桥壳液压胀形工艺研究
汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究
汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究1. 绪论- 研究背景和意义- 国内外研究现状- 研究目的和内容2. 基础知识与理论- 胀—压复合成形工艺概述- 预制坯胀形模拟方法- 汽车桥壳的胀—压复合成形工艺工艺流程3. 汽车桥壳胀形模拟实验设计- 实验材料和工具- 模拟设计和制作- 模拟实验步骤和数据采集4. 研究结果与分析- 胀形模拟结果分析- 后续成形加工方案设计- 模拟结果验证和优化5. 结论与展望- 实验结论总结- 存在问题分析- 研究进一步发展方向的展望一、绪论1.1 研究背景和意义汽车桥壳是汽车底盘系统中非常重要的组件，它的主要作用是支撑轮毂和轮胎，承受车辆的重量和扭矩，并传递动力和力量。
在现代汽车工业中，汽车桥壳的设计和制造已成为一个重要的领域，对汽车的质量和性能有着直接的影响。
汽车桥壳的制造工艺至关重要，如何制造符合标准的汽车桥壳成为了制造商和研究人员的共同问题。
胀—压复合成形工艺是一种制造汽车桥壳的常用方法，这种工艺可以生产出高强度、高精度和高质量的汽车桥壳。
然而，在胀—压复合成形过程中，汽车桥壳的预制坯（也称毛坯）的胀形过程会受到各种因素的影响，如材料性能、预制坯设计、模具形状、成形工艺参数等。
因此，为了探索胀形过程的机理和优化成形工艺，对汽车桥壳的预制坯胀形模拟研究具有重要的意义。
1.2 国内外研究现状国内外研究者已经对胀—压复合成形工艺、预制坯设计和成形参数等方面进行了广泛的研究，如文献[1]中研究了预制坯的内部结构对胀形过程的影响；文献[2]中研究了成形工艺参数对胀形成形质量的影响；文献[3]中研究了预制坯孔隙率对胀形过程的影响。
这些研究成果对于提高汽车桥壳的生产质量和成形效率有着积极的作用。
然而，目前对于汽车桥壳的预制坯胀形模拟研究还不够深入和系统，需要进一步探索。
1.3 研究目的和内容本文旨在探究汽车桥壳胀—压复合成形过程中预制坯胀形模拟的方法和机理，为汽车桥壳的生产提供有力的技术支持。
汽车后桥壳内高压成形工艺及胀型模具设计
汽车后桥壳内高压成形工艺及胀型模具设计汽车后桥壳是几何形状较为复杂的零件，目前汽车桥壳的主要生产方式是铸造和冲压焊接。
铸造工艺对材料和能源太过浪费，零件的力学性能较差;冲压焊接工艺的焊缝质量难保证，材料利用率较低。
利用液压胀形工艺成形整体桥壳能克服以上缺陷，节约材料和能源，同时工序少、材料利用率高。
本文研究汽车后桥壳鼓包部分的液压胀型工艺。
針对汽车后桥壳特点，采用半滑动式液压胀形工艺，能够有效降低合模压力的整体式的滑动模块，同时固定模块可防止飞边的出现，也考虑了取件问题。
本设计的亮点是整体式的滑动模块具备分担大部分的管坯胀形力，降低设备吨位的作用;设计的预胀形模具和终胀形模具滑动模块部分能够共用，减少模具开发制造费用。
标签：汽车桥壳;半滑动式;液压胀形;模具设计汽车桥壳属于大型复杂异型截面零件，它保护着内部的主减速器，差速器，半轴等零件，并承受着车身重量与车轮传来的力矩。
其作用及性能，要求既有足够的强度和刚度，又要尽量减轻质量;而且在保证桥壳使用要求的前提下，力求结构简单，制造方便，以利于降低成本。
车桥主要有两种生产方式：铸造和冲压焊接。
铸造可以制造出形状较为复杂的车桥，但铸造件重量大，消耗材料和能源多，较为浪费。
冲压-焊接成形工艺较好，废品率低，重量轻，强度高，并且成本较低[1]。
但冲压焊接工艺工序多，费材耗能，焊缝长，对焊缝质量要求较高。
而利用液压胀形工艺生产桥壳则材料利用率高，节省能源和材料，加工工序较少，且加工效率高，易实现机械化、自动化[2]。
壁厚合理，应力分布较好，刚度高，重量轻。
本设计就是要依据图1-1所给的后桥壳相关尺寸，材料为20号碳钢无缝管。
图1-1为设计中桥壳为轻型车后桥壳，鼓包部分的最大直径为440mm，最小直径68mm，长度为1953mm，桥壳壁厚为10mm，均匀管径为127mm。
为了减少变形过程中变形量过大导致径缩胀形失败，选取了直径为127mm，厚度为10mm的管胚，这样可以保证大部分材料不流动就可以满足桥壳设计要求。
