驱动桥壳是车辆的重要零部件，其作用是支承驱动车辆的主减速器、差速器和半轴等，固定左、右驱动轮的轴向相对位置，以及承受汽车载荷传递给车轮等。

有一种汽车驱动桥壳复杂结构整体复合成形的新加工工艺，可以实现开槽加热管坯的连续胀形成型，其核心装置是整体复合多次胀形装置。

如图1所示是整体复合胀形装置(第一次成形开始状态)。

1、整体复合胀形液压系统

整体复合胀形液压系统是运用电气自动程序控制，能实现点动、半自动、全自动控制操作，使用负载敏感控制变量泵容积节流联合调速工作模式。同时，各执行机构均进行位移、速度、压力反馈，与液压回路形成高精度闭环控制系统。其中同步运行活塞油缸，选用桥式比例调速同步回路或比例电磁换向阀控制回路，实现高精度同步运行、高速响应、动态调整，该系统结构紧凑、抗偏载能力强、精度高。

该系统使用合理的调速、调压、换向、动作顺序及动作互锁等液压回路，同时考虑节省能源、减少发热、减少冲击、运动精度等要求，结合必要的液压元件和辅助油路，采用开式泵循环系统。该系统主要由油源模块、控制模块、执行机构及辅件等组成。其中，油源模块包括油箱、电机、变量泵+定量泵、冷却器、空滤器、滤油器和控制阀等;控制模块包括桥式比例调速同步回路、增压控制回路、梭阀网络负载敏感反馈油路、双溢流阀组回、中芯缸降温油路、Y型三位四通电磁换向阀组和液压锁等;执行机构包括中芯缸、左右水平缸、外模合模缸和脱模顶缸等。系统原理图如图2所示。

2、工作原理及动作分析

(1)液压系统启动。利用电气自动控制系统控制主电机得电，调节比例溢流阀6和7，空载启动变量泵1和2，采用负载敏感控制限压式变量泵启动工作状态，将压力、流量和功率变化反馈给变量泵，进行恒功率、压力切断和压力补偿控制、再调节溢流阀6和7安全保护油路及相关液压元件，实现系统精确调压。辅助电机驱动小定量泵3，溢流阀8稳压，使系统启动工作状态正常。

(2)上、下外模合模。合模油缸依次进行，上外模加速、快速下行、减速，直到上、下外模合模完成。夹持加热开槽管坯两端的取料机械手伸到下外模上方，进行对位、下行、定位、夹紧、松开操作，取料机械手再上行、退出。

程序控制输入信号，使Y型三位四通比例电磁换向阀的电磁铁17YA得电，变量泵2输出液压油，经换向阀17、液压锁29、桥式比例调速同步回路38进入带位移反馈的合模油缸46和47无杆腔;同时在液压机系统机架上安装的机械锁紧机构(防止上外模自由下滑)联动松开，并在4根导向柱机械连接同步作用下，上外模以较低速度启动、下行，再根据合模油缸位移和速度反馈信号，实时调节比例调速阀，实现合模油缸的高精度同步运动控制。

输入信号，使O型三位四通电磁换向阀的电磁铁16YA得电，变量泵1输出液压油，经换向阀16，与换向阀17出口油路并联合流，双泵供油实现上外模快速下行。

根据上外模实时位移和速度反馈量，程序算法控制上外模减速接近下外模，电磁铁16YA失电，复中位，换向阀16油路关闭，再减小输入信号，使电磁铁17YA得电减小，实时位移和速度反馈控制靠近下外模，直到上、下外模可靠完整合模，电磁铁17YA失电，复中位，液压锁29锁紧，上、下外模合模完成。

(3)内模组件装入开槽管坯。内膜组件与右水平缸连接位置可靠对位紧固连接，右水平缸依次进行内模组件加速、快速右移、减速，直到内模组件装入开槽管坯完成。

输入信号，使Y型三位四通比例电磁换向阀的电磁铁11YA得电，变量泵1输出液压油，经换向阀11、液压锁21进入带位移反馈的左水平缸42无杆腔，内模组件以较低速度启动、向右移动，再根据左水平缸位移和速度反馈信号，输入信号，使O型三位四通电磁换向阀的电磁铁12YA得电，变量泵2输出液压油，经换向阀12，与换向阀11出口油路并联合流，双泵供油实现内模组件快速右移。

