中國(guó)機(jī)械工程：中型卡車(chē)脹壓成形橋殼預(yù)成形管坯的設(shè)計(jì)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(jiǎn)化制件的制造工藝、減輕制件質(zhì)量、提高制件強(qiáng)度剛度，己經(jīng)被廣泛用于航空、航天和汽車(chē)等領(lǐng)域。針對(duì)形狀復(fù)雜的管件，需要先對(duì)初始管坯進(jìn)行預(yù)成形，再進(jìn)行液壓脹形成形。Nikhare等[1]用有限元軟件數(shù)值模擬了預(yù)成形管坯在不同的內(nèi)壓與軸向進(jìn)給條件下的液壓脹形過(guò)程，研究了預(yù)成形對(duì)液壓脹形成形性的影響，并預(yù)測(cè)了極限變形量。苑世劍等川在轎車(chē)副車(chē)架液壓脹形研究中，將預(yù)脹形管坯橫截面壓制成凹曲線狀，有效降低了成形時(shí)的液壓脹形壓力。近年來(lái)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(guò)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(guò)程，結(jié)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(fù)雜截面零件的過(guò)程，并分析了管材尺寸對(duì)成形性能的影響。
汽車(chē)橋殼屬于大型復(fù)雜截面管類(lèi)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(chē)橋殼脹壓成形新工藝，即將一定規(guī)格的無(wú)縫鋼管兩端進(jìn)行縮徑、中部進(jìn)行液壓脹形后得到軸對(duì)稱(chēng)狀的預(yù)成形管坯，對(duì)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(duì)稱(chēng)狀預(yù)成形管坯的設(shè)計(jì)方法，并試制出小型汽車(chē)橋殼模擬樣件，樣件成形性好，而且成形壓力較低。
中型卡車(chē)脹壓成形橋殼，后蓋與前蓋差異大，在前期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用軸對(duì)稱(chēng)預(yù)成形管坯壓制成形時(shí)成形性較差。本文通過(guò)對(duì)壓制成形過(guò)程進(jìn)行變形分析，提出非對(duì)稱(chēng)狀預(yù)成形管坯的設(shè)計(jì)方法，將基準(zhǔn)半徑、前蓋半徑、后蓋半徑作為預(yù)成形管坯橋包設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，并給出前蓋系數(shù)、后蓋系數(shù)的定義，通過(guò)有限元模擬分析了液壓脹形及壓制成形過(guò)程的成形性，確定前蓋系數(shù)、后蓋系數(shù)的取值范圍。
【結(jié) 論】
(1)提出中型卡車(chē)脹壓成形橋殼預(yù)成形管坯的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:首先按照管坯截面長(zhǎng)度與帶有附加前蓋的橋殼管件對(duì)應(yīng)部分截面長(zhǎng)度不變的條件，確定基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)體;然后修正基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)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(duì)稱(chēng)狀的預(yù)成形管坯。
(2)針對(duì)載重5t中型卡車(chē)橋殼，設(shè)計(jì)前蓋半徑、后蓋半徑不同的預(yù)成形管坯，使用ABAQUS軟件模擬整個(gè)成形過(guò)程。通過(guò)管坯液壓脹形過(guò)程和壓制成形過(guò)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(chǔ)上，選取基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)體及前蓋半徑為162 0 mm、后蓋半徑為175 0 mm的非對(duì)稱(chēng)預(yù)成形管坯，分別進(jìn)行脹壓成形實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(cè)得的成形過(guò)程中的壁厚值與模擬值基本吻合。
以下是正文：