小型桥壳液压胀形初始变形条件分析及成形试验
小型桥壳液压胀形初始变形条件分析及成形试验王连东１㊀徐永生１㊀陈旭静１㊀吴㊀娜１,２１．燕山大学,秦皇岛,０６６００４㊀㊀２．唐山学院,唐山,０６３０００摘要:介绍了小型汽车桥壳的液压胀形工艺,提出了初始胀形内压的表达式,预测了初始胀形内压与轴向推力的匹配关系(即经向应力比的大小)对预胀形时各部分变形顺序的影响.在普通液压机上进行了两种加载路径下的液压胀形试验,在初始经向应力比小于零并保持恒内压的条件下,预胀形管坯先变形成两侧高㊁中部低的双鼓形,经增压后将中部胀起;在初始经向应力比大于零且内压恒定的条件下,预胀形管坯中部沿轴向胀裂;两种加载路径下,管坯扁锥体凸起与胀形区之间均产生了明显内凹缺陷.理论分析与试验结果均表明,初始变形条件对小型桥壳的预胀形有重要影响.关键词:汽车桥壳;液压胀形;初始胀形内压;经向应力比;预胀形管坯中图分类号:T G ３１６㊀㊀㊀㊀㊀㊀D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０１６．０３．０２１A n a l y s e s o f I n i t i a l D e f o r m a t i o nC o n d i t i o n s f o rL i gh t H y d r o f o r m i n g A x l eH o u s i n g a n dF o r m i n g E x pe r i m e n t s W a n g L i a n d o n g １㊀X uY o n g s h e n g １㊀C h e nX u j i n g １㊀W uN a １,２１．Y a n s h a nU n i v e r s i t y ,Q i n h u a n g d a o ,H e b e i ,０６６００４㊀㊀２．T a n g s h a nC o l l e g e ,T a n gs h a n ,H e b e i ,０６３０００A b s t r a c t :T h e h y d r o f o r m i n g t e c h n o l o g y o f l i g h t a x l e h o u s i n g wa s i n t r o d u c e d ．T h e f o r m u l a o f i n i t i a l i n t e r n a l pr e s s u r ew a sd e d u c e d ,a n dt h e i n f l u e n c e so f t h er e l a t i o no f t h e i n t e r n a l p r e s s u r ea n da x i a l t h r u s t (a x i a l s t r e s s r a t i o )i n t h e p r e b u l g i n gp r o c e s so nt h ed e f o r m a t i o ns e qu e n c ew a s p r e d i c t e d ．T h e h y d r o f o r m i n g e x p e r i m e n t sw e r e d o n e o n g e n e r a l h y d r a u l i cm a c h i n e u n d e r t w o d i f f e r e n t l o a d p a t h s ．