液壓成形分析及結(Jie)果評判-液壓系統＿液壓油[You]缸＿氣動元件＿液[Ye]壓系統廠家

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液壓成形分析及結果評(Ping)判[Pan]

2020.01.07

液壓成形過程[Cheng]複(Fu)雜且[Qie]影(Ying)響液壓成形(Xing)性的因素較[Jiao]多(Duo)，國内(Nei)衆多專家在液壓成形CAE及缺陷(Xian)預測方面進行了深入的研究(Jiu)。韓聰、張[Zhang]偉[Wei]玮、謝文才(Cai)等通過施加不同的(De)軸向(Xiang)壓力及補料量，研究了液(Ye)壓成形扭[Niu]力梁的起(Qi)皺行為。郎利輝、田[Tian]鵬、程鵬(Peng)志等(Deng)分析了預[Yu]成形模具形狀和充液成形時加載路徑對扭力梁充[Chong]液成形質量的影響，結[Jie]果表明：當預成(Cheng)形模具導向角度過[Guo]小時，管[Guan]坯被擠壓内凹變(Bian)形時[Shi]，圓角部位容易起皺；導向(Xiang)角度[Du]過大時[Shi]，管坯材料流向凹模困難(Nan)，減薄嚴重；充液成形時補料初始液室(Shi)壓力過大(Da)，材料[Liao]堆積在零件端(Duan)部起皺嚴重。

液[Ye]壓成形件常見(Jian)缺(Que)陷

液壓成形(Xing)件大都形狀(Zhuang)複雜，材料強度高[Gao]，在液壓成形過程中變形複雜，其最常見的成[Cheng]形缺陷有以下5類：⑴開裂。金(Jin)屬材料局部[Bu]減薄超過其本身的延伸極限時，制件(Jian)出現裂縫或暗裂。⑵起皺。液[Ye]壓成[Cheng]形後制(Zhi)件仍存(Cun)在無[Wu]法解決的[De]皺紋，起皺産生的主要原因是[Shi]管材周長大于産品截面周長，但預[Yu]成形截面形狀或(Huo)内[Nei]高壓(Ya)成形模具分模(Mo)設計不合理[Li]也會導緻起皺的[De]産生。⑶回彈[Dan]。液壓成形件形狀複[Fu]雜，成(Cheng)形後各個位置的殘[Can]留應(Ying)力不均(Jun)，應力釋[Shi]放後造成零件(Jian)變形，影響零件(Jian)的尺寸精度。⑷飛(Fei)邊[Bian]。預成形或液壓成[Cheng]形時，由于(Yu)分模不合理，造(Zao)成[Cheng]模具閉(Bi)合前[Qian]材料被擠入分模面而形成飛(Fei)邊，飛邊不僅會使零(Ling)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[Mo]。液壓成形後零件[Jian]表面與模具内[Nei]腔不貼合，這是由于液壓[Ya]成形時壓力不足導[Dao]緻的，主要(Yao)發生在産品的小圓[Yuan]角區[Qu]域。

液壓(Ya)成形CAE分析設置

一般零件液壓成(Cheng)形工[Gong]藝規劃為：制管(Guan)→彎(Wan)曲成形[Xing]→預成形→液壓成形+液壓打孔(Kong)→激光切割端頭+割孔→擴口等工藝，Autoform可[Ke]以完成從彎管至[Zhi]擴口等[Deng]所有工序的分析。

管材設置

液壓成形(Xing)一般采(Cai)用焊管，管材是由[You]平闆通過輥(Gun)壓成(Cheng)形，在接[Jie]頭部位采用[Yong]高(Gao)頻焊接方式，由于焊接(Jie)部位性能與[Yu]其他區域不[Bu]同，實際操作時應[Ying]将焊縫部位分(Fen)布在零件變形(Xing)較小區域，焊管[Guan]的厚度一般為1.5～4.0mm。Autoform提供了豐富的初始管[Guan]材選擇方法(Fa)，可以選擇(Ze)初始為不帶應[Ying]力的直管，或(Huo)者具備[Bei]初始應力(Li)的彎管[Guan]，在此過程中需要(Yao)注意(Yi)的是Autoform分析的是[Shi]管件中性層直[Zhi]徑。此外，Autoform還[Hai]提供(Gong)了圓管、方管及[Ji]變徑管等不同管[Guan]材類型，用戶可以[Yi]根據[Ju]自身需要進行選擇。

