矩形截面前横梁作为典型前横梁形式,广泛用于汽车底盘悬架系统中。矩形截面管材成形过程中,两直角边之间的圆角是成形难点,极易造成该区域的壁厚减薄甚至破裂。本文通过理论分析确定等效应力最大的位置,之后通过数值模拟以及实验分析不同工艺参数对成形效果的影响。研究结果表明,补料量与成形内压配比对圆角区域壁厚有重要影响,补料量确定时,适当降低补料支撑内压有利于改善该区域的壁厚减薄。

冷冲压即通过安装在压力机上的模具对板料施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的零件加工方法。但随着工艺技术的发展,冲压的概念正在逐步扩展,涉及范围也越来越广,如热成形、管材液压成形、板材充液成形、辊压成形、超塑性成形等,如图1所示。

针对现有管件液压成形加载路径优化方法实用性差的问题,提出了试错仿真分析与二分法相结合的加载路径优化方法。首先,通过分析变径管的几何数模、管材力学特性及成形工艺,设计了变径管液压成形模具。其次,进行变径管液压成形实验,与仿真结果进行对比,证明了有限元模型及仿真方法的正确性。最后,利用试错仿真分析与二分法相结合的加载路径优化方法,对变径管液压成形进行加载路径优化,得到了最优加载路径,为管材液压成形加载路径优化方法的工程化应用提供参考。

内高压成形技术,又称为管材液压成形(Tube hydro-forming简称THF),是一种在液体压力和轴向压力的共同作用下使管材沿径向发生形变的工艺,适用于生产截面复杂的中空薄壁整体结构件。与冲压、焊接等传统制造工艺生产的零件相比,采用管材液压成形工艺制造的零件具有重量轻、刚度好、回弹变形小、耐撞性好、节约材料、加工工序少等诸多优点。THF技术随着汽车轻量化、高效率的需求,在汽车结构件中的应用也越来越广泛,典型零件如副车架、扭力梁等。

为有效预测管材液压成形过程中存在的制品在外侧过度减薄和内侧起皱等问题,用JSTAMP/NV对汽车副车架成形的弯曲、预成形和管材液压成形工序分别进行有限元分析,得出各工序的成形极限云图和壁厚分布.应用逆向求解器HYSTAMP仅需直接指定管坯的尺寸参数、材料和弯曲工艺参数即可自动执行弯曲仿真并可在几秒内获取弯曲仿真的结果.设定液压成形工序的液压加载曲线和方向以及轴向进给位移,应用LS-DYNA执行预成形和液压成形工序仿真.JSTAMP/NV能有效模拟管材液压成形工艺过程,并预测和消除成形过程中在变形区出现的屈曲、起皱和破裂等缺陷.

为了探索工艺参数对管材液压成形工艺的影响,研究了比例加载。通过理论计算和仿真结合的方法,对TP2铜管进行了管材液压成形,并且对比分析了试验与仿真环境下胀形区的轴向轮廓,以相对误差小于10%作为判断准则,对模型进行验证。通过改变液压力与轴向进给量,观察并分析了环向与轴向流动应力分量的变化,最后采用K-means聚类算法进行优化,实现了比例加载,并得到了该加载路径,其在胀形过程中的应力分量比值R=2.233,误差范围为:-1.46%≤E;≤1.6%。结果表明,K-means聚类算法优化后的流动应力分量比值的波动范围明显减小,说明该算法可以优化加载路径。

为确定变径管液压成形中的脉动加载参数以奥氏体304不锈钢变径管为例利用有限元分析软件建立了仿真模型采用液压加载速度2MPa/s并分别以复合幅值3MPa和5MPa、频率1Hz和0.5Hz的载荷进行脉动加载根据成形零件壁厚分布的仿真结果比较分析发现相较其他加载情况复合幅值5MPa频率1Hz成形零件最大减薄率和最大增厚率明显减少零件壁厚分布更均匀实际加工结果验证了上述计算机辅助设计方法的可行性。