鈑金件主動式與被動式液壓成形仿真分析對比

梁 鵬，李 健，劉邦雄，辛艷峰

（廣西科技大學，廣西汽車零部件與整車技術重點實驗室，廣西柳州545006）

鈑金件主動式與被動式液壓成形仿真分析對比

梁 鵬，李 健，劉邦雄，辛艷峰

（廣西科技大學，廣西汽車零部件與整車技術重點實驗室，廣西柳州545006）

介紹先進制造成形中板液成形的兩種成形方法，主動式液壓成形和被動式液壓成形，并分析了兩種液壓成形的模型結構。利用這兩種成形方法對鈑金件進行仿真分析，驗證兩種成形方法的優異性，為板材液壓成形技術的進一步研究奠定良好基礎。

鈑金件；主動式；被動式；液壓成形；DYNAFORM仿真分析

液壓成形是指采用液態的水、油或粘性物質作為傳力介質，代替剛性的凹模或凸模，使板材在液態介質的作用下貼合凹模或凸模而成形[1]。板料液壓成形主要分為主動式和被動式兩大類，主動式板料液壓成形是將板料置于凹模之上，通過壓邊圈，同時對液壓腔室施加壓力，促使金屬板料貼靠凹模型腔而成形。被動式板料液壓成形，則是將板料置于液室上方，壓邊圈下行壓邊，然后凸模下行拉深，同時對液室施加壓力，促使板料貼靠凸模外形輪廓而最終成形[2]。與傳統工藝相比，板材液壓成形成形極限高，對于多次成形的復雜零件，成形次數減少，成形零件精度高，成形零件回彈小，模具結構簡單，能夠成形出較為復雜的鈑金類零件等優點。通過對比主動式液壓成形與被動式液壓成形的仿真分析，驗證兩種成形方法的優異性，為進一步研究板材液壓成形奠定基礎。

1 液壓成形模型結構圖

1.1 主動式液壓成形

圖1為板材主動式液壓成形模型圖，該結構主要由上模、下模（凹模）、板材和密封圈構成，在主動式液壓成形過程中，上下模合模、板材與上模在密封圈的作用下，形成密封的腔室，液壓油通過模具上面的進油孔向液壓腔注油，液室壓力隨著油量的逐漸增加而增加，產生的相對壓力將板料緊緊地貼在凹模上，進而成形出與凹模內腔相同的零件結構。

圖1 主動式液壓成形模型圖

1.2 被動式液壓成形

圖2為被動式液壓成形模型圖，同樣該模型結構由上模（凸）、下模、板材和壓邊圈構成。在被動式液壓成形的過程中，板材與下模在密封圈的作用下成形密封的液室腔體，液壓油經過下模上的進油孔，向模具液室腔體注油，隨著液室壓力的增加，板料在液室壓力的作用下向凸模貼合，進而形成出與凸模外輪廓一樣的零件結構。

圖2 被動式液壓成形模型圖

2 有限元模型建立

本文將采用DYNAFORM有限元軟件開展鈑金零件液壓成形的數值仿真分析。主動式液壓成形有限元模型如圖3所示，由板材、壓邊圈、凹模等組成。被動式液壓成形有限元模型如圖4所示，由板材、壓邊圈、凸模和下模等組成。

圖3 主動式液壓成形有限元模型

圖4 被動式液壓成形有限元模型

有限元仿真過程中，凸、凹模及壓邊圈視為剛性體，板材、壓邊圈和凹模均采用殼單元。板件材料選擇5052鎂鋁合金，該材料具有較好的塑性性能，且該材料具有較好的極限拉應力。板材厚度1 mm，板料與（凸）凹模、板材與壓邊圈之間的摩擦因數分別設置為μ=0.05，壓邊間隙為1.14mm.作用在壓邊圈上的壓邊力施加為恒定壓力值150 kN，液室壓力加載為50 MPa.

3 仿真結果分析

通過Dynaform有限元仿真分析及ETA/Post后處理計算，主動式液壓成形仿真成形極限圖如圖5所示，該零件沒有出現破裂現象。圖6為成形板材厚度云圖，從圖中可以看出零件板材在壓邊區域板材發生較大的褶皺，零件頂端板厚較為一致，零件的四個頂角位置處厚度較小，最小板厚為0.821mm，板材最大減薄率為17.9%，板件整體成形質量較好。

圖5 鈑金件主動式液壓成形極限圖

圖6 鈑金件主動式液壓成形板材厚度云圖/mm

被動式液壓成形極限圖如圖7所示，板材出現即將破裂現象，但還沒有達到極限點，板材成形質量分布均勻，成形質量較好。圖8為被動式液壓成形板材厚度云圖，從圖中可知，該零件整體板厚度分布均勻，板材壓邊區域幾乎沒有出現較大的褶皺，說明板材在成形過程中，板材有很好的進給，板材最小厚度發生在成形零件的側壁處，說明在成形過程中成形后期板材，受到較大的拉伸出現壁厚處板材減薄率增加，板材成形出零件壁厚最小為0.764mm，板材最大減薄率為23.6%.

圖7 鈑金件被動式液壓成形極限圖

圖8 被動式液壓成形板材厚度云圖/mm

4 液壓成形仿真結果對比

通過對鈑金件主動式液壓成形與被動式液壓成形進行仿真分析，主動式液壓成形成形出板材最大減薄率小，板材壓邊圈位置處出現明顯褶皺，板材出現最小板厚位置為零件頂角位置；被動式液壓成形出現板材最大減薄率大，成形零件厚度分布均勻，成形板材壁厚最小位置為零件側壁處。在滿足零件強度及正常使用條件的前提下，被動式板材液壓成形，成形出的板材零件質量更好。

5 結束語

本文首先介紹鈑金件在板液成形中的主動式和被動式板液成形方法，介紹用于鈑金件成形的成形模型結構，并且建立其相應的有限元模型。通過對鈑金件進行DYNAFORM有限元分析，分別得出主動式板液成形和被動式板液成形的板材成形極限圖及板材厚度分布云圖。對兩種方式板材成形質量進行對比得出，被動式成形成形出板材厚度分布均勻，板材無起皺、破裂現象，成形質量較好。

[1]李濤，郎利輝，周賢賓.先進板材液壓成形技術及其進展[J].塑性工程學報，2006，13（3）：30-34.

[2]龔紅英.金屬塑性成形CAE應用—DYNAFORM[M].北京：化學工業出版社，2008.

Comparison of the Simulation of Active and Passive Hydroform ing of SheetMetal

LIANG Peng，LIJian，LIU Bang-xiong，XIN Yan-feng
（Guangxi Key Laboratory of Automobile Components and Vehicle Technology，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou Guangxi 545006，China）

In this paper，two kinds of formingmethods，active hydroforming and passive hydroforming of the sheet in advanced manufacturing are introduced.Two kinds of hydroformingmodel structures are analyzed.The two kinds of formingmethods are used to simulate the sheetmetal，verify the superiority of the two formingmethods，which will lay a good foundation for the further study of sheetmetal forming technology.

sheetmetal；active；passive；hydroforming；DYNAFORM simulation analysis

TG394

A

1672-545X（2017）04-0076-03

2017-01-05

梁鵬（1990-），男，河南駐馬店人，碩士，研究方向：汽車輕量化技術。