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液(ye)壓(ya)成形(xing)分析(xi)及結(jie)果評(ping)判

2020.01.07

液壓成(cheng)形過(guo)程複(fu)雜(za)且影響(xiang)液壓成(cheng)形性的(de)因素較多，國内(nei)衆多專(zhuan)家(jia)在液(ye)壓成(cheng)形CAE及缺陷(xian)預測方(fang)面(mian)進行(hang)了深(shen)入的(de)研究(jiu)。韓聰、張偉玮、謝(xie)文才(cai)等通(tong)過施(shi)加不(bu)同的軸向(xiang)壓力(li)及補料量(liang)，研究了(le)液(ye)壓成(cheng)形扭力梁(liang)的起(qi)皺行(hang)為(wei)。郎(lang)利輝(hui)、田鵬(peng)、程鵬(peng)志等(deng)分析了預(yu)成形(xing)模具(ju)形狀(zhuang)和充(chong)液成(cheng)形時(shi)加載路徑(jing)對扭力梁(liang)充液成形(xing)質量的影(ying)響(xiang)，結果表(biao)明：當(dang)預成(cheng)形模(mo)具導向角度過(guo)小時，管坯被擠(ji)壓内(nei)凹(ao)變形時(shi)，圓角部位容易(yi)起皺；導(dao)向(xiang)角度(du)過大時，管坯材料流(liu)向(xiang)凹模困(kun)難，減薄嚴(yan)重；充液成(cheng)形時補料(liao)初始(shi)液(ye)室壓力(li)過大(da)，材(cai)料堆積(ji)在零件(jian)端部起皺嚴(yan)重。

液壓成(cheng)形件(jian)常見(jian)缺陷

液壓(ya)成形(xing)件大(da)都形狀(zhuang)複雜，材(cai)料強度高，在液(ye)壓成形過程中(zhong)變形(xing)複雜(za)，其最(zui)常見的成形缺(que)陷有(you)以下5類：⑴開(kai)裂。金(jin)屬材(cai)料局(ju)部減(jian)薄(bao)超(chao)過其(qi)本身的延(yan)伸極(ji)限時(shi)，制(zhi)件出現(xian)裂縫或暗(an)裂。⑵起皺。液壓成形後(hou)制件仍存(cun)在無(wu)法解(jie)決的皺紋(wen)，起皺(zhou)産生(sheng)的主要原(yuan)因是(shi)管材(cai)周長(zhang)大于(yu)産品(pin)截面(mian)周(zhou)長，但預(yu)成形截面(mian)形狀(zhuang)或内(nei)高壓成形(xing)模具(ju)分(fen)模(mo)設計(ji)不合(he)理(li)也會導(dao)緻起皺的(de)産生(sheng)。⑶回彈(dan)。液壓成形(xing)件形狀複雜，成(cheng)形後(hou)各個(ge)位置(zhi)的殘(can)留(liu)應力不均，應力釋(shi)放後(hou)造成零件變形(xing)，影響(xiang)零件的尺(chi)寸精度。⑷飛(fei)邊。預(yu)成形或(huo)液壓成(cheng)形時，由于(yu)分模(mo)不合理，造成模(mo)具閉合前(qian)材料(liao)被擠(ji)入(ru)分模面(mian)而形成飛(fei)邊，飛(fei)邊不(bu)僅會使零(ling)件成為廢(fei)品，而(er)且會造成模具(ju)損傷，是(shi)一(yi)種非(fei)常嚴(yan)重的(de)缺陷(xian)。⑸不貼模(mo)。液(ye)壓成(cheng)形後(hou)零件表面(mian)與模(mo)具内(nei)腔不貼合，這是(shi)由于(yu)液壓(ya)成形(xing)時壓(ya)力不足(zu)導緻的(de)，主要發生(sheng)在産(chan)品的(de)小(xiao)圓角區(qu)域。

液壓成形CAE分(fen)析設置

一(yi)般零(ling)件液壓(ya)成形工(gong)藝規劃為(wei)：制管(guan)→彎曲成形(xing)→預成形→液壓成(cheng)形+液(ye)壓打(da)孔→激(ji)光切割端頭(tou)+割孔→擴(kuo)口等工藝(yi)，Autoform可以完成(cheng)從(cong)彎(wan)管至(zhi)擴口等所(suo)有工(gong)序的(de)分(fen)析。

