制造技術(shù)與機(jī)床：機(jī)械式脹形橋殼起皺分析及改進(jìn)
2022-05-13【作 者】王久林;李萍;劉紅麗;田野;薛克敏
【前 言】
汽車驅(qū)動(dòng)橋橋殼作為汽車的關(guān)鍵零部件之一，既是傳動(dòng)系的組成部分，也是行駛系的組成部分，這就要求它不僅具有足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性，還要能長(zhǎng)期承受動(dòng)載荷和疲勞應(yīng)力的作用[1-3]。當(dāng)前橋殼制造工藝主要有鑄造式和鋼板沖壓焊接式2種，隨著節(jié)能環(huán)保、汽車輕量化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)鑄造、沖焊橋殼已難以滿足汽車工業(yè)的發(fā)展要求[3-5]。
結(jié)合汽車橋殼“中間凸肚，兩頭細(xì)脖”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在鋼板沖壓焊接工藝成形橋殼的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械式脹形橋殼的新工藝逐漸派生出來(lái)，即利用一定長(zhǎng)度和厚度的無(wú)縫鋼管，經(jīng)過(guò)兩端縮徑、推方、中間開(kāi)槽、琵琶包脹形、整形等工序完成橋殼的成形。相比傳統(tǒng)鑄造、沖焊橋殼，該類橋殼具有重量輕、柔性高、性能好、生產(chǎn)率和材料利用率高以及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，焊縫的減少使橋殼疲勞壽命是沖焊橋殼的2倍以上[6-9]。
文獻(xiàn)[10]以某1 t輕型車為例，對(duì)輕型汽車橋殼的鋼管擴(kuò)張工藝進(jìn)行研究，針對(duì)橋殼外形設(shè)計(jì)、剛度及強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討。文獻(xiàn)[11]利用DE-FORM一3D軟件模擬研究了橋殼機(jī)械熱脹形工藝，對(duì)脹形過(guò)程中管坯應(yīng)力應(yīng)變、金屬流動(dòng)規(guī)律以及溫度場(chǎng)變化情況等進(jìn)行初步分析，但并未對(duì)成形件出現(xiàn)的缺陷提出有效的補(bǔ)救措施。文獻(xiàn)[12]對(duì)橋殼機(jī)械式脹形工藝的兩端縮徑、推方以及琵琶包脹形等3道工序進(jìn)行數(shù)值模擬研究并開(kāi)展了簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
本文將對(duì)橋殼琵琶包發(fā)生起皺的原因展開(kāi)分析，并在此基礎(chǔ)上提出2種改進(jìn)方案，利用ABAQUS有限元軟件對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)改進(jìn)效果;最后進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性和改進(jìn)方案的可行性、實(shí)用性。
【摘 要】以橢圓形工藝孔管坯為基礎(chǔ),對(duì)機(jī)械式脹形橋殼的起皺原因進(jìn)行分析,并提出2種改進(jìn)方案,即在該處增設(shè)橢圓形凹槽和三角槽。采用ABAQUS有限元軟件對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析不同工藝方案下成形件軸向應(yīng)力應(yīng)變以及壁厚分布規(guī)律,并進(jìn)行相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:2種方案在消除起皺方面均有效果,開(kāi)設(shè)凹槽的改進(jìn)方案,仍存在輕微起皺,整形過(guò)程中不存在金屬折疊。帶三角槽改進(jìn)方案橋殼起皺部位軸向應(yīng)力應(yīng)變分布狀態(tài)得到改善,壁厚分布更均勻,增厚量減小,起皺缺陷消除。
【結(jié) 論】
(1)橋殼各處壁厚:成形件切口邊緣的壁厚變化幅度比路徑AB大得多，壁厚分布不均勻，存在明顯的壁厚增大和減小區(qū)域，因此橋殼切口邊緣壁厚的分布是影響其使用性能的主要因素之一。
(2)帶凹槽改進(jìn)方案仍存在輕微起皺，但整形過(guò)程中多余金屬可往凹槽內(nèi)部填充，避免了金屬折疊，整形效果好。
(3)三角槽槽口設(shè)計(jì)為60o合適，兩側(cè)金屬正好閉合，成形件壓應(yīng)力、應(yīng)變極值轉(zhuǎn)移到三角槽兩側(cè)，壁厚分布更均勻，增厚量減小，起皺消除。
(4) 2種方案在消除起皺方面均有效果，通過(guò)后續(xù)焊接工序完成凹槽或三角槽槽口的焊合，并焊上加強(qiáng)圈，從而保證此處的使用強(qiáng)度。
