导读：本文描述了用三维建模和有限元仿真软件仿照横梁成形的过程， 通过仿照现场参数，重现现场起皱问题，剖析问题所在，再通过预成形型面和整体工艺的优化，仿照出合格的成形结果。末了在现实中用优化的工艺，试验做出了合格的零件。本文对繁芜管式零件充液成形肃清起皱征象具有一定的借鉴意义。
液压成形技能是塑性加工领域的一项成形新技能，个中管材内高压成形由于能供应构造轻量化的零件，是近年来塑性成形的一个亮点，所成形的材料已由低碳钢管扩展到不锈钢管和铝合金管及镁合金管，已经广泛运用于汽车零件和航空航天用零件的制造。内高压成形的根本理论、工艺和设备的研究，已经在轿车关键零件的批量生产和国防型号主要零件的研制中得到实际运用。随着汽车、航空、航天和机器行业对构造整体化和轻量化的需求越来越高。近十年来，液压成形技能尤其是内高压成形技能在我国得到迅速发展，逐渐成为工业生产中制造繁芜异形截面轻体构件的一种前辈成形技能。在汽车构造轻量化中，采取轻质材料减重的贡献大约为 1/3，构造减重的贡献大约为 2/3。当材料一定时， 减重的紧张方法是设计合理的轻体构造。对付承受弯扭载荷为主的构造，采取空心变截面构件，既可以减轻质量又可以充分利用材料的强度。
汽车底盘车架一样平常由纵梁和横梁组成。横梁是汽车半独立悬挂中的一个主要组成部分，其构造大略，占用空间较小，多用于先驱轿车的后悬挂系统。个中横梁不仅用来担保车架的旋转刚度和承受纵向载荷， 而且还可以支撑汽车上的紧张部件。某汽车零部件厂在生产汽车横梁（图1）时，采取管材预压预成形， 终压终成形的工艺办法（图 2），但在预成形阶段， 由于型面要从中间的深 V 凹陷过渡到上表面平面，预压时型面平面区域会被深 V 凹陷部分带料，也变成凹陷形状，而这凹陷在终成形内高压胀形中，多余的料无处可去，堆积形成皱褶，如图 3 所示。
根据现场情形制订出了优化方案：仿照现场情形→与现场实物比拟→优化预成形型面→现场做零件验证优化工艺→比拟总结。
图 1 数模形状
图 2 工艺路线
图 3 现场问题
按现场工艺用有限元软件仿照首先利用三维建模软件提取出现场预成形、终成形模具的型面，导入有限元仿真软件，再把现场正在用的工艺参数设置导入到有限元仿真软件里，经由打算机仿照预成形、终成形，打算得涌现场型面和工艺下的零件仿照结果如图4 所示。
图 4 型面仿照结果
通过比较仿照结果和实际做出来零件，可以看出在零件端头V 形面与平面过渡的地方都有起皱征象， 仿照贴模度为 2.2mm，实际零件贴模度为 3.1mm。以是有限元仿真软件仿照的准确度还是比较高的，用它仿照出来的结果还是比较可信的。
剖析并提出优化方案经由仔细剖析仿照成形的过程，创造问题的关键出在预成形阶段。预成形阶段形成的起皱是一个去世皱， 在第二序有限的内高压胀形力下，很难达到预期的平面。零件端头 V形面与平面过渡的地方起皱紧张是由于凸模下行时，V 形面先打仗管料，此时未打仗的部分也由于带料的缘故原由，向管内凹陷，但此时凹陷不是很多，仅仅是凹陷了很有限的一小段，而且凹陷的曲率比较大。随着凸模连续下行，端头的平面部分也开始打仗管料，全体凸模长度上都有地方浸染在管料上，此时之前凹陷的管端彻底没有了支撑，直接凹陷下去，一贯到管端。
并且在凸模平面没有打仗到管料之前，虽有带料凹陷，但凹陷不是很严重，可以在终成形的内高压下胀成平面。此时之以是凹陷不是很严重，是由于管端平面还没有打仗到管料，管端圆形的构造对凸模V 形部分的带料有一个很好的支撑效果，一定程度上抑制了凹陷的进一步扩展。而端头平面开始打仗管料往后，这个支撑效果消逝，多余的料只能堆积起来， 形成一个连续到管真个大皱，皱的线长度比平面的线长度长太多，意味着此处预成形堆积了比终成形多很多的料，终成形无法把这些料流到其他地方，终极形成皱。
