中国机械工程：重卡桥壳D形横截面预成形管坯轴向-环向补料液压胀形的研究
2022-11-17【作 者】张家旗，王连东，宋希亮，张岩松，赵正跃
【引 言】
管件液压胀形是一种利用液体将金属管件制造为空心变截面的成形技术，具有无焊接、材料利用率高、制件质量轻等优点，已被广泛应用到汽车、航天、航空等领域[1,2]。
无轴向补料的液压胀形由于管件胀形区处于双向受拉的不利变性条件，成形极限低[3]，因此在液压胀形过程中，对管件两端施加轴向压力，实现胀形区轴向补料，大大提高了液压胀形极限。
张庆[4]等通过失稳理论得到薄壁管发生分散性失稳极限胀形系数和集中性失稳时极限胀形系数。王连东[5]给出了管件复合胀形极限成形系数数学表达式，表明成形极限与材料硬化指数、轴向应力比有关。
本文针对大尺寸形状复杂的重卡桥壳，设计一种上侧扁平、前后侧及下侧外凸的D形横截面的预成形管坯及轴向一环向补料液压胀形制坯工艺，通过理论分析、有限元模拟、生产试验，验证所设计成形工艺的可行性，使压制成形后管件桥包部分壁厚分布更为合理，消除后盖开裂、增加前平面及边梁的强度刚度，为工程应用提供重要依据。
【结 论】
（1）针对大尺寸的重型卡车桥壳，设计一种上侧扁平、前后侧及下侧外凸的D形横截面的预成形管坯及轴向一环向补料液压胀形工艺，当液压胀形达到一定扩径量时，控制管坯上侧不再扩径，使上侧得到的轴向补料沿环向流动，使前后两侧得到轴向一环向双向补料，以增加充液压制成形后管件桥包部分的壁厚，消除后盖开裂、增加前平面及边梁的强度刚度。
（2）建立了D形截面预成形管坯轴向补料、轴向一环向补料液压胀形的力学模型，分析出:管坯接触控制模后，上侧变形区以轴向压缩为主，金属沿环向流向前后两侧;前后两侧变形区得到轴向一环向双向补料，存在轴向、环向剪切应力;下侧变形区以轴向补料为主，变形滞后轴向一环向变形区。推导出不同变形区的塑性变形条件以及中间横截面上测、前后侧、下侧点环向应力的表达式。
（3）针对某载荷10t重卡桥壳，进行了D形截面管坯液压胀形有限元模拟，结果表明:管坯接触控制模接触后，随着轴向进给量的增加，上侧变形区的轴向压应力逐渐增大、环向应力由拉应力变成压应力;前后两侧变形区的轴向压应力逐渐增加、环向拉应力逐渐减小，轴向应力比数值显著降低、补料效果好;下侧变形区的轴向应力比亦有所降低，增强了补料效果。进一步揭示出环向流动量沿轴向呈两侧低中间高的帽状曲线分布，中间截面上前后两侧水平位置流动量最大。
（4）进行了某载荷10t重卡桥壳1:1生产试验，成功制备出D形截面预成形管坯，成形性良好，壁厚测量值与模拟结果一致，桥包部分与试制的近似回转体状预成形管坯相比，相对减薄率明显降低。D形截面预成形管坯充液压制成形后的桥壳管件与近似回转体状预成形管坯得到的管件相比，桥包部分壁厚更厚，消除了后盖开裂现象，有利于提高强度刚度，而且切除的附加前盖重量减少 15.64%。
以下是正文：
