反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形仿真及其優(yōu)化.pdf

1、液壓脹形技術是材料成形中的先進制造技術,液壓脹形技術在航空、航天、汽車行業(yè)的應用廣泛,既能滿足零部件強度和剛度的需求,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),其特殊結構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,但是由于其形狀復雜,傳統(tǒng)焊接技術不能滿足結構和強度需要,使用液壓脹形技術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,強度和剛度高,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,本文利用響應曲面法對反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形工藝參數(shù)進行優(yōu)化設計,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論:
　　(1)本文總結了液壓脹形技術的優(yōu)越性,對反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件的由來和特性進行了介紹。反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件是由折紙工程和螺旋結構結合

3、產(chǎn)生的一種用于能量吸收的結構,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)焊接技術不能滿足反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件的要求,液壓脹形技術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行了仿真和分析。數(shù)值模擬建立在有限元基礎之上,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。使用Ls-dyna有限元軟件對液壓脹形過程進行了模

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,對影響成形質(zhì)量的因素進行了分析,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)為了獲得目標減

5、薄率下的最佳工藝參數(shù)組合,使用響應曲面法,以最大減薄率為目標函數(shù),以加載力、加載路徑、摩擦系數(shù)等作為設計變量進行優(yōu)化計算,以厚度變化范圍作為約束條件,經(jīng)過迭代計算得到最接近目標減薄率下的最佳工藝參數(shù)組合,同時通過優(yōu)化計算得到減薄率、最大和最小厚度的近似計算公式。以優(yōu)化后的最佳工藝參數(shù)組合作為模型參數(shù),建立新的模型進行計算,經(jīng)過仿真計算驗證,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。通過實驗設計計算得到與成形件質(zhì)量的關系。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,嚴重的回彈將導致產(chǎn)品尺寸不精確,甚至產(chǎn)品報廢。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進行回彈計算,得到反轉(zhuǎn)螺旋薄壁管件液壓脹形的