副車架管梁的充液成型技術(shù)

副車架管梁的充液成型技術(shù)

0穩(wěn)定桿管梁連接副車架是車輛的重要安全部件和承受部件。在車輛的駕駛中，它承受著方向余的傾斜、縱向和垂向負(fù)荷，同時(shí)也為各種傾斜的零件提供安裝場(chǎng)所。穩(wěn)定桿安裝在副車架上，副車架穩(wěn)定桿的支撐點(diǎn)主要承受垂向載荷，因此對(duì)穩(wěn)定桿安裝點(diǎn)垂向剛度要求較高?，F(xiàn)有的副車架和穩(wěn)定桿的連接采用管梁連接，是底盤(pán)副車架中非常重要的組成部分，其強(qiáng)度、剛度、疲勞性能直接決定整車的安全性與舒適性。這其中，管梁作為承擔(dān)大多數(shù)垂直載荷與力矩的主要受力構(gòu)件，其重要性不言而喻。隨著汽車設(shè)計(jì)水平不斷提高，管梁由傳統(tǒng)的板式?jīng)_壓件逐漸過(guò)渡為管式密閉零件，針對(duì)不同截面形狀發(fā)展出不同種類的成形工藝。內(nèi)高壓充液成形技術(shù)通過(guò)內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形，可以成形具有復(fù)雜變截面形狀的直線管式零件，相對(duì)傳統(tǒng)沖壓工藝，給予零件設(shè)計(jì)以更大的靈活性，同時(shí)大大提高生產(chǎn)效率，是管式密閉零件制造的主要發(fā)展趨勢(shì)1零件特征和材料分析1.1口矩形圓角截面圖1所示為某車型副車架管梁二維特征分析，由截面分析可知，零件由端口矩形圓角截面逐漸過(guò)渡為L(zhǎng)字形截面。零件中定位孔所在形面有較高的輪廓度要求。零件壁厚減薄率最大不超過(guò)15%。由零件特征分析可知，該零件為典型的直軸線變截面空心管材零件，適用于管材充液成形工藝。1.2零件化學(xué)成分隨著現(xiàn)代汽車對(duì)車身強(qiáng)度要求的不斷提高，對(duì)于底盤(pán)類零件所用材料的強(qiáng)度要求也不斷提高，在該車型中，零件選用牌號(hào)QStE500TM的熱軋酸洗鋼，該零件化學(xué)成分如表1所示。本牌號(hào)系列鋼為細(xì)晶粒鋼，具有良好的冷成型性，適用于制造具有較高強(qiáng)度或高強(qiáng)度要求的汽車大梁、橫梁等車體結(jié)構(gòu)件。其基本物理性能如表2所示。2工藝設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬優(yōu)化2.1冷卻、清洗涂油該管梁整個(gè)成形工藝流程主要包括：(1)管坯下料；(2)管材預(yù)成形；(3)管材充液整形；(4)沖裁、清洗涂油等工序，如圖2所示。在整個(gè)工藝流程中，管材預(yù)成形、充液整形過(guò)程是管材充液成形工藝，這是整個(gè)工藝方案的核心，對(duì)其建立模型并進(jìn)行數(shù)值分析，進(jìn)而進(jìn)行工藝分析。2.2初始整形壓力p在進(jìn)行管材充液成形工藝前，首先需要明確管材初始塑性變形液壓力P為確保管材完全貼模，通過(guò)逐漸增大管坯內(nèi)腔液壓力，達(dá)到高壓整形，整形壓力為：根據(jù)成形管梁在合模方向的投影面積S和整形壓力P2.3管坯端口整形預(yù)成形數(shù)值模擬分析針對(duì)上文設(shè)計(jì)的工藝路線，進(jìn)行管材預(yù)成形工序是提前使零件發(fā)生預(yù)變形，避免合模后進(jìn)行充液成形的過(guò)程中發(fā)生啃模，同時(shí)管材預(yù)變形后沿環(huán)向分布，可以降低充液整形難度。由于零件端口位置為矩形圓角截面，原始圓管管坯在合模過(guò)程中必然發(fā)生塌陷，因此，需要在預(yù)成形過(guò)程中引入管坯端口整形工序。針對(duì)零件特征，采用Catiav5r21軟件進(jìn)行三維形面建模，然后導(dǎo)入到數(shù)值分析軟件Dynaform5.9.4中進(jìn)行數(shù)值模擬。根據(jù)工藝分析，可以將預(yù)成形過(guò)程分為合模和端口整形兩個(gè)工步，分別建立數(shù)值仿真模型如圖3所示。在預(yù)成形工序中，兩側(cè)整形推頭在測(cè)推油缸的推動(dòng)下對(duì)管坯端頭進(jìn)行整形。推頭整形區(qū)間越長(zhǎng)，進(jìn)入零件型腔越深，整形效果越好。但是隨著推頭長(zhǎng)度增加，側(cè)推油缸所需噸位同時(shí)增加，通過(guò)數(shù)值模擬優(yōu)選一個(gè)合適的推頭整形區(qū)間，在保證整形效果的同時(shí)控制側(cè)推油缸噸位，是預(yù)成形數(shù)值模擬重點(diǎn)解決的問(wèn)題由數(shù)值模擬分析可知，當(dāng)整形推頭長(zhǎng)度大于120mm后，整形效果無(wú)明顯提升，而所需側(cè)推力則由于摩擦力的增加而大幅增長(zhǎng)，這勢(shì)必會(huì)造成設(shè)備不必要的浪費(fèi)。因此，考慮實(shí)際生產(chǎn)要求與整形效果，選取整形區(qū)間長(zhǎng)度為120mm的推頭為最優(yōu)結(jié)果，此時(shí)所需側(cè)推油缸噸位為25噸。2.4內(nèi)壓力對(duì)零件貼模度的影響在預(yù)成形工序中，管坯已經(jīng)初步成形。在充液整形工序中，利用密封推頭對(duì)管坯進(jìn)行剛性密封，并在管坯內(nèi)沖入高壓乳化液體，從而使零件貼模成形。由于零件脹形范圍不大，因此側(cè)推推頭補(bǔ)料量對(duì)零件最終成形效果影響較小。在數(shù)值模擬過(guò)程中，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)壓力對(duì)零件貼模度的影響。由于不同的液壓力影響零件的貼模度，由圖6所示，當(dāng)內(nèi)壓力達(dá)到71MPa時(shí)，管坯與模具完全貼合，但此時(shí)設(shè)備所需噸位達(dá)到6000噸。在汽車制造領(lǐng)域，常用充液成形壓機(jī)噸位一般為5000噸，若零件成形壓力過(guò)大，則只能一套模具生產(chǎn)一件?？疾靾D中曲線，可知當(dāng)內(nèi)壓力為60至71MPa之間時(shí)，零件與模具間隙小于1mm，雖未完全貼模，但已經(jīng)符合零件技術(shù)要求，此時(shí)所需合模壓力為5460～5780噸，因此，零件最終成形壓力為60MPa。考慮到該模具采用一模一腔設(shè)計(jì)，為節(jié)約成本提高生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)出中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)的管材成型后，再通過(guò)沖裁出兩件產(chǎn)品。3管梁的整形工步管材充液成形工藝適用于汽車管梁零件