工具體設置

在(Zai)定義工具體時需要确定工具體的(De)類型，不[Bu]同工具需對應不同的工(Gong)具(Ju)體類型，圖1、圖2、圖3所示分别為彎[Wan]管、預(Yu)成形及液壓[Ya]成形工具體的設置，其(Qi)中彎管成形工具由Autoform軟件根據彎曲中心(Xin)線自動生成，預成形及液壓成[Cheng]形工具體(Ti)可以由軟件生成或[Huo]者從(Cong)外部導入(Ru)。

工藝參[Can]數設置

彎管成形(Xing)工藝[Yi]參數主要是彎(Wan)曲角速度、芯棒(Bang)及[Ji]芯[Xin]球數量、摩擦系數、工具體間隙等，這些參數需要(Yao)與現場設計[Ji]值保(Bao)持一緻，才能得(De)到匹(Pi)配的分析結果(Guo)。預成形分析與沖[Chong]壓(Ya)分析方法一緻，需要[Yao]注意的是在(Zai)做扭力[Li]梁預成形分析[Xi]時，在V形部位存[Cun]在上下兩層闆(Pan)料接[Jie]觸的問題[Ti]，此時需要設置[Zhi]好闆[Pan]料接觸(Chu)的參數。液壓成形主要是内壓力(Li)、合模力、水平缸運動參數，在實(Shi)際液壓成形過程中，液體(Ti)壓力(Li)以及水[Shui]平缸運動随(Sui)時間而變化，而非恒定值。

CAE分析結果及評(Ping)判

本文隻說明Autoform軟件做液壓成(Cheng)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[Fa]一[Yi]緻，因此(Ci)本文隻針(Zhen)對與沖壓不一緻[Zhi]的結果進行說明[Ming]，主要是貼模性、彎管過程及預[Yu]成形過程缺[Que]陷(Xian)的評價。

貼模性評判

對于[Yu]貼模性的[De]評判(Pan)，首先用到的是接觸距離評判[Pan]标準（Contact Distance Above)，這是(Shi)一個[Ge]最直觀的(De)模[Mo]拟[Ni]結果評判方法，根據[Ju]産品公差(Cha)要求可以知道液[Ye]壓成形後零[Ling]件與上下模[Mo]之間的距離，如圖4所示，扭(Niu)力(Li)梁在過渡區域存在(Zai)的[De]最大距離為[Wei]2mm，這主[Zhu]要是由于(Yu)産(Chan)品局部圓角過小，在[Zai]内壓力隻有200MPa時無法完全脹(Zhang)形到位，需[Xu]要更大的内(Nei)壓(Ya)力才能脹形到位。

彎管分析結果(Guo)評(Ping)判

對于底(Di)盤零部件來說[Shuo]，很多都采用(Yong)沖彎的方式，這種[Zhong]方式在彎曲過程中會出現管材[Cai]壓癟，如圖5所(Suo)示(Shi)，從圖6中可以看出，這是由于管材在沖彎時(Shi)隻是[Shi]中間部位産生了變形，而[Er]兩頭彎曲部位(Wei)并未産生[Sheng]變形[Xing]，因[Yin]此需要通過優化工藝方案，解(Jie)決壓彎過程中出現的[De]壓癟[Bie]情況。

截面畸變(Bian)分析

在彎管分[Fen]析時，除了常見(Jian)的由于圓(Yuan)角半(Ban)徑過小導緻的産品内[Nei]側起皺及外側開[Kai]裂之外，還存在管[Guan]材的截面變形，特[Te]别是在方管[Guan]彎曲時[Shi]更容易出現此類問題，如圖7所示，該彎管的彎曲半[Ban]徑為120mm，頂面凹陷嚴[Yan]重，通過調整模具間隙等措施可以解決此問題[Ti]。

咬(Yao)邊[Bian]缺陷分析[Xi]

