4]。

1 試驗(yàn)過(guò)程

R101后橋殼總成是沖壓組焊結(jié)構(gòu)件，在沖壓、焊接中都有產(chǎn)生裂紋的傾向。在沖壓中，由于金屬板材在成型拉延過(guò)程中較易產(chǎn)生細(xì)微裂紋[5-6]；焊接的時(shí)候，由于焊接內(nèi)應(yīng)力和焊接熱量容量及變形的影響，容易在焊接區(qū)域和附近區(qū)域產(chǎn)生焊接裂紋，焊接的接縫沒(méi)有完全融透，在接縫處產(chǎn)生漏焊也容易產(chǎn)生裂紋[7]。對(duì)于后橋總成和后橋殼總成的普通裂紋和漏焊等產(chǎn)生的漏油現(xiàn)象，一般采用壓縮空氣（0.55～0.6 MPa）進(jìn)行試漏檢查。如發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，則采取補(bǔ)焊的方法來(lái)消除漏氣和裂紋。

從圖1（a）高速環(huán)形路面路試時(shí)失效橋殼總成上可以看出，后油蓋處存在部分滲油現(xiàn)象。多輛高環(huán)路試試驗(yàn)車后橋的滲油點(diǎn)位置大致相近，且只是在高環(huán)重載試驗(yàn)時(shí)才發(fā)生滲油，說(shuō)明該系列橋殼的滲油有一定的共性，不是個(gè)別現(xiàn)象。首先對(duì)失效的橋殼進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)示意圖如圖1所示。

從氣密性試驗(yàn)中可以明顯看出，后橋殼總成氣密性完好并無(wú)泄漏量。這就排除了存在貫穿裂紋的可能性，滲油現(xiàn)象可能產(chǎn)生于微小裂紋。

以上試驗(yàn)可以肯定，R101后橋殼總成在無(wú)重載荷的情況下，氣密試驗(yàn)是成功的。聯(lián)系到滲油的實(shí)際情況，我們猜測(cè)橋殼是在重載情況下發(fā)生變形，使橋殼裂紋源發(fā)生延伸，從而后橋滲油，所以又對(duì)加有載荷的后橋殼總成進(jìn)行了氣密性試驗(yàn)，用來(lái)驗(yàn)證我們的猜測(cè)。該試驗(yàn)是在萬(wàn)能疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的[8]。在萬(wàn)能疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)橋殼總成進(jìn)行加載的同時(shí)進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)。橋殼總成的加載點(diǎn)選擇在兩側(cè)鋼托上，加載點(diǎn)處施加1 000 kg的載荷（該橋設(shè)計(jì)最大承載載荷為2 500 kg），在軸頭端部配備有防止漏氣的堵頭夾具[9]。如圖2所示。

由于在后橋殼疲勞試驗(yàn)機(jī)上沒(méi)有氣密試驗(yàn)機(jī)，所以采用肥皂液對(duì)可能的失效點(diǎn)進(jìn)行檢查。通過(guò)觀察橋殼表面的氣泡情況，來(lái)尋找泄漏點(diǎn)，也就是裂紋源。圖3是用5倍放大鏡觀察到的微裂紋，從中可以清晰地看到橋殼處的裂紋。

2 試驗(yàn)分析及改進(jìn)

經(jīng)過(guò)對(duì)失效件的解剖分析，發(fā)現(xiàn)后油蓋的過(guò)渡區(qū)R部是裂紋產(chǎn)生源。圖紙?jiān)诖颂幵O(shè)計(jì)的彎曲半徑為R5，實(shí)際采購(gòu)的鋼板厚度為3.5 mm，則內(nèi)R圓角為R內(nèi)圓=5-3.5=1.5 mm（見圖4（a），C-C剖面）。由于R內(nèi)圓小于鋼材的壁厚，在沖壓過(guò)程中極易產(chǎn)生細(xì)微裂紋[5-6]。但該處裂紋并沒(méi)有完全斷裂，所以在無(wú)載荷作用下氣密試驗(yàn)是成功的，但在加有載荷的情況下，裂紋受力擴(kuò)展造成滲油現(xiàn)象。所以，后油蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是R101后橋殼總成產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。若想從根源上消除裂紋，必須對(duì)后油蓋的設(shè)計(jì)進(jìn)行改正。

另外一個(gè)原因是由于R140弧面和φ320的平面區(qū)域較?。ㄒ妶D4），導(dǎo)致在焊接過(guò)程中焊接熱R5處熱量聚集，熱傳導(dǎo)不利[7，10]，將沖壓時(shí)留下的細(xì)微裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致在重載情況出現(xiàn)的滲油現(xiàn)象。

針對(duì)上述原因，主要改正的重點(diǎn)是過(guò)渡圓角尺寸、外徑尺寸。將過(guò)渡圓角半徑加大，由原來(lái)的R1.5改為R5，這樣避免零件在拉延成型時(shí)的應(yīng)力集中，避免沖壓裂紋出現(xiàn)。加大外徑，將最大外圓由φ270加大到φ274，后橋殼最大外圓由φ300加大到φ310。這樣有利于焊接熱及時(shí)傳導(dǎo)，避免焊接堆積和焊接裂紋的產(chǎn)生[7]。如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)圖紙改變后，在R101后橋所配整車高環(huán)路試時(shí)，滲油現(xiàn)象就再?zèng)]有發(fā)生過(guò)。說(shuō)明通過(guò)改進(jìn)從根本上消除了產(chǎn)生裂紋的可能性。從此次試驗(yàn)可以看出，每一個(gè)細(xì)節(jié)都決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，更關(guān)乎著消費(fèi)者的生命安全。

[1]GB/T 12678-1990，汽車可靠性行駛實(shí)驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.

[2]中國(guó)定遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)汽車產(chǎn)品定型可靠性實(shí)驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2001.7.

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[5]于愛兵.材料成型技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010.4.

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[7]楊文杰.電弧焊方法及設(shè)備[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.8.

[8]QC/T 533-1999，汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架實(shí)驗(yàn)方法[S].

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[10]于駿一，鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2.