综上剖析，提出理解决问题的详细方案：
⑴在预成形阶段用支撑效果刚好的圆截面代替支撑效果很差的方截面；
⑵减少V 形带料区的长度，增加对面圆截面的长度，中间用平顺调皮过渡作为二序压料的避空区， 如图5 所示。
图 5 预成形型面图
下面通过软件仿照，仿照零件成形优化结果。
预成形
预成形型面是一个中间态型面，以是可以根据成形需求进行变动和优化。根据上面提出的优化方案，建立数值仿照模型如图 6 所示。
图 6 数值仿照模型
⑴工艺参数。
如图 7 所示，预成形工艺参数包括模具的摩擦系数，上模的位移和速率等。模具的摩擦系数是影响材料在模具内流料的主要参数，材料的流念头能又直接关系到零件成形的减薄与增厚，会导致零件的分裂与起皱等不良征象。汽车横梁是一种大批量生产的零件， 给模具做润滑方法会影响整条生产线的节拍和效率，以是此处仿真仿照不考虑在模具与零件之间做润滑方法，根据履历值， 取模具的摩擦系数为 0.125；上模位移即高下模的开口度，以不影响进料和取件为宜，取 150mm；上模下行速率为1000mm/s。
图 7 仿照参数设置
⑵仿照结果。
如图 8、图 9 所示，从第一序仿照结果来看，管端用圆形管支撑， 成功避免了过多带料问题，最大减薄 10.5%，在 V 形管与斜坡的交界处，没有分裂征象。最大增厚13.2%，在斜坡的中段，是斜坡压料段和斜坡避空段的交界处，无起皱征象。
图 8 减薄云图
图 9 FLD 成形图
终成形
如图10 所示，终成形型面用零件数模的型面，高下合模再充液胀形。
零件数模的型面，先高下合模再充液胀形。
零件数模的型面，先高下合模再充液胀形。
图 10 终成形数值仿照
⑴工艺参数。
如图 11、12 所示，终成形工艺参数包括模具的摩擦系数、上模位移、合模速率、液室压力变革曲线等，下面紧张阐述最大液室压力的打算。
图 11 仿照参数设置
图 12 液体压力匹配设置
充液胀形过程中最大液室压力的确定直接关系到零件的成形情形，如贴模度、避免起皱等，也直接影响所用设备吨位的确定，是仿真仿照首先须要设定的工艺参数。零件成形液室压力 P 的初步设定可按公式(1) 打算：P=(t/r）σs，个中，t 为零件材料厚度，本件为 3.5mm；r为零件最小圆角半径，本件最小圆角半径在零件中间耳朵处，为 10.8mm；σs 为零件材料屈从强度，SHLA550 屈从强度为550MPa；打算所需胀形液室压力为178MPa，选取 180 MPa 进行仿真仿照。
⑵仿照结果。
如图 13、图 14 所示，第二序管端圆管压平，胀形结果显示没有分裂和起皱的征象， 贴模度很好。技能难点管端平面没有凹陷，平面与 V 形交卸的地方过渡完美。
图 13 减薄云图
图 14 FLD 成形图
试验验证试验机床：800t 单动预成形压机、5000t 单双两用充液成形终成形压机。
试验地点：某汽车零部件生产线。
从图 15 中可以直不雅观的看出来，经由工艺优化，零件成形状态与数值仿照状态同等，即改变了预成形型面，改进了管料的流动情形，成功地办理了管端定位平面起皱的问题，担保了零件定位平面的平面度，从而担保了该扭力梁零件的整体质量，为后续装置扫清了障碍。
图 15 优化前后终极零件比拟图
结论
⑴异形截面管的成形可以通过中间序，掌握坯料流动方向。
⑵通过改变预成形模具型面，成功地改进了管坯的变形流料方向，在成形极度困难的情形下， 避免预成形阶段管坯上去世皱的产生，在终成形阶段得到合格零件， 并稳定生产。为汽车底盘横梁成形供应了新思路和切实可行的新工艺。
——文章来自《铸造与冲压》2019年第12期