大截面變化率汽車排氣管的多工步液力成形工藝

摘要: 為解決某乘用車大截面變化率排氣管的整體制造難題，以439 鐵素體不銹鋼管作為研究對象，基于eta /DYNAFORM 建立了包含合模、補(bǔ)料、成形、整形在內(nèi)的液力成形過程的有限元模型。并與實驗相結(jié)合，研究了關(guān)鍵工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響規(guī)律，設(shè)計并優(yōu)化了液力成形加載路徑。結(jié)果表明，加載路徑對排氣管的壁厚分布和減薄率有顯著影響。第1 道次下，經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化后得到了成形壓力、整形壓力、軸向補(bǔ)料位移所組成的加載路徑，所得到的零件最大減薄率為15. 3%。第2道次下，優(yōu)化后的最大減薄率為5. 0%。第3 道次下，優(yōu)化后的最大減薄率為5. 2%，以上3 道次優(yōu)化前的累計最大減薄率為31. 5%，優(yōu)化后的累計最大減薄率為23. 7%，降低幅度為24. 7%。最終通過實驗驗證證實優(yōu)化后的液力成形工藝顯著降低了零件成形開裂風(fēng)險，并獲得了質(zhì)量優(yōu)異的大截面變化率整體汽車排氣管零件。

【作者】岳峰麗，段軼群，徐勇，張士宏，王衛(wèi)星，陸翰，李博

排氣管通常是一種具有復(fù)雜截面結(jié)構(gòu)特征的空心構(gòu)件，具有尾氣催化、隔音降噪等諸多作用，在汽車領(lǐng)域乃至化工、航空航天、機(jī)電等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用［1 － 2］。排氣管的傳統(tǒng)加工方式通常是通過分塊沖壓后再拼焊組合，該工藝存在工序多、效率低、成形質(zhì)量差等問題。液壓成形技術(shù)是一種現(xiàn)代先進(jìn)塑性成形技術(shù)，采用柔性介質(zhì)直接作用于管坯內(nèi)部進(jìn)行成形，屬于軟模成形工藝，可顯著提高零件的成形能力和成形質(zhì)量。通過液壓成形工藝整體成形，可降低生產(chǎn)工序，避免二次操作( 如焊接、連接及裝配) ，減少了零件和模具數(shù)量，實現(xiàn)了更低成本的零件設(shè)計［3 － 6］。20 世紀(jì)90 年代，德國首先將液壓成形技術(shù)引入汽車零部件的制造過程之中，液壓成形工藝因具有輕量化、便捷加工、節(jié)約成本、提高零件的優(yōu)質(zhì)率、降低油耗等特點而被廣泛應(yīng)用于汽車零件的制造領(lǐng)域［7］。然而，排氣管的液壓成形是一個復(fù)雜變截面的脹形過程，在成形壓力等參數(shù)與補(bǔ)料長度控制不當(dāng)?shù)那闆r下，極易出現(xiàn)起皺、破裂、截面畸變等缺陷。近些年一些學(xué)者提出了液力成形技術(shù)，管件液力成形技術(shù)是一種先進(jìn)異型管件制造技術(shù)，不同于液壓成形技術(shù)，液力成形技術(shù)在模具與沖頭的配合作用下為管材提供徑向與軸向壓力，改變管材在成形過程中的應(yīng)力狀態(tài)，且管材內(nèi)的壓力既為管材塑性成形提供了動力，也為沖頭的進(jìn)給提供了支撐力［8］。