預成形時容易出現咬邊的情[Qing]況，Autoform分析咬邊可(Ke)以采[Cai]用最大接觸應力（Max Contact Pressure)來判斷(Duan)，最大接觸應力值較[Jiao]周邊區域[Yu]明顯[Xian]偏(Pian)大，則存在發生咬邊的風險，某扭力梁[Liang]CAE結果與實際情況的比較，如圖8、圖9所示。

進料狀态分(Fen)析

對于預成形來說，最重要的是預成(Cheng)形後零件能[Neng]否達到預定的形狀(Zhuang)，以便液壓成形能夠順利完成[Cheng]，最終[Zhong]生産出[Chu]合格的零部[Bu]件，如圖10所示。在扭力梁的預成形(Xing)過程[Cheng]中，導向角的(De)角度會導緻預[Yu]成(Cheng)形的效果出現偏(Pian)差，因此需要合[He]适[Shi]的導向角以滿足扭力(Li)梁的進料狀态，如圖11所示(Shi)。

在預成形過(Guo)程(Cheng)中可能存在起皺或者波紋的狀态[Tai]，有時這種起皺或者波紋[Wen]是有益的，可以延緩液壓成形零件的開(Kai)裂，因此在(Zai)預成形過程中出現的一些問題，需要通過最終的[De]液壓成形結(Jie)果來判[Pan]斷是(Shi)否需要消除。

回(Hui)彈結果評價

預成形及液壓成形後(Hou)的回彈結[Jie]果需要重點考慮，特别是高強鋼零件預成(Cheng)形後的回彈可能會導緻液壓成形合模時出現(Xian)咬邊(Bian)等現象，因此在彎[Wan]管及預[Yu]成形後必須增加回彈分析(Xi)，判斷(Duan)零件是否存(Cun)在問題。彎[Wan]管後(Hou)及液壓成形後的零[Ling]件回彈狀(Zhuang)況如(Ru)圖12、圖13所示。

對(Dui)于液壓成形管材來說，大(Da)部分都是采用高頻焊管[Guan]或者激光焊[Han]管，由于拼焊[Han]線位置的材[Cai]料性能與零件(Jian)本體[Ti]不一緻，因(Yin)此需要對(Dui)拼焊線的[De]位置進行(Hang)分析，以避免拼(Pin)焊線布置在沖孔或[Huo]者小圓角[Jiao]等變形區域，如圖14所示。同時，如(Ru)果(Guo)有拼焊線位置材料參數，也可以輸入軟件進行詳[Xiang]細分析[Xi]，判斷(Duan)管件是否存(Cun)在開[Kai]裂等情(Qing)況。

Autoform軟件液壓成(Cheng)形分析的局限性

随着[Zhe]電動車輕量化的需求，在(Zai)全鋁車身上[Shang]使用液壓成形技術可以提高車身的[De]抗碰撞(Zhuang)等性能，奧迪[Di]A8前[Qian]壁闆橫梁采用(Yong)的就是液壓成形(Xing)，如圖15所示。由于Autoform的[De]功能主要集中在沖壓方面，而非專門的[De]液壓成形分[Fen]析軟件，因此其無(Wu)法完成“日”字形(Xing)等[Deng]型材液壓成(Cheng)形分析。同時針(Zhen)對鋁型(Xing)材的(De)不等壁厚，Autoform軟件也[Ye]無法進行有效分析[Xi]，需要[Yao]等效成(Cheng)相同壁厚才(Cai)行，因此對分析[Xi]結果(Guo)具有(You)一定損失。

結(Jie)論(Lun)

⑴利用Autoform軟件的速度及(Ji)操作便利性(Xing)，可(Ke)以快速的完成[Cheng]從彎管、預成形[Xing]、液壓成形、激光切割[Ge]等各種分析(Xi)工作。

⑵通過Autoform分[Fen]析結果，除了可以進行開裂、起皺、回彈等結果評判(Pan)之外，還可以進行管材折彎、截面畸變、咬[Yao]邊缺陷、進[Jin]料狀态評[Ping]估[Gu]及拼焊線位[Wei]置評估。

⑶對于“日”字鋁型材(Cai)及不等壁厚鋁型材，由于軟件的局限(Xian)性(Xing)，Autoform無法(Fa)完成[Cheng]相應的分析(Xi)工作，需[Xu]要采用其[Qi]他軟件(Jian)開展此類零[Ling]件的分析工作。