液壓成(chéng)形(xíng)分析(xī)及結(jié)果評判
2020.01.07
液壓成形過程複雜且影響液壓成形性的因素(sù)較多，國内衆多(duō)專家在液壓成形CAE及缺陷預測方面進行了深入的研究。韓聰、張偉玮、謝文才等通過(guò)施加不同的(de)軸向壓力(lì)及補料量，研究了液壓成形扭(niǔ)力梁的起皺行為。郎利輝、田鵬、程鵬志等分析了預成形模(mó)具形狀和充液成形時加載路徑對扭力梁充液(yè)成形(xíng)質量的影響，結果(guǒ)表明：當預成形模(mó)具導向角度過小(xiǎo)時，管坯被擠壓内(nèi)凹變形時，圓角部(bù)位容易起皺；導向角度過大時，管坯材料(liào)流向凹模困難，減薄嚴重；充液成形時補料初始(shǐ)液室壓力過大，材(cái)料堆積在零件端部起皺嚴重。
液壓成形件常見缺陷(xiàn)
液壓成形件大都形狀複雜，材料(liào)強度高，在液壓成形過程中變形複雜，其最常見的成形缺陷有以下5類：⑴開(kāi)裂。金屬材料局部減薄超過其本身(shēn)的(de)延伸極限時，制件出現裂縫或暗(àn)裂。⑵起皺。液壓成形(xíng)後制件仍存在無法解決的皺紋，起皺産生的主要原因是管材(cái)周長大于産品截(jié)面(miàn)周長，但預成形截面形狀或内高壓成形(xíng)模具分模設計不合理也會導緻起皺的(de)産生。⑶回彈。液壓(yā)成形件形狀複雜，成形後各個位(wèi)置的殘留應力不均，應力釋放後造成零件(jiàn)變形，影響(xiǎng)零件的尺寸精度。⑷飛(fēi)邊。預成形(xíng)或液壓成(chéng)形時，由于分模不合理，造成模具閉合(hé)前材料被擠入分模面(miàn)而形(xíng)成飛邊，飛邊不僅(jǐn)會使(shǐ)零件成為廢(fèi)品，而且會造成模具損傷，是一種非(fēi)常嚴重的缺陷。⑸不貼模。液壓成形後(hòu)零件表面與模具内腔不貼合，這是由于液壓成形時壓力不(bú)足導緻的(de)，主要發生在産品的小圓角(jiǎo)區域。液(yè)壓成(chéng)形CAE分析設置
一般零件液壓成(chéng)形工藝規劃為：制(zhì)管→彎曲(qǔ)成形→預成(chéng)形→液(yè)壓成形+液壓打孔→激光切割端頭+割孔→擴口等工(gōng)藝，Autoform可以完成從彎(wān)管(guǎn)至擴口(kǒu)等所有工序的(de)分析(xī)。管材設置
液壓(yā)成形一般采用焊管(guǎn)，管材是由平闆通過輥壓成形，在接(jiē)頭部(bù)位采用高頻焊接方式，由于焊接部位性(xìng)能與其他區域不同，實際操作(zuò)時應将焊縫部位(wèi)分(fèn)布在零件變形較小區域，焊管的厚度一(yī)般為1.5～4.0mm。Autoform提供(gòng)了豐富的初始管材選擇方法，可以(yǐ)選擇初始為不帶應力的直管，或者具備初始應力的彎管，在此過程(chéng)中需要注意的是Autoform分析(xī)的是管件中性(xìng)層直徑。此外，Autoform還提供了圓管、方管及(jí)變徑管等不同(tóng)管材類型，用戶可以根據自身需要進行選擇。工具體設置
在定義工具體(tǐ)時需要确定工具體的類型，不同工具需對(duì)應不同的工具(jù)體類(lèi)型，圖1、圖2、圖3所示分别為彎(wān)管、預成形及液壓成形工具體的設置，其中彎管成(chéng)形工具由Autoform軟件根(gēn)據彎曲中心線自動生(shēng)成，預成形及液(yè)壓成形工具體可以由軟件生成或(huò)者從外部導入。工藝參數設置(zhì)
彎管(guǎn)成形工藝參數主要是彎(wān)曲角速度、芯棒及芯球數量、摩(mó)擦系數、工具體(tǐ)間隙等，這些參數需要與現場設計值保持一緻，才能得到匹配的分析(xī)結果。預成形(xíng)分析與沖壓分析方法(fǎ)一緻，需要注意的(de)是在做扭力梁(liáng)預(yù)成形(xíng)分析時，在V形(xíng)部位存(cún)在上下兩(liǎng)層闆(pǎn)料接觸的問題，此時需要設置好闆料接觸的參(cān)數。液壓成形主要是内壓力、合模力、水(shuǐ)平缸運動參數，在實際液壓成(chéng)形過程中，液體壓力以及水平缸運動随時間而變(biàn)化，而非恒定值。CAE分析結果及評判
本文隻說明Autoform軟件做液壓成(chéng)形分析時使用的評(píng)判(pàn)方法，具體評判準則基本與(yǔ)沖壓分析(xī)評判方法一緻，因此本文(wén)隻針對與沖壓不一緻的結果進行(háng)說明，主要是貼模性、彎管過程(chéng)及預成形(xíng)過程(chéng)缺陷的評價。貼模性評判