管材(cai)設置

液壓(ya)成形(xing)一般(ban)采(cai)用焊管(guan)，管材(cai)是由(you)平闆(pan)通過(guo)輥壓成形(xing)，在接頭部(bu)位采(cai)用高(gao)頻(pin)焊接方(fang)式，由(you)于焊(han)接部位性(xing)能與其他(ta)區域(yu)不(bu)同(tong)，實際(ji)操作時應将焊(han)縫部(bu)位分布在零件(jian)變(bian)形較小(xiao)區域(yu)，焊(han)管(guan)的厚度一(yi)般(ban)為1.5～4.0mm。Autoform提供(gong)了豐富的(de)初始管材(cai)選(xuan)擇方法(fa)，可以選(xuan)擇(ze)初始(shi)為不(bu)帶應(ying)力的(de)直管，或者(zhe)具備初始應(ying)力(li)的彎(wan)管，在此過(guo)程中(zhong)需要注意(yi)的是(shi)Autoform分析(xi)的(de)是管件(jian)中性(xing)層直徑。此(ci)外，Autoform還提供了圓管、方(fang)管及(ji)變徑(jing)管等不(bu)同(tong)管材(cai)類型，用戶可以(yi)根據自身(shen)需要(yao)進行選(xuan)擇(ze)。

工具(ju)體設置

在定義(yi)工具(ju)體(ti)時需要(yao)确定工具(ju)體的(de)類型(xing)，不同(tong)工具(ju)需對應不(bu)同的(de)工具(ju)體類型，圖(tu)1、圖2、圖3所示(shi)分别(bie)為彎管、預成形(xing)及液壓成(cheng)形工(gong)具體(ti)的(de)設置，其(qi)中彎管(guan)成(cheng)形工(gong)具由(you)Autoform軟(ruan)件(jian)根據(ju)彎曲中(zhong)心線自(zi)動生(sheng)成，預成形(xing)及液壓(ya)成(cheng)形工(gong)具體(ti)可以(yi)由軟(ruan)件生(sheng)成或者從外部(bu)導入。

工藝(yi)參數設置(zhi)

彎管成形工藝參數(shu)主要是(shi)彎曲角(jiao)速度(du)、芯(xin)棒(bang)及芯(xin)球數量、摩(mo)擦系數、工(gong)具體間隙(xi)等，這(zhe)些(xie)參數需(xu)要與(yu)現場設計(ji)值保持一(yi)緻，才(cai)能得到(dao)匹配的(de)分析(xi)結果。預成形分(fen)析與沖壓(ya)分析(xi)方法(fa)一緻(zhi)，需要(yao)注意的是(shi)在做扭力梁預(yu)成形分析時，在(zai)V形部位存(cun)在上(shang)下兩層(ceng)闆(pan)料接(jie)觸的問題，此時(shi)需要(yao)設置(zhi)好闆(pan)料接(jie)觸(chu)的參數(shu)。液壓成(cheng)形(xing)主要(yao)是内壓(ya)力(li)、合模(mo)力、水(shui)平缸(gang)運動(dong)參數(shu)，在實(shi)際液壓成(cheng)形過程中(zhong)，液體壓力(li)以及(ji)水平(ping)缸(gang)運動随(sui)時間而(er)變化，而非恒(heng)定值。

CAE分析(xi)結果及評(ping)判

本(ben)文隻說明(ming)Autoform軟件(jian)做液壓成(cheng)形分析時使(shi)用的評(ping)判方(fang)法，具體評(ping)判準(zhun)則(ze)基本與(yu)沖壓分析(xi)評判方法(fa)一緻(zhi)，因此(ci)本文(wen)隻針(zhen)對與沖壓(ya)不一緻的(de)結果進行(hang)說明(ming)，主要(yao)是貼模性(xing)、彎管(guan)過程(cheng)及預(yu)成形(xing)過(guo)程缺陷(xian)的評(ping)價。

