中國機械工程：重卡橋殼D形橫截面預(yù)成形管坯軸向-環(huán)向補料液壓脹形的研究
2022-11-17【作 者】張家旗，王連東，宋希亮，張巖松，趙正躍
【引 言】
管件液壓脹形是一種利用液體將金屬管件制造為空心變截面的成形技術(shù)，具有無焊接、材料利用率高、制件質(zhì)量輕等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用到汽車、航天、航空等領(lǐng)域[1,2]。
無軸向補料的液壓脹形由于管件脹形區(qū)處于雙向受拉的不利變性條件，成形極限低[3]，因此在液壓脹形過程中，對管件兩端施加軸向壓力，實現(xiàn)脹形區(qū)軸向補料，大大提高了液壓脹形極限。
張慶[4]等通過失穩(wěn)理論得到薄壁管發(fā)生分散性失穩(wěn)極限脹形系數(shù)和集中性失穩(wěn)時極限脹形系數(shù)。王連東[5]給出了管件復(fù)合脹形極限成形系數(shù)數(shù)學表達式，表明成形極限與材料硬化指數(shù)、軸向應(yīng)力比有關(guān)。
本文針對大尺寸形狀復(fù)雜的重卡橋殼，設(shè)計一種上側(cè)扁平、前后側(cè)及下側(cè)外凸的D形橫截面的預(yù)成形管坯及軸向一環(huán)向補料液壓脹形制坯工藝，通過理論分析、有限元模擬、生產(chǎn)試驗，驗證所設(shè)計成形工藝的可行性，使壓制成形后管件橋包部分壁厚分布更為合理，消除后蓋開裂、增加前平面及邊梁的強度剛度，為工程應(yīng)用提供重要依據(jù)。
【結(jié) 論】
（1）針對大尺寸的重型卡車橋殼，設(shè)計一種上側(cè)扁平、前后側(cè)及下側(cè)外凸的D形橫截面的預(yù)成形管坯及軸向一環(huán)向補料液壓脹形工藝，當液壓脹形達到一定擴徑量時，控制管坯上側(cè)不再擴徑，使上側(cè)得到的軸向補料沿環(huán)向流動，使前后兩側(cè)得到軸向一環(huán)向雙向補料，以增加充液壓制成形后管件橋包部分的壁厚，消除后蓋開裂、增加前平面及邊梁的強度剛度。
（2）建立了D形截面預(yù)成形管坯軸向補料、軸向一環(huán)向補料液壓脹形的力學模型，分析出:管坯接觸控制模后，上側(cè)變形區(qū)以軸向壓縮為主，金屬沿環(huán)向流向前后兩側(cè);前后兩側(cè)變形區(qū)得到軸向一環(huán)向雙向補料，存在軸向、環(huán)向剪切應(yīng)力;下側(cè)變形區(qū)以軸向補料為主，變形滯后軸向一環(huán)向變形區(qū)。推導(dǎo)出不同變形區(qū)的塑性變形條件以及中間橫截面上測、前后側(cè)、下側(cè)點環(huán)向應(yīng)力的表達式。
（3）針對某載荷10t重卡橋殼，進行了D形截面管坯液壓脹形有限元模擬，結(jié)果表明:管坯接觸控制模接觸后，隨著軸向進給量的增加，上側(cè)變形區(qū)的軸向壓應(yīng)力逐漸增大、環(huán)向應(yīng)力由拉應(yīng)力變成壓應(yīng)力;前后兩側(cè)變形區(qū)的軸向壓應(yīng)力逐漸增加、環(huán)向拉應(yīng)力逐漸減小，軸向應(yīng)力比數(shù)值顯著降低、補料效果好;下側(cè)變形區(qū)的軸向應(yīng)力比亦有所降低，增強了補料效果。進一步揭示出環(huán)向流動量沿軸向呈兩側(cè)低中間高的帽狀曲線分布，中間截面上前后兩側(cè)水平位置流動量最大。
（4）進行了某載荷10t重卡橋殼1:1生產(chǎn)試驗，成功制備出D形截面預(yù)成形管坯，成形性良好，壁厚測量值與模擬結(jié)果一致，橋包部分與試制的近似回轉(zhuǎn)體狀預(yù)成形管坯相比，相對減薄率明顯降低。D形截面預(yù)成形管坯充液壓制成形后的橋殼管件與近似回轉(zhuǎn)體狀預(yù)成形管坯得到的管件相比，橋包部分壁厚更厚，消除了后蓋開裂現(xiàn)象，有利于提高強度剛度，而且切除的附加前蓋重量減少 15.64%。
以下是正文：
