反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形仿真及其優(yōu)化.pdf

1、液壓脹形技術(shù)是材料成形中的先進(jìn)制造技術(shù),液壓脹形技術(shù)在航空、航天、汽車行業(yè)的應(yīng)用廣泛,既能滿足零部件強(qiáng)度和剛度的需求,又能有效的降低產(chǎn)品零部件的重量和開發(fā)周期。
　　反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件是一種新型異型截面管件,主要用于汽車前縱梁的加工生產(chǎn),其特殊結(jié)構(gòu)能夠在碰撞過程中吸收更多的能量,比傳統(tǒng)的汽車前縱梁有更好的吸能效果,但是由于其形狀復(fù)雜,傳統(tǒng)焊接技術(shù)不能滿足結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度需要,使用液壓脹形技術(shù)能夠較好的解決反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件的加工問題,整體性

2、強(qiáng),強(qiáng)度和剛度高,耐撞性好,但是液壓脹形后的工件容易出現(xiàn)褶皺、過度減薄、破裂等問題,本文利用響應(yīng)曲面法對反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到最佳減薄率下的最佳工藝參數(shù)組合,解決了反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形過程中的問題,使這種吸能效果良好的薄壁管件的加工使用成為可能。通過本文的研究得到如下結(jié)論:
　　(1)本文總結(jié)了液壓脹形技術(shù)的優(yōu)越性,對反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件的由來和特性進(jìn)行了介紹。反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件是由折紙工程和螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合

3、產(chǎn)生的一種用于能量吸收的結(jié)構(gòu),其良好的吸能效果比傳統(tǒng)的汽車前縱梁具更好。但是傳統(tǒng)焊接技術(shù)不能滿足反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件的要求,液壓脹形技術(shù)能很好的解決成形問題,但是加工過程中容易出現(xiàn)褶皺、過度減薄、破裂等問題。
　　(2)通過有限元數(shù)值模擬對液壓脹形過程進(jìn)行了仿真和分析。數(shù)值模擬建立在有限元基礎(chǔ)之上,管件的液壓脹形過程是主要以塑性變形為主的,材料的變形、減薄、破裂等均和材料塑性變形有關(guān)。使用Ls-dyna有限元軟件對液壓脹形過程進(jìn)行了模

4、擬,得到液壓脹形過程中鼓形管件和反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件的成形仿真過程,針對液壓成形和塑性成形的特點(diǎn),對影響成形質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析,對仿真中出現(xiàn)的厚度分布等問題給予解釋。利用Ls-dyna軟件對液壓脹形過程仿真能夠很好地預(yù)測脹形過程中可能遇到的問題,為研究解決反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件成形問題提供了很好地途徑。但是通過仿真發(fā)現(xiàn)影響管件成形減薄率的因素包括力、加載路徑、摩擦系數(shù)等很多因素,這些因素共同作用影響減薄率的分布。
　　(3)為了獲得目標(biāo)減

5、薄率下的最佳工藝參數(shù)組合,使用響應(yīng)曲面法,以最大減薄率為目標(biāo)函數(shù),以加載力、加載路徑、摩擦系數(shù)等作為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,以厚度變化范圍作為約束條件,經(jīng)過迭代計(jì)算得到最接近目標(biāo)減薄率下的最佳工藝參數(shù)組合,同時通過優(yōu)化計(jì)算得到減薄率、最大和最小厚度的近似計(jì)算公式。以優(yōu)化后的最佳工藝參數(shù)組合作為模型參數(shù),建立新的模型進(jìn)行計(jì)算,經(jīng)過仿真計(jì)算驗(yàn)證,優(yōu)化后的最大減薄率比優(yōu)化前降低了10.258％,對于反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形工藝參數(shù)的確定有重要意

6、義。
　　(4)模具分塊數(shù)目、摩擦系數(shù)和加載路徑影響成形質(zhì)量。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)算得到與成形件質(zhì)量的關(guān)系。模具分塊數(shù)目為6的模型比模具分塊數(shù)目為3的模型減薄率更小,且厚度分布更加均勻。摩擦系數(shù)越小成形件的減薄率越小,但不是摩擦系數(shù)越小越好,摩擦系數(shù)小于0.04時,成形件厚度對摩擦系數(shù)的改變變的很敏感,需要嚴(yán)格控制摩擦系數(shù)的波動,防止厚度分布不均與性加劇。軸向力和液壓力配合完成液壓脹形過程,軸向力作用時間主要在屈曲階段,完成脹形前的材料

7、積累,液壓力主要作用階段在脹形階段和貼模階段,主要完成塑性變形和管坯尖角局部區(qū)域處充分成形。
　　(5)材料塑性成形中普遍存在回彈現(xiàn)象,嚴(yán)重的回彈將導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不精確,甚至產(chǎn)品報(bào)廢。但是由于液壓脹形工藝可有效抑制工件的熱變形和回彈,液壓脹形一般不涉及焊接等熱加工工序,再加上高壓介質(zhì)的校形作用,有效抑制了工件的熱變形和回彈。因此,液壓成形件的尺寸比較精確而且穩(wěn)定。本文通過使用Ls-dyna進(jìn)行回彈計(jì)算,得到反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形的