貼模性(xing)評判(pan)

對(dui)于(yu)貼模(mo)性的評判(pan)，首先(xian)用到的(de)是(shi)接觸(chu)距離評判(pan)标準(zhun)（Contact Distance Above)，這是一個(ge)最直(zhi)觀的模(mo)拟(ni)結果評判(pan)方(fang)法，根據(ju)産品公(gong)差(cha)要求(qiu)可以(yi)知道液壓(ya)成形後零件與上下(xia)模(mo)之間的(de)距離，如(ru)圖4所示，扭力梁在(zai)過渡(du)區域(yu)存在(zai)的最(zui)大距(ju)離為(wei)2mm，這主(zhu)要是由于産品局部圓角(jiao)過小(xiao)，在内壓力隻有(you)200MPa時無(wu)法(fa)完全脹(zhang)形到位，需(xu)要更大的(de)内壓力才(cai)能脹形(xing)到(dao)位。

彎管分(fen)析結果評(ping)判

對(dui)于底(di)盤零(ling)部件(jian)來說，很多(duo)都采(cai)用(yong)沖(chong)彎的(de)方式(shi)，這種方式(shi)在彎(wan)曲過程中(zhong)會出(chu)現管材壓(ya)癟，如(ru)圖(tu)5所(suo)示，從圖6中(zhong)可以看出(chu)，這是由(you)于管材(cai)在沖(chong)彎(wan)時(shi)隻是(shi)中間(jian)部位(wei)産生(sheng)了變(bian)形，而(er)兩頭(tou)彎曲部(bu)位并未産生(sheng)變形(xing)，因此(ci)需要通(tong)過(guo)優化(hua)工藝(yi)方案，解決(jue)壓彎過(guo)程中出(chu)現的壓癟情況(kuang)。

截面(mian)畸變(bian)分析(xi)

在彎(wan)管分(fen)析時(shi)，除了常見(jian)的由(you)于圓(yuan)角(jiao)半徑過(guo)小導緻的(de)産品(pin)内側(ce)起皺及外(wai)側開(kai)裂(lie)之(zhi)外，還存在(zai)管材的截(jie)面變(bian)形(xing)，特(te)别是(shi)在方(fang)管彎曲時(shi)更容(rong)易(yi)出現此(ci)類問(wen)題，如圖7所(suo)示，該彎管(guan)的彎曲半(ban)徑(jing)為(wei)120mm，頂面(mian)凹陷嚴重(zhong)，通過(guo)調整(zheng)模具間隙(xi)等措施(shi)可以解(jie)決此問題。

咬邊(bian)缺陷分析(xi)

預成(cheng)形時(shi)容易出現(xian)咬邊的情(qing)況，Autoform分(fen)析咬(yao)邊(bian)可(ke)以采(cai)用最大接(jie)觸應力（Max Contact Pressure)來(lai)判斷，最大(da)接觸應(ying)力(li)值較(jiao)周邊(bian)區域明顯(xian)偏大，則(ze)存(cun)在發生咬(yao)邊的風險(xian)，某扭力(li)梁CAE結果(guo)與實際情況的(de)比較(jiao)，如(ru)圖(tu)8、圖9所(suo)示。

進(jin)料狀态分(fen)析

對于預(yu)成形來說(shuo)，最重要的(de)是預(yu)成形後零(ling)件能否達到預(yu)定的形(xing)狀(zhuang)，以便(bian)液壓(ya)成(cheng)形能夠(gou)順利完成(cheng)，最終生産(chan)出(chu)合格的(de)零部件(jian)，如圖10所示。在扭(niu)力梁的(de)預成形(xing)過程中(zhong)，導向(xiang)角(jiao)的角度(du)會導緻預(yu)成形的效(xiao)果出(chu)現偏(pian)差，因此需要合适的(de)導(dao)向角以(yi)滿足扭力(li)梁的(de)進料(liao)狀态，如圖(tu)11所示。