根据内模组件实时位移和速度反馈量，程序算法控制内模组件减速接近右水平缸连接位置，电磁铁12YA失电，复中位，换向阀12油路关闭，再减小输入信号，使电磁铁11YA得电减小，根据实时位移和速度反馈控制靠近右水平缸连接位置，直到内模组件与右水平缸连接位置可靠对位紧固连接，电磁铁11YA失电，复中位，液压锁21锁紧，内模组件装入开槽管坯完成。

(4)中芯缸I同步对称主运动作业。左右水平缸同步对称辅助运动，实现九连杆机构的复合联动，推动内模组件的上下内模同步对称作业，且合模油缸协同作业，完成开槽管坯的第一次成形，如图3(a)所示。

实时适应提供开槽管坯变形所需的稳定上外模合模力，合模油缸动作同步骤(2)，油路执行负载敏感压力补偿控制，按需供油、供压。输入信号，使Y型三位四通比例电磁换向阀的电磁铁19YA得电，变量泵2输出液压油，经换向阀19、液压锁33进入单作用增压油缸40大缸体无杆腔，推动其小缸体无杆腔中的液压油经桥式比例调速同步回路37进入带位移反馈的中芯缸I(44和45)无杆腔。同时，在内模组件九连杆机构机械连接同步作用下，上下内模以较低速度启动、对称运动，再根据中芯缸I位移和速度反馈信号，实时调节比例调速阀，实现2支中芯缸I的高精度同步对称运动控制。

输入信号，使电磁铁11YA得电，左水平缸的活塞杆以较低速度启动、向右移动;同时，输入信号，使Y型三位四通比例电磁换向阀的电磁铁15YA得电，变量泵1输出液压油，经换向阀15、液压锁27进入带位移反馈的右水平缸43无杆腔，其活塞杆以较低速度启动、向左移动。根据左右水平缸位移和速度反馈信号，实时控制输入电磁铁11YA和15YA比例信号;同时，在内模组件九连杆机构机械连接同步作用下，实现左右水平缸的高精度同步对称运动控制。

根据中芯缸I的同步对称作业控制电磁铁19YA比例信号，利用中芯缸I的位移、速度和负载反馈信号，程序算法匹配实时控制电磁铁11YA和15YA比例信号，使左右水平缸实时同步对称运行，推动九连杆机构做复合联动，完成开槽管坯的第一次成形。

(5)中芯缸II同步对称主运动作业，左右水平缸同步对称辅助运动，同理，完成开槽管坯的第二次成形，如图3(b)所示。

第一次成形完成后，开槽管坯凸起一定高度(如图3(a)所示)，开槽缝隙较高，用胀形机械手)I将固连其上的中芯缸II(51)从开槽一侧装入上下内模之间，左右、前后校正对中。

输入信号，使Y型三位四通比例电磁换向阀的电磁铁20YA得电，中芯缸II(51)动作同步骤(4)的中芯缸I的操作，同时，输入电磁铁11YA和15YA比例信号，并在内模组件九连杆机构机械连接同步作用下，左右水平缸高精度同步对称运动。

根据中芯缸II位移和压力反馈信号，输入信号使电磁铁19YB得电，变量泵2输出液压油，经换向阀19、液压锁33进入单作用增压油缸40大缸体有杆腔，无杆腔中液压油经换向阀19之后的溢流阀背压阀回油，推动其活塞杆向右移动，2支中芯缸I到小缸体无杆腔之间封闭的液压油逐渐减压，同时，调节比例溢流阀53和二位二通电磁换向阀配合卸荷，直到2支中芯缸I受弹簧力完全复位，电磁铁19YB失电，复中位，液压锁33锁紧。

二位二通电磁换向阀55和58的电磁铁得电，定量泵3输出液压油，经换向阀55和58进入2支中芯缸I，再经同步回路37、增压油缸40小缸体无杆腔和液控单向阀回油箱，液压油循环冷却。

