中國機械工程：中型卡車脹壓成形橋殼預成形管坯的設計及成形分析
2022-04-09【作 者】王連東;龐蒙;周立鳳;崔亞平
【引 言】
管材液壓脹形工藝可簡化制件的制造工藝、減輕制件質(zhì)量、提高制件強度剛度，己經(jīng)被廣泛用于航空、航天和汽車等領域。針對形狀復雜的管件，需要先對初始管坯進行預成形，再進行液壓脹形成形。Nikhare等[1]用有限元軟件數(shù)值模擬了預成形管坯在不同的內(nèi)壓與軸向進給條件下的液壓脹形過程，研究了預成形對液壓脹形成形性的影響，并預測了極限變形量。苑世劍等川在轎車副車架液壓脹形研究中，將預脹形管坯橫截面壓制成凹曲線狀，有效降低了成形時的液壓脹形壓力。近年來出現(xiàn)了鋼管徑壓脹形工藝:將管材放在成形模具的下模內(nèi)，先液壓脹形至一定尺寸，再通過上模施加壓力，使管坯在液體內(nèi)壓及模具外壓共同作用下成形為異型截面的制件件。
Hwang等[4-5]采用數(shù)值模擬方法研究了圓形管材徑壓脹形為矩形、三角形截面零件的成形過程，結果表明徑壓脹形工藝可以有效改善管件的壁厚分布并降低成形液壓力。Kang等[6]采用數(shù)值模擬方法研究了圓形管材徑壓脹形成復雜截面零件的過程，并分析了管材尺寸對成形性能的影響。
汽車橋殼屬于大型復雜截面管類件，直接采用液壓脹形成形極為困難。王連東等川提出了汽車橋殼脹壓成形新工藝，即將一定規(guī)格的無縫鋼管兩端進行縮徑、中部進行液壓脹形后得到軸對稱狀的預成形管坯，對其內(nèi)部充液(水)后用模具壓制成形。崔亞平等川給出了軸對稱狀預成形管坯的設計方法，并試制出小型汽車橋殼模擬樣件，樣件成形性好，而且成形壓力較低。
中型卡車脹壓成形橋殼，后蓋與前蓋差異大，在前期實踐中發(fā)現(xiàn)，采用軸對稱預成形管坯壓制成形時成形性較差。本文通過對壓制成形過程進行變形分析，提出非對稱狀預成形管坯的設計方法，將基準半徑、前蓋半徑、后蓋半徑作為預成形管坯橋包設計的關鍵參數(shù)，并給出前蓋系數(shù)、后蓋系數(shù)的定義，通過有限元模擬分析了液壓脹形及壓制成形過程的成形性，確定前蓋系數(shù)、后蓋系數(shù)的取值范圍。
【結 論】
(1)提出中型卡車脹壓成形橋殼預成形管坯的設計準則:首先按照管坯截面長度與帶有附加前蓋的橋殼管件對應部分截面長度不變的條件，確定基準回轉體;然后修正基準回轉體橋包部分的尺寸，減小前蓋曲率半徑、增大后蓋曲率半徑，得到非對稱狀的預成形管坯。
(2)針對載重5t中型卡車橋殼，設計前蓋半徑、后蓋半徑不同的預成形管坯，使用ABAQUS軟件模擬整個成形過程。通過管坯液壓脹形過程和壓制成形過程的成形性分析，最后確定前蓋系數(shù)K的范圍為0. 94~0. 98，后蓋系數(shù)K的范圍為1. 05一1. 08。
(3)在有限元模擬的基礎上，選取基準回轉體及前蓋半徑為162 0 mm、后蓋半徑為175 0 mm的非對稱預成形管坯，分別進行脹壓成形實驗，結果表明:前者在壓制成形階段，后蓋處產(chǎn)生垂直于軸線方向的裂紋;后者成功試制出樣件，成形狀況好，而且測得的成形過程中的壁厚值與模擬值基本吻合。
以下是正文：