U n Ｇd e r t h ef i r s tl o a d p a t h ,t h ei n i t i a la x i a ls t r e s sr a t i o w a sn e ga t i v ea n dt h e p r e s s u r e w a sc o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e f e e d i n gp r o c e s s ,t h e p r eb u l g i n g t u b ew a s f i r s td e f o r m e d t oad o u b l e d r u mt y pew i t h t h e d i a m e t e r o f t w o s i d e s l a r g e r t h a n t h e c e n t r a l ,a n d t h e c e n t r a l p a r tw a s f i n a l l y b u l g e db y i n c r e a s i n gt h e i n t e r n a l p r e s s u r e ．U n d e r t h es e c o n dl o a d p a t h ,t h e i n i t i a l a x i a l s t r e s sr a t i o w a s p o s i t i v ea n dt h ep r e s s u r ew a s c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e f e e d i n gp r o c e s s ,t h ec e n t r a lo f t h et u b ec r a c k e da x i a l l y．T h e c o mm o n c o n c a v e d e f e c t s o f t h e s a m p l e so f t w o l o a d p a t h sw e r eo b s e r v e da t t h e t r a n s i t i o nr e gi o nb e Ｇt w e e n f l a t c o n e a n db u l g i n g a r e a ,a n d i tw i l l n o t d i s a p p e a r a f t e r t h e f i n a l b u l g i n g．B o t ho f t h e t h e o r e t i Ｇc a l a n a l y s e s a n d e x p e r i m e n t s d e m o n s t r a t e t h a t t h e i n i t i a l d e f o r m a t i o n c o n d i t i o n s h a v e a n i m p o r t a n t i n Ｇf l u e n c e o n t h e p r e b u l g i n gp r o c e s s o f l i g h t a x l eh o u s i n g．K e y wo r d s :a u t o m o b i l e a x l eh o u s i n g ;h y d r o f o r m i n g ;i n i t i a l p r e s s u r e ;a x i a l s t r e s s r a t i o ;p r e b u l g i n g t u b e收稿日期:２０１５０１１６基金项目:河北省自然科学基金资助项目(E ２０１２２０３０２２)０㊀引言管材液压胀形是制造机械零部件的先进方法,已广泛应用于机械㊁电子㊁航空航天㊁交通运输等领域.近年来,国内外学者对管材液压胀形进行了较多的研究.K o c 等[１]从理论上得到了液压胀形时理想管材轴向屈曲㊁起皱和破裂的临界条件,给出了确定不同工艺条件下胀形内压㊁轴向力和轴向补料量的方法.M a n a b e 等[２]研究了材料的各向异性和硬化系数对液压胀形的影响,指出了应力比对壁厚分布和成形性能的影响.李洪洋等[３]进行了空心阶梯轴内高压成形试验,给出了初始内压的表达式,并进行了不同初始内压下的工艺试验.汽车桥壳为异型截面空心管类件,理论上可以用液压胀形方法制造.２０世纪８０年代,日本学者用液压胀形方法试制出微型汽车桥壳样件[４ ５],取得了一些宝贵经验.２１世纪初,国内一些学者提出了汽车桥壳半滑动式液压胀形工艺,给出了极限胀形系数的数学表达式,并研究了内压与轴向力的匹配问题[６ ８].