中国机械工程：中型卡车胀压成形桥壳预成形管坯的设计及成形分析
2022-04-09【作 者】王连东;庞蒙;周立凤;崔亚平
【引 言】
管材液压胀形工艺可简化制件的制造工艺、减轻制件质量、提高制件强度刚度，己经被广泛用于航空、航天和汽车等领域。针对形状复杂的管件，需要先对初始管坯进行预成形，再进行液压胀形成形。Nikhare等[1]用有限元软件数值模拟了预成形管坯在不同的内压与轴向进给条件下的液压胀形过程，研究了预成形对液压胀形成形性的影响，并预测了极限变形量。苑世剑等川在轿车副车架液压胀形研究中，将预胀形管坯横截面压制成凹曲线状，有效降低了成形时的液压胀形压力。近年来出现了钢管径压胀形工艺:将管材放在成形模具的下模内，先液压胀形至一定尺寸，再通过上模施加压力，使管坯在液体内压及模具外压共同作用下成形为异型截面的制件件。
Hwang等[4-5]采用数值模拟方法研究了圆形管材径压胀形为矩形、三角形截面零件的成形过程，结果表明径压胀形工艺可以有效改善管件的壁厚分布并降低成形液压力。Kang等[6]采用数值模拟方法研究了圆形管材径压胀形成复杂截面零件的过程，并分析了管材尺寸对成形性能的影响。
汽车桥壳属于大型复杂截面管类件，直接采用液压胀形成形极为困难。王连东等川提出了汽车桥壳胀压成形新工艺，即将一定规格的无缝钢管两端进行缩径、中部进行液压胀形后得到轴对称状的预成形管坯，对其内部充液(水)后用模具压制成形。崔亚平等川给出了轴对称状预成形管坯的设计方法，并试制出小型汽车桥壳模拟样件，样件成形性好，而且成形压力较低。
中型卡车胀压成形桥壳，后盖与前盖差异大，在前期实践中发现，采用轴对称预成形管坯压制成形时成形性较差。本文通过对压制成形过程进行变形分析，提出非对称状预成形管坯的设计方法，将基准半径、前盖半径、后盖半径作为预成形管坯桥包设计的关键参数，并给出前盖系数、后盖系数的定义，通过有限元模拟分析了液压胀形及压制成形过程的成形性，确定前盖系数、后盖系数的取值范围。
【结 论】
(1)提出中型卡车胀压成形桥壳预成形管坯的设计准则:首先按照管坯截面长度与带有附加前盖的桥壳管件对应部分截面长度不变的条件，确定基准回转体;然后修正基准回转体桥包部分的尺寸，减小前盖曲率半径、增大后盖曲率半径，得到非对称状的预成形管坯。
(2)针对载重5t中型卡车桥壳，设计前盖半径、后盖半径不同的预成形管坯，使用ABAQUS软件模拟整个成形过程。通过管坯液压胀形过程和压制成形过程的成形性分析，最后确定前盖系数K的范围为0. 94~0. 98，后盖系数K的范围为1. 05一1. 08。
(3)在有限元模拟的基础上，选取基准回转体及前盖半径为162 0 mm、后盖半径为175 0 mm的非对称预成形管坯，分别进行胀压成形实验，结果表明:前者在压制成形阶段，后盖处产生垂直于轴线方向的裂纹;后者成功试制出样件，成形状况好，而且测得的成形过程中的壁厚值与模拟值基本吻合。
以下是正文：