對于貼模性的評判，首先用到的是接觸(chù)距離評判标(biāo)準（Contact Distance Above)，這是一個最直(zhí)觀的模拟結果評判(pàn)方法，根據産品(pǐn)公差要求可以知道液壓成形(xíng)後零件與上下(xià)模之間的距離，如圖4所示(shì)，扭力梁在過渡區域存在的最大距(jù)離為2mm，這主要是由于産品局部圓角過小，在内壓力隻有200MPa時無法(fǎ)完全脹形到位，需要更大的(de)内壓力(lì)才能脹(zhàng)形到位。彎管分析結果評判
對于底盤零部件(jiàn)來說，很多都采用沖彎的(de)方式，這種方式在彎曲過(guò)程中會出現管材壓癟，如圖(tú)5所示，從圖6中可以看出(chū)，這是由于管材在沖彎時隻(zhī)是中間部位産生了(le)變形，而兩頭彎曲(qǔ)部位并未産生變形，因此需要(yào)通過優化工藝方案，解決壓彎過程中出(chū)現的(de)壓(yā)癟情況(kuàng)。截面畸變分析
在彎(wān)管分析時，除了常(cháng)見的由于圓角半徑過小導緻的産品内側起皺及外(wài)側開裂之外，還存在管材的截面變(biàn)形，特别是在方(fāng)管彎曲時更容易出現此類問(wèn)題，如圖7所(suǒ)示，該彎管的彎曲半(bàn)徑為120mm，頂面凹陷嚴重(zhòng)，通過調整(zhěng)模具間隙等措施可以解決此問題。咬邊缺陷分析
預成形時容易出現咬邊的情況，Autoform分析咬(yǎo)邊可以采用最大接觸應力（Max Contact Pressure)來(lái)判斷，最大接觸應力值(zhí)較周邊區域明顯偏大，則存(cún)在發(fā)生咬邊的風(fēng)險，某扭力梁CAE結果與實際情況的(de)比較，如圖8、圖9所示。進料狀(zhuàng)态分析
對于預成形來說，最重要的(de)是預成形後零件能(néng)否達到預定的形狀，以便液壓成形能夠順利完成(chéng)，最終生産出合格(gé)的零部件，如圖10所(suǒ)示。在(zài)扭力梁的預成形過程中，導向角的角度會導緻預成形的效果出現(xiàn)偏差，因此需要合适的導向角以(yǐ)滿足扭力(lì)梁的(de)進料狀态，如圖11所示。在預成形過程中可能存在起皺或者波紋的(de)狀态，有(yǒu)時這種起皺或者(zhě)波紋是有益的，可(kě)以延緩液壓成形(xíng)零件的開裂，因此在預成形過程中出現的一些問題(tí)，需要通過最終的液壓成形結果來判(pàn)斷是否需要消除。回彈結果評(píng)價(jià)
預成形及液壓成形後的回彈結果需要重(zhòng)點考慮，特别是高強鋼零件預(yù)成形後的回彈(dàn)可能會導緻液壓成形合模時出現咬邊等現象，因(yīn)此在彎管及預成形(xíng)後必須增加回彈分析，判斷零件是否存在問題。彎(wān)管後及液壓成形後的零件回彈狀況(kuàng)如圖12、圖13所示。對于(yú)液壓成形管材(cái)來說，大部分都是采用(yòng)高頻焊管或者激(jī)光焊管，由于拼焊(hàn)線位置的材料性能與零件本體不一緻，因此需要(yào)對拼焊線的位置進行分析，以避免(miǎn)拼焊線布置在沖孔或者小(xiǎo)圓角等變(biàn)形區域，如圖14所(suǒ)示。同時，如果有拼焊(hàn)線位置材料參數，也可以(yǐ)輸入軟件進行詳細分析(xī)，判斷管件是否存在開裂等情況。Autoform軟(ruǎn)件液壓成形分析的局限性(xìng)
随着電動車輕量化的需求，在全鋁車身上使用液壓成形技術可以提高車身的抗碰撞等(děng)性能(néng)，奧迪A8前壁闆橫梁采用的就是液壓成形，如圖15所示。由(yóu)于Autoform的功能主要(yào)集中在沖壓方面(miàn)，而(ér)非專門的液壓成形(xíng)分析軟件，因此(cǐ)其無法完成“日(rì)”字形等型材液壓成形分析。同時針對鋁型(xíng)材的(de)不等壁(bì)厚，Autoform軟件也無法進行有效分析，需要等效成相同壁(bì)厚(hòu)才行，因此對分析結果具有一定損(sǔn)失。結論(lùn)
⑴利用Autoform軟件(jiàn)的速度及操作便利(lì)性，可以快速的完成從彎管、預成形、液(yè)壓(yā)成形、激光(guāng)切割等各(gè)種分析(xī)工作。⑵通過Autoform分析(xī)結果，除了可以進行開裂、起皺、回彈等結果評(píng)判之外，還可以進行管(guǎn)材折彎、截面畸變、咬邊(biān)缺陷、進料狀态評(píng)估及拼焊線位置評估。⑶對于“日”字鋁(lǚ)型材及不等壁厚鋁型(xíng)材，由于軟件的局限性，Autoform無法完成相應的分析工作，需(xū)要采用其他軟件開(kāi)展此類零(líng)件的分析工作。
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