汽车桥壳形状复杂,两端小中部大,中部截面与两端截面的当量直径比大于３．０,周向扩张量大,轴向补料多,用液压胀形方法成形难度大.本文针对某小型桥壳的液压胀形工艺,分析了初始胀形内压的大小㊁初始胀形内压与轴向推力的匹配关系(即经向应力比的大小)㊁胀形过渡区的形状等初始胀形条件对桥壳预胀形的影响,预测了胀形区各部分的变形趋势以及可能出现的内凹㊁胀裂等缺陷,并在普通液压机上进行了工艺试验.１㊀小型汽车桥壳液压胀形工艺本文研究的小型汽车桥壳总长１０５０mm ,中８９３ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.间截面当量直径为２１２mm,两端直臂圆管部分外径为６７mm.受普通液压机开间的限制,将桥壳样件总长度缩减至４７６mm.无缝钢圆管液压胀形工艺包括端部缩径㊁预胀形和终胀形三个阶段,工艺过程如图１所示.２０无缝钢管坯初始直径为１０２mm㊁壁厚为５ ５mm㊁长度为５５８mm,两端部缩径后直径减至６７mm,然后进行预胀形,包括锥形区的挤压变形和中间部分的液压胀形两个过程.液压胀形前,胀形模具轴向推进时先将缩径管坯的圆锥区挤压成宽度相同而高度不同的扁锥体,如图１b㊁图１c 所示.预胀形时将中部液压胀形成中间略低于两侧的马鞍形(图１d),中间截面的胀形系数k１＝１ ５５.预胀形管坯退火后,再进行终胀形得到桥壳样件,如图１e所示.(a)缩径后管坯(b)挤压后管坯垂直纵向视图(c)挤压后管坯水平纵向视图(d)预胀形管坯(e)终胀形图１㊀桥壳液压胀形工艺简图２㊀预胀形管坯初始变形条件分析缩径管坯圆锥区在预胀形前被挤压成扁锥体,如图２所示.垂直纵截面上,扁锥体与轴线倾斜角为α,扁锥体与中部预胀形部分过渡处形成高于初始管坯的凸起,最高点A处的纬向曲率半径为RθA㊁经向曲率半径为R１,凸起部位与预胀形区过渡处B u点处的内凹圆角半径为R２.水平截面上,扁锥体与轴线倾斜角为β,扁锥体与中部预胀形部分过渡处B d点处的外凸圆角半径为R３.(a)管坯垂直纵截面(b)管坯水平纵截面图２㊀缩径管坯预胀形受力分析２．１㊀初始胀形内压的确定对挤压后的缩径管坯进行预胀形:初始内压为p,在管坯两端施加轴向推力F a１㊁F a２,在扁锥体上施加轴向推力F b１㊁F b２,如图２所示.对管坯施加内压和外力后,胀形区各质点处于三向应力状态:纬向应力σθ㊁经向应力σρ和径向应力σr.假设沿管坯壁厚方向,纬向应力σθ㊁经向应力σρ均布,则两者与内压p之间应满足以下平衡方程:pt０－σθRθ－σρRρ＝０(１)式中,Rθ为质点处管坯中间层的纬向曲率半径,近似等于外层的纬向曲率半径;Rρ为质点处管坯中间层的经向曲率半径,近似等于外层的经向曲率半径,对于外凸曲线, Rρ为正值,对于内凹曲线,Rρ为负值;t０为质点处管坯的壁厚.经向应力由模具施加于管坯的轴向推力和液体内压共同作用产生,其大小由下式确定:σρ＝－F a＋F b－πr２０pπ(２r０＋t０)t０(２)式中,F a为作用于管坯端部的模具推力,即F a１与F a２之和;F b为作用于管坯锥面的模具推力,即F b１与F b２之和; r０为管坯预胀形区内半径.胀形管坯外表面上质点径向应力σr为零,处于平面应力状态,变形时塑性条件按M i s e s屈服准则,即应满足:σ２θ－σθσρ＋σ２ρ＝σ２s(３)定义经向应力σρ与纬向应力σθ的比值为经９９３Copyright©博看网. All Rights Reserved.向应力比λ,即σρ＝λσθ(４)将式(４)代入式(３)得到σθ＝σs１－λ＋λ２(５)将式(４)㊁式(５)代入式(１),得到初始胀形的内压p :p ＝(t ０R θ＋λt ０R ρ)σs １－λ＋λ２(６)水平纵截面上,管坯外壁中点C d 发生初始变形所需的内压p C d 为p C d ＝t ０R θσs１－λd ＋λd ２(７)扁锥体过渡处B d 点发生变形所需的内压p B d 为p B d ＝(t ０R θ＋λdt ０R ３)σs １－λd ＋λ２d(８)管坯垂直纵截面上,管坯中点C u 发生变形所需内压p C u 为p C u ＝t ０R θσs１－λu ＋λu(９)扁锥体过渡凹圆角处B u 点发生变形所需的内压p B u 为p B u ＝(t ０R θ＋λut ０R ２)σs １－λu ＋λ２u (１０)扁锥体凸起点A 处发生变形所需内压p A 为p A ＝(t ０R θA ＋λu t ０R １)σs １－λu ＋λ２u(１１)２．