实时适应提供开槽管坯变形所需的稳定上外模合模力，合模油缸动作同步骤(4)。根据中芯缸II的同步对称作业控制电磁铁20YA比例信号，利用中芯缸II的位移、速度和负载反馈信号，程序算法匹配实时控制电磁铁11YA和15YA比例信号，使左右水平缸实时同步对称运行，推动九连杆机构做复合联动，完成开槽管坯的第二次成形。

(6)中芯缸II同步对称主运动作业，左右水平缸同步对称辅助运动，同理，完成开槽管坯的第三次成形，如图3(e)所示。

第二次成形完成后，开槽管坯凸起高度进一步提高，如图3(b)所示，开槽缝隙更高。

输入信号，使电磁铁20YB得电，调节比例溢流阀54，中芯缸II复位动作同步骤(5)的中芯缸1的操作。然后，二位二通电磁换向阀57的电磁铁得电中芯缸Ⅱ冷却动作同步骤(5)的中芯缸I的操作。

用胀形机械手I将固连其上的中芯缸II(51)从上下内模之间退出，再经过-定时间循环冷却后，换向阀57的电磁铁失电，冷却停止。利用胀形机械手II将固连其上的中芯缸III(50)从开槽另一侧装入。上下内模之间，左右、前后校正对中。

输入信号，使Y型三位四通比例电磁换向阀的电磁铁18YA得电，中芯缸II(50)动作同步骤(4)的中芯缸1的操作。同时，输入电磁铁11YA和15YA比例信号，并在内模组件九连杆机构机械连接同步作用下，实现左右水平缸高精度同步对称运动。

实时适应提供开槽管坯变形所需的稳定上外模合模力，合模油缸动作同步骤(4)。根据中芯缸II的同步对称作业控制电磁铁18YA比例信号，利用中芯缸II的位移、速度和负载反馈信号，程序算法匹配实时控制电磁铁11YA和15YA比例信号，使左右水平缸实时同步对称运行，推动九连杆机构做复合联动，完成开槽管坯的第三次成形。

输入信号，使电磁铁18YB得电，调节比例溢流阀52，中芯缸II复位动作同步骤(5)的中芯缸I的操作。然后，二位二通电磁换向阀56的电磁铁得电，中芯缸II冷却动作同步骤(5)的中芯缸I的操作。用胀形机械手II将固连其上的中芯缸II(50)从上下内模之间退出，再经过一定时间循环冷却后，换向阀56的电磁铁失电，冷却停止。

九连杆机构中连杆与水平轴线夹角最大值时，按工艺设计给定值，程序控制减小先导比例溢流阀6、7和9背压设定值，防止工作压力过高损坏零部件。

(7)内模组件退出。输入信号，使电磁铁11YB和15YB得电，变量泵1输出液压油，相应回油路均利用换向阀之后的溢流阀背压回油，根据左右水平缸位移和速度反馈信号，在内模组件九连杆机构机械连接同步作用下，实现左右水平缸的高精度同步对称运动控制，推动对应活塞杆向左和向右移动，直到右水平缸完全复位，电磁铁15YB失电，复中位，液压锁27锁紧，上下内模完全复位，内模组件与右水平缸连接位置快速自动脱离。

输入信号，使电磁铁11yb和12yb得电，内模组件左移退出，动作同步骤(3)的左水平缸反向操作，直到完全退出。再经过一定时间循环冷却后，换向阀55和58的电磁铁失电，冷却停止。

(8)开槽管坯脱模，上外模复位。输入信号，使电磁铁16YB和17YB得电，上外模上行复位，动作同步骤(2)的合模油缸反向操作，直到完全复位。上外模以较低速度启动时，输入信号，使电磁铁13YA得电，变量泵1输出液压油，经换向阀13、液压锁23进入上脱模油缸48无杆腔，使已成形的开槽管坯从上外模型腔中脱落，电磁铁13YA失电，复中位，液压锁23锁紧，电磁铁13YB得电，上脱模油缸48复位。

