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摘要：用内高压成形技术在国内首次成功的试制出全尺寸汽车副车架样件，通过检验设计的尺寸等相关要求，表明非常的合理。并且通过相关的弯曲工艺，避免了局部过度的减弱造成的高压成形的过程中出现开裂。通过采取典型的截面二位数值进行模拟和整体零件三位数值模拟相结合的方法，给出了合理的预先成形的毛坯形状，控制壁厚分布和避免最终成形的时候子安模拟面上的管材被压出。通过该零件研制，基本掌握用内高压成形制造副车架的关键技术。
关键词： 汽车 前副车架 内高压成形 工艺研究
引言：副车架是轿车底盘前桥的一个重要零件，其形状大多都是成U字形结构，作为发动机，变速箱的支承构建，因为受力复杂，为了减轻重量，通常设计为不同形状和尺寸的空心截面，因此成形加工难度非常的大。新型的汽车内高压成形技术制造副车架，主要的工艺过程就是先将管材预弯成与零件形状接近的几何形状，经过预成形，将管坯放到终成形膜中，通过高压液体加压使管材产生的塑性变成为所需的零件。用内高压成形技术一次整体制造具有多种空心截面形状，空间曲线轴线的副车架，由于无连接法兰边，截面形状封闭，大大提高了零件的刚度和强度，并且零件和模具数量较少，节约材料，减轻重量，降低成本。本文针对内高压成形机理，工艺和设备关键技术研究。针对副车架类零件的结构特点，重点开展了矩形和异形空心截面零件内高压成形工艺的研究，并且在这个基础上，开展了副车架内高压成形关键技术的研究。
1.零件、材料和设备
1.1零件
图一是为试制的轿车副车架零件，是一个轴线为空间曲线的空心变截面结构件，截面沿轴线变化大，具有十八个不同形状和尺寸的截面形状，典型截面有矩形，梯形等不同形式。
图一 副车架零件图
（a）零件尺寸 （b）典型截面
1.2管材
管材规格：直径为63mm，壁厚2.5mm，材料为20号钢。实际测量最大外径为63.26mm，最小壁厚为2.445mm，最大壁厚为2.685mm，偏差最大值为0.226mm。材料的屈服强度为360MPa，抗拉强度为500MPa，延伸率为25%，K=637MPa，n=0.2。
1.3设备和模具
管材弯曲是在数控弯管机上进行的，并且内高压成形的实验是在合模压力机上进行的，并且这个合模压力机的高压源具有400MPa的高压源。模具主要有弯曲模，预成形模和内高压成形模。弯曲模包括压块，夹块，回转弯曲模，芯棒和托快等几个重要的部分组成。预成形模需要实现模块水平和垂直移动的复杂运动，将管坯不同区域加工成预先设计形状。内高压成形模就是在保证零件的最终形状和尺寸，所以，具有非常复杂的结构，设计主要就需要考虑分模结构，角部结构和管端送料区密封形式等等。
2.副车架内高压成形的工艺过程
副车架的内高压成形工艺过程一般包括：CNC弯曲，预成形，内高压成形，液压冲孔和端部切割等主要工序。
2.1CNC弯曲
弯曲工序是将管材弯曲到轴线与零件的轴线形状相同或者相近。因为副车架零件轴线都是为复杂空间曲线，为了保证弯曲的精度，需要采用CNC弯曲，弯曲工艺的关键问题是控制外侧减薄和内侧起皱，同时还要掌握回弹量控制。外侧减薄主要通过在绕弯的同时在轴向加上推力抑制轴向拉伸变形防止多度减薄。如果外壁减薄严重在较低压力下就会导致角部来了，导致整个零件都没有办法成形。
2.2预成形
如果零件的横截面比较简单，预弯以后可以直接进行内高压成形。对于形状和尺寸相差较大的复杂截面零件，很难直接通过内高压成形获得最终的零件，一般需要预成形工序。预成形是内高压成形工艺中最关键工序，预成形管坯形状是否合理直接关系到零件的形状和尺寸的进度以及壁厚分布。
预成形不仅要解决将管材顺利放到终成形模中的问题，更重要的是通过合理截面形状预先分配材料，以控制厚壁分布、降低成形压力，并且还要避免终成形合模时在分模面处发生咬边形成飞边。因为零件的不同部位截面形状不同，需要的预成形截面形状也不同，因此预成形设计非常的困难，现阶段还没有建立相关的设计准则。本文提出的方法主要就是针对典型的截面采用二维数值模拟方法，设计不同截面预成形坯形状，根据典型截面结果集合成三维预成形坯形状，然后进行三维全尺寸零件内高压成形数值模拟，在通过工艺试验调整预成形坯形状。
2.3内高压成形
预成形管坯在终成形模具当中，通过冲头引入高压液体加压，使管坯产生塑性变形成形为所设计的零件。在内高压成形过程中，如果预成形坯形状不够合理，减薄主要发生在圆角与直边过渡区域，导致了最小壁厚不能够满足设计的要求。甚至会出现开裂的现象。最终成形压力主要决定于截面过渡圆角半径和材料性能，可以采用在平面应变条件下推导公式估算：
图二 副车架内高压成形件
零件壁厚分布式内高压成形件的一个重要指标。零件直段部分的壁厚分布比较的均匀，平均减薄率在百分之五左右。但是在拐角的地方，因为弯曲导致了拐角外侧的壁厚减薄而内侧增厚，内高压成形件最小壁厚位于零件的拐角外侧，数值为2.11mm，最大壁厚位于拐角段内侧，最大值为2.90mm。
结束语： 汽车副车架是一个轴线为空间曲线的复杂空心变截面结构件，主要工序为弯曲，预成形和内高压成形。弯曲的工艺的关键问题就是控制外侧的过度减薄和内侧起皱，同时控制回弹量，从而确保零件的进度。预成形是内高压成形工艺中最为关键的工序，主要解决将管材顺利放到终成形模中，然后通过合理截面形状预先分配材料控制壁厚分布，降低成形压力和避免终成形合模时在分模面处形成飞边。用内高压成形技术在国内首次成功的研究出了全尺寸汽车副车架样件，并且通过相关的检验和检测尺寸满足设计的要求，通过这个零件的研究制造，基本上是掌握 内高压成型技术制造副车架的关键技术，并且为我国采用内高压成形技术制造汽车结构件进行了相关的探索。
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论文作者:张洋,张岐
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/4
标签：高压论文; 车架论文; 零件论文; 截面论文; 形状论文; 弯曲论文; 工艺论文; 《防护工程》2018年第22期论文;