在預(yu)成形過程中可(ke)能存(cun)在起(qi)皺或(huo)者波(bo)紋的(de)狀态(tai)，有時(shi)這種起皺或者波紋(wen)是有益的(de)，可以延(yan)緩(huan)液壓(ya)成形(xing)零件的開(kai)裂，因此在(zai)預成形過程(cheng)中出現(xian)的一些問題，需要通過最終的(de)液壓(ya)成形(xing)結果(guo)來判斷是(shi)否需(xu)要消(xiao)除(chu)。

回(hui)彈結(jie)果評價(jia)

預(yu)成形(xing)及液(ye)壓成(cheng)形後(hou)的回彈結果需(xu)要重點(dian)考慮，特(te)别是(shi)高強鋼零(ling)件預成形後的回彈可(ke)能會導(dao)緻液(ye)壓成(cheng)形合模時出現(xian)咬邊(bian)等現象(xiang)，因(yin)此在彎管(guan)及預(yu)成形(xing)後必(bi)須增加回(hui)彈分(fen)析，判斷零(ling)件是(shi)否(fou)存在問(wen)題。彎(wan)管(guan)後(hou)及液(ye)壓成形後的零(ling)件回(hui)彈狀(zhuang)況如(ru)圖12、圖(tu)13所示。

對于(yu)液壓成(cheng)形管材(cai)來說(shuo)，大部(bu)分都是采(cai)用高頻焊(han)管或者(zhe)激(ji)光焊(han)管，由于拼焊線(xian)位置的材(cai)料性能與零(ling)件(jian)本體(ti)不一緻，因此需(xu)要對拼(pin)焊線的(de)位置進(jin)行(hang)分析，以避(bi)免拼焊線(xian)布置(zhi)在沖(chong)孔或者小圓角等變(bian)形區域(yu)，如(ru)圖14所(suo)示。同(tong)時，如果有(you)拼焊線位(wei)置材(cai)料參(can)數(shu)，也可以(yi)輸入(ru)軟件進行(hang)詳細(xi)分析，判斷(duan)管件是(shi)否(fou)存在開裂(lie)等情(qing)況。

Autoform軟(ruan)件液(ye)壓成形分析的局限(xian)性

随(sui)着電動(dong)車輕量(liang)化的(de)需(xu)求(qiu)，在全(quan)鋁車(che)身上(shang)使用液壓(ya)成形技術(shu)可以提高(gao)車身的抗碰撞等性(xing)能，奧迪(di)A8前(qian)壁闆(pan)橫梁采用的就(jiu)是液壓成(cheng)形，如圖15所(suo)示。由于Autoform的(de)功能主(zhu)要(yao)集中(zhong)在沖壓(ya)方面，而(er)非專(zhuan)門的(de)液壓(ya)成形(xing)分(fen)析軟件(jian)，因此其(qi)無(wu)法完(wan)成“日(ri)”字形等型(xing)材液(ye)壓成形分(fen)析。同時(shi)針對鋁(lü)型材的不等壁(bi)厚，Autoform軟件也(ye)無法(fa)進行有(you)效(xiao)分析(xi)，需要(yao)等(deng)效成相(xiang)同壁厚才行，因(yin)此對(dui)分(fen)析結果(guo)具有(you)一定(ding)損失(shi)。

結論

⑴利用(yong)Autoform軟件(jian)的速(su)度及操作(zuo)便利(li)性，可以快(kuai)速的完成(cheng)從彎(wan)管、預(yu)成(cheng)形(xing)、液壓(ya)成形、激光(guang)切割等各(ge)種分析工(gong)作。

⑵通過(guo)Autoform分析結果，除(chu)了可(ke)以進(jin)行開裂、起(qi)皺、回彈等(deng)結果評判(pan)之外，還(hai)可以進(jin)行管材折彎、截(jie)面畸變(bian)、咬邊缺(que)陷、進(jin)料狀态評(ping)估及拼(pin)焊(han)線位置評(ping)估(gu)。

⑶對(dui)于“日(ri)”字鋁型(xing)材(cai)及不等壁厚鋁型材(cai)，由于(yu)軟(ruan)件(jian)的局限性(xing)，Autoform無法完成(cheng)相應的分(fen)析工作，需(xu)要采(cai)用其(qi)他軟(ruan)件開展此(ci)類零件的分析(xi)工作。

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