上外模加速、快速上行、减速完全复位。电磁铁17YB失电，复中位，液压锁29锁紧，机械锁紧机构联动锁紧。取料机械手伸到已成形的开槽管坯上方，对位、下行、夹持开槽管坯，输入信号，使电磁铁14YA得电，变量泵1输出液压油，经换向阀14、液压锁25进入下脱模油缸49无杆腔，使已成形的开槽管坯从下外模型腔中顶出，电磁铁14YA失电复中位，液压锁25锁紧，再电磁铁14YB得电，下脱模油缸49复位，取料机械手上行、退出，从下外模取出已成形的驱动桥壳半成品，进入下一个加工工序。

3、辅助控制原理及动作

(1)上、下外模之间设置红外运动检测反馈装置，实时安全保护。有物体运动时，关闭换向阀16和17，液压锁29锁紧，上外模任意位置立即停止，也可人为主动控制或由于误操作立即停止，同时机械锁紧机构定位，联动锁紧保护。另外，内模组件与加热开槽管坯内孔之间设置红外对位检测反馈装置，实时对位和安全保护，若对位有误，程序控制关闭换向阀11和12，液压锁21锁紧，内模组件任意位置立即停止。

(2)系统处于能量损失很小的双泵容积节流联合调速工作模式，负载变化时，限压式变量泵自动调速，且实现变量泵输出流量与执行机构所需流量相适应。

合模油缸运行调速时，调节换向阀17的电磁铁(换向阀16开/关)比例信号，即给定合模油缸46和47所需速度，以比例节流调速工作，变量泵1和2自动调至合模油缸46和47所需的流量，直到换向阀16和17之前的压力恒定为止，系统处于最小损失状态，以变量泵容积调速模式工作。其中，由限压式变量泵、比例电磁换向阀和梭阀反馈油路组合，变量泵自动调节执行机液负载敏感控制。使电磁铁17YA得电，合模油缸的负载压力经梭阀(双向反馈)、阻尼器、反馈油路LS2稳定快速地传递给负载敏感控制阀及伺服油缸5，控制变量泵2运行工作状态，变量泵2以恒定流量、恒功率控制或恒压控制模式工作。变量泵1或2驱动的其他执行回路同理控制。

(3)系统执行负载敏感压力补偿控制。变量泵1或2均驱动至少2个负载，各油路采用三位四通比例电磁换向阀控制给油，泵提供所需流量，将二通定差减压阀(压力补偿阀)布置在油泵与换向阀之间，并在换向阀_上设置高压优先梭阀(双向补偿)，组成梭阀网络负载敏感反馈油路，实现阀前压力补偿负载敏感控制变量泵。

(4)上外模加速、减速、换向阀16和17突然开或关，带来的惯性力作用或负载突变，液压系统产生压力冲击，利用双溢流阀组30起到制动和缓冲的目的，同时也防止上外模下行出现“飞车”现象。其他执行机构采用同样的辅助控制。

(5)在系统运行过程中，根据需要可调节比例溢流阀6和7，与二位二通电磁换向阀配合卸荷卸掉各回路中的液压力。超高压油路及相关液压元件则利用比例溢流阀52、53、54(可调压)安全)保护。

4、结语

(1)整体复合胀形液压系统主要由油源模块、控制模块、执行机构及辅件等组成，运用电气自动程序控制，实现了点动、半自动、全自动控制操作，使用合理的调速、调压、换向、动作顺序及动作互锁等液压回路，同时考虑节省能源、减少发热、减少冲击、运动精度等要求，结合必要的液压元件和辅助油路，满足开式泵循环系统功能需求。

(2)利用液压传动方式驱动外模与内模组件联合承载，由限压式变量泵、比例电磁换向阀和梭阀网络反馈油路组成负载敏感容积节流联合调速控制系统，提高系统能量利用率和综合性能，实现九连杆机构做复合联动。结合位移、速度和压力反馈进行闭环控制，提高系统控制精度，实现开槽加热管坯连续、稳定、可靠的弹塑性变形，得到合格的驱动桥壳半成品。在同一平台上，为不同规格的驱动桥壳半成品生产配套相应的胀形装置和液压系统运行控制参数。

注：本文由机哥整理自《机床与液压》年19期，作者徐明、林顺洪等。转载请注明出处。