液壓成形分析及結果評判
2020.01.07
液壓成形過程複雜且影響液壓成形性的因素較多，國内衆多專家在液壓成形CAE及缺陷預測方面進行了深入的研究。韓聰、張偉玮、謝文才等通過施加不同的軸向壓力及補料量，研究了液壓成形扭力梁的起皺行為。郎利輝、田鵬、程鵬志等分析了預成形模具形狀和充液成形時加載路徑對扭力梁充液成形質量的影響，結果表明：當預成形模具導向角度過小時，管坯被擠壓内凹變形時，圓角部位容易起皺；導向角度過大時，管坯材料流向凹模困難，減薄嚴重；充液成形時補料初始液室壓力過大，材料堆積在零件端部起皺嚴重。
液壓成形件常見缺陷
液壓成形件大都形狀複雜，材料強度高，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開裂。金屬材料局部減薄超過其本身的延伸極限時，制件出現裂縫或暗裂。⑵起皺。液壓成形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周長大于産品截面周長，但預成形截面形狀或内高壓成形模具分模設計不合理也會導緻起皺的産生。⑶回彈。液壓成形件形狀複雜，成形後各個位置的殘留應力不均，應力釋放後造成零件變形，影響零件的尺寸精度。⑷飛邊。預成形或液壓成形時，由于分模不合理，造成模具閉合前材料被擠入分模面而形成飛邊，飛邊不僅會使零件成為廢品，而且會造成模具損傷，是一種非常嚴重的缺陷。⑸不貼模。液壓成形後零件表面與模具内腔不貼合，這是由于液壓成形時壓力不足導緻的，主要發生在産品的小圓角區域。液壓成形CAE分析設置
一般零件液壓成形工藝規劃為：制管→彎曲成形→預成形→液壓成形+液壓打孔→激光切割端頭+割孔→擴口等工藝，Autoform可以完成從彎管至擴口等所有工序的分析。管材設置
液壓成形一般采用焊管，管材是由平闆通過輥壓成形，在接頭部位采用高頻焊接方式，由于焊接部位性能與其他區域不同，實際操作時應将焊縫部位分布在零件變形較小區域，焊管的厚度一般為1.5～4.0mm。Autoform提供了豐富的初始管材選擇方法，可以選擇初始為不帶應力的直管，或者具備初始應力的彎管，在此過程中需要注意的是Autoform分析的是管件中性層直徑。此外，Autoform還提供了圓管、方管及變徑管等不同管材類型，用戶可以根據自身需要進行選擇。工具體設置
在定義工具體時需要确定工具體的類型，不同工具需對應不同的工具體類型，圖1、圖2、圖3所示分别為彎管、預成形及液壓成形工具體的設置，其中彎管成形工具由Autoform軟件根據彎曲中心線自動生成，預成形及液壓成形工具體可以由軟件生成或者從外部導入。工藝參數設置
彎管成形工藝參數主要是彎曲角速度、芯棒及芯球數量、摩擦系數、工具體間隙等，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結果。預成形分析與沖壓分析方法一緻，需要注意的是在做扭力梁預成形分析時，在V形部位存在上下兩層闆料接觸的問題，此時需要設置好闆料接觸的參數。液壓成形主要是内壓力、合模力、水平缸運動參數，在實際液壓成形過程中，液體壓力以及水平缸運動随時間而變化，而非恒定值。CAE分析結果及評判
本文隻說明Autoform軟件做液壓成形分析時使用的評判方法，具體評判準則基本與沖壓分析評判方法一緻，因此本文隻針對與沖壓不一緻的結果進行說明，主要是貼模性、彎管過程及預成形過程缺陷的評價。貼模性評判
對于貼模性的評判，首先用到的是接觸距離評判标準（Contact Distance Above)，這是一個最直觀的模拟結果評判方法，根據産品公差要求可以知道液壓成形後零件與上下模之間的距離，如圖4所示，扭力梁在過渡區域存在的最大距離為2mm，這主要是由于産品局部圓角過小，在内壓力隻有200MPa時無法完全脹形到位，需要更大的内壓力才能脹形到位。彎管分析結果評判
對于底盤零部件來說，很多都采用沖彎的方式，這種方式在彎曲過程中會出現管材壓癟，如圖5所示，從圖6中可以看出，這是由于管材在沖彎時隻是中間部位産生了變形，而兩頭彎曲部位并未産生變形，因此需要通過優化工藝方案，解決壓彎過程中出現的壓癟情況。截面畸變分析
在彎管分析時，除了常見的由于圓角半徑過小導緻的産品内側起皺及外側開裂之外，還存在管材的截面變形，特别是在方管彎曲時更容易出現此類問題，如圖7所示，該彎管的彎曲半徑為120mm，頂面凹陷嚴重，通過調整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分析咬邊可以采用最大接觸應力（Max Contact Pressure)來判斷，最大接觸應力值較周邊區域明顯偏大，則存在發生咬邊的風險，某扭力梁CAE結果與實際情況的比較，如圖8、圖9所示。進料狀态分析
對于預成形來說，最重要的是預成形後零件能否達到預定的形狀，以便液壓成形能夠順利完成，最終生産出合格的零部件，如圖10所示。在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偏差，因此需要合适的導向角以滿足扭力梁的進料狀态，如圖11所示。在預成形過程中可能存在起皺或者波紋的狀态，有時這種起皺或者波紋是有益的，可以延緩液壓成形零件的開裂，因此在預成形過程中出現的一些問題，需要通過最終的液壓成形結果來判斷是否需要消除。回彈結果評價
預成形及液壓成形後的回彈結果需要重點考慮，特别是高強鋼零件預成形後的回彈可能會導緻液壓成形合模時出現咬邊等現象，因此在彎管及預成形後必須增加回彈分析，判斷零件是否存在問題。彎管後及液壓成形後的零件回彈狀況如圖12、圖13所示。對于液壓成形管材來說，大部分都是采用高頻焊管或者激光焊管，由于拼焊線位置的材料性能與零件本體不一緻，因此需要對拼焊線的位置進行分析，以避免拼焊線布置在沖孔或者小圓角等變形區域，如圖14所示。同時，如果有拼焊線位置材料參數，也可以輸入軟件進行詳細分析，判斷管件是否存在開裂等情況。Autoform軟件液壓成形分析的局限性
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性能，奧迪A8前壁闆橫梁采用的就是液壓成形，如圖15所示。由于Autoform的功能主要集中在沖壓方面，而非專門的液壓成形分析軟件，因此其無法完成“日”字形等型材液壓成形分析。同時針對鋁型材的不等壁厚，Autoform軟件也無法進行有效分析，需要等效成相同壁厚才行，因此對分析結果具有一定損失。結論
⑴利用Autoform軟件的速度及操作便利性，可以快速的完成從彎管、預成形、液壓成形、激光切割等各種分析工作。⑵通過Autoform分析結果，除了可以進行開裂、起皺、回彈等結果評判之外，還可以進行管材折彎、截面畸變、咬邊缺陷、進料狀态評估及拼焊線位置評估。⑶對于“日”字鋁型材及不等壁厚鋁型材，由于軟件的局限性，Autoform無法完成相應的分析工作，需要采用其他軟件開展此類零件的分析工作。
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