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(nèi)高壓成形為研究對象，根據(jù)成形工藝的要求，借助有限元軟件DYNAFORM對管件的成形過程進(jìn)行仿真分析，研究了模具軸向進(jìn)給路徑對管件成形壁厚分布、外形效果的影響。

關(guān)鍵詞：階梯管件；內(nèi)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(yè)的不斷發(fā)展，能源短缺及環(huán)境污染已經(jīng)成為制約全球汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問題，而內(nèi)高壓成形工藝的高質(zhì)量、輕量化的優(yōu)點使其得到汽車零部件制造業(yè)的重視[1]。尤其是大變形管件，使用傳統(tǒng)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(nèi)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(nèi)高壓成形過程進(jìn)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(jìn)給方式進(jìn)行研究。

2 有限元模型的建立

大脹形階梯管件內(nèi)高壓成形有限元模型如圖2所示，將模型設(shè)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(jìn)行劃分，管坯材料選用SPH440鋼，屈服強(qiáng)度σs=397.5MPa，摩擦系數(shù)設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)鋼μ=0.125，初始屈服力為35MPa，最大脹形力為75MPa，軸向進(jìn)給量為440mm進(jìn)給量。在成形過程中，左、右推頭推動左、右模具軸向進(jìn)給完成管件的軸向補(bǔ)料，當(dāng)管件內(nèi)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(jìn)行脹形。

3 結(jié)果與討論

由于軸向進(jìn)給路徑對管件成形效果具有決定性作用，因此選用不同進(jìn)給路徑進(jìn)行成形，如圖3所示，Line2為直線進(jìn)給，Line1及Line3均為折線進(jìn)給，Line1前期進(jìn)給速度大于后期進(jìn)給速度，Line3前期進(jìn)給速度小于后期進(jìn)給速度[2]。三種進(jìn)給路徑下成形的管件分別為α，β，γ，根據(jù)不同軸向進(jìn)給路徑進(jìn)行管件成形的結(jié)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(xiàn)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(jìn)給量，不同的軸向進(jìn)給方式會產(chǎn)生不同的結(jié)果。在使用滑動模具進(jìn)行內(nèi)高壓成形的過程中，前期內(nèi)壓力較小，進(jìn)給速度較快有助于材料快速向所需的方向流動，實現(xiàn)補(bǔ)料；后期內(nèi)壓力增大，導(dǎo)致管件外表面與模具內(nèi)腔的摩擦力增大，金屬流動阻力變大，左、右模具較慢的進(jìn)給速度可有效減輕壁厚分布不均勻的缺陷程度[3]。

4 結(jié)論

本文研究不同軸向進(jìn)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(yù)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(xiàn)：

[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.

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