大變形階梯管件內高壓成形軸向進給方式的研究

朱書建　林賢坤　常雪

摘 要：針對以大變形比、軸向尺寸長的階梯管件的內高壓成形為研究對象，根據成形工藝的要求，借助有限元軟件DYNAFORM對管件的成形過程進行仿真分析，研究了模具軸向進給路徑對管件成形壁厚分布、外形效果的影響。

關鍵詞：階梯管件；內高壓成形；模具軸向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.020

1 引言

隨著汽車行業的不斷發展，能源短缺及環境污染已經成為制約全球汽車產業可持續發展的突出問題，而內高壓成形工藝的高質量、輕量化的優點使其得到汽車零部件制造業的重視[1]。尤其是大變形管件，使用傳統的沖壓-焊接或鑄造成形工藝難以完成，且能源消耗巨大，而使用內高壓成形工藝則可以從根本上解決此類問題，因此本文對如圖1所示的大變形階梯管件內高壓成形過程進行仿真分析，并重點研究對管件成形具有決定作用的軸向進給方式進行研究。

2 有限元模型的建立

大脹形階梯管件內高壓成形有限元模型如圖2所示，將模型設為7個剛體和1個變形體。其中，外殼、左、右軸向推頭、左、右模具及背壓推頭分別用1個剛體曲面來表示，管坯定義為變形體并用尺寸為18×18的平面四邊形單元進行劃分，管坯材料選用SPH440鋼，屈服強度σs=397.5MPa，摩擦系數設為標準鋼μ=0.125，初始屈服力為35MPa，最大脹形力為75MPa，軸向進給量為440mm進給量。在成形過程中，左、右推頭推動左、右模具軸向進給完成管件的軸向補料，當管件內部壓力大于或等于背壓推頭所受外部恒壓時，背壓推頭縱向后退，管件進行脹形。

3 結果與討論

由于軸向進給路徑對管件成形效果具有決定性作用，因此選用不同進給路徑進行成形，如圖3所示，Line2為直線進給，Line1及Line3均為折線進給，Line1前期進給速度大于后期進給速度，Line3前期進給速度小于后期進給速度[2]。三種進給路徑下成形的管件分別為α，β，γ，根據不同軸向進給路徑進行管件成形的結果如圖4所示，具體特征值如表1所示。從表中可以看出，管件α壁厚增加率和減薄率均最小，管壁分布最均勻；而管件γ壁厚增加率和減薄率均最大，且出現褶皺缺陷；管件β壁厚變化程度處于兩者之間。由此可以看出，對于給定的總進給量，不同的軸向進給方式會產生不同的結果。在使用滑動模具進行內高壓成形的過程中，前期內壓力較小，進給速度較快有助于材料快速向所需的方向流動，實現補料；后期內壓力增大，導致管件外表面與模具內腔的摩擦力增大，金屬流動阻力變大，左、右模具較慢的進給速度可有效減輕壁厚分布不均勻的缺陷程度[3]。

4 結論

本文研究不同軸向進給方式對管件成形影響可得采用前期較后期滑動速度快的路徑下預成形的管件成形效果最好，其次是勻速滑動路徑下成形的管件，前期較后期滑動速度慢的路徑下獲得的管件成形效果最差。

參考文獻：

[1]Sun X，Liu J，Lu B，et al.Life cycle assessment-based selection of a sustainable lightweight automotive engine hood design[J].International Journal of Life Cycle Assessment，2017，22（09）：1373-1383.

[2]王鴻基，徐迎強，周結魁.加載路徑對變徑管內高壓成形影響的模擬研究[J].精密成形工程，2012（03）：47-50.

[3]M.Wada，K.Iguchi，M.Mizumura，H. Kaneda.Weight Reduction of Axle-housing by Large Expanded Hydroforming Technologies[J]. Automatic Vehicle Technology，2013（67）：90-95.