２㊀初始经向应力比影响分析由于管坯各处变形所需的内压不同,在液压胀形过程中,各处达到塑性屈服条件的顺序也不同,导致变形有先后.比较式(７)㊁式(８)可知:在管坯水平纵截面上,当经向应力比λd ＝０(即经向应力σρ＝０)时,中间C d 点与两侧扁锥体过渡处B d 点变形所需的内压相同,即中部与两侧将同时胀形;当经向应力比λd ＜０(即σρ为压应力)时,p B d ＜p C d ,两侧过渡处B d 点先于中间点C d 发生胀形,管坯将呈两侧高㊁中部低的双鼓形;当经向应力比λd ＞０(即σρ为拉应力)时,p B d ＞p C d ,中间点C d 先于两侧过渡处B d 点发生变形,管坯将呈中部高于两侧的单鼓形,管坯中部轴向补料效果差,容易胀裂.比较式(８)㊁式(１０)可知:当经向应力比为负值时,垂直纵截面上扁锥体过渡处B u 点变形所需的内压p B u 大于水平纵截面上的过渡点B d 所需内压p B d ,即B d 点先于B u 点发生变形;当经向应力比等于零时,B d 点与B u 点变形所需的内压理论上相同,但由于挤压变形后垂直纵截面上B u 点处存在内凹圆角,B u 点的变形受到邻近凸起A 点的影响而不易发生,即B u 点仍将迟于B d 点发生胀形.比较式(７)㊁式(９)可知:在经向应力比相同时,水平截面上的中间点C d 与垂直截面上的中间点C u 将同时起胀.扁锥体的形状使得水平截面上的轴向力F b ２的作用效果好于垂直截面上的轴向力F b １的作用效果,即λd ＜λu ,所以C d 点将先于C u 点发生胀形.比较式(９)~式(１１)可知:在管坯垂直纵截面上,当经向应力比等于零时,中间点C u ㊁两侧过渡凹圆角处B u 点与扁锥体的凸起点A 将同时达到塑性条件;当经向应力比小于零时,扁锥体的凸起点A 最先达到塑性条件,其次是中间点C u 达到塑性条件,而两侧过渡凹圆角处的B u 点最后达到塑性条件,该处容易形成凹陷.３㊀小型桥壳液压胀形试验３．１㊀预胀形模具根据图１所示的桥壳液压胀形工艺,选取２０无缝钢管,屈服极限为３５０M P a ,强度极限为４１０M P a ,单向拉伸的均匀延伸率为２５％,弹性模量为２１０G P a ,泊松比为０ ２８.在普通液压机上依次进行四次缩径,缩径后管坯如图３所示.图３㊀缩径后管坯缩径后管坯在普通液压机上采用半滑动式液压胀形方式[６]进行预胀形,管坯轴向进给８５mm ,预胀形模具结构如图４所示.１．左导板㊀２．下模分块３㊀３．柱销㊀４．下模分块２㊀５．导柱６．下模分块１㊀７．控制模㊀８．管坯㊀９．上模分块１１０．螺钉㊀１１．上模分块２㊀１２．密封镶块㊀１３．上模分块３１４．密封压头㊀１５．管接头㊀１６．传感器㊀１７．导柱１８．限位块㊀１９．右导板㊀２０．螺钉㊀２１．放液孔图４㊀半滑动式预胀形模具００４ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.３．２㊀初始胀形内压及加载路径假想管坯中部与两侧同时发生塑性变形,即经向应力比等于零时,按式(７)或式(９)计算出的胀形内压p ０为p ０＝t ０σs R θ１－λ＋λ２＝３７ ７(M P a )当初始内压小于p ０时,胀形两侧部分将先于中部发生变形;当初始内压大于p ０时,胀形部分中部将先于两侧发生变形.液压胀形时管坯内压与轴向进给量之间的关系即加载路径对成形影响至关重要,为比较初始胀形条件对变形的影响,选择以下两种加载路径,如图５所示.图５㊀预胀形试验加载路径(１)加载路径Ⅰ.初始胀形内压p 小于p ０,内压选为３７M P a ,则初始经向应力比小于零.管坯轴向推进８５mm 过程中保持内压３７M P a 不变,合模后将内压升至６０M P a 校形.(２)加载路径Ⅱ.初始胀形内压p 大于p ０,内压选为４２M P a ,则初始经向应力比大于零.管坯轴向推进８５mm 过程中保持内压４２M P a 不变,合模后将内压升至６０M P a 校形.３．３㊀预胀形试验(１)按加载路径Ⅰ试验.管坯合模时先变成图６a 所示的两侧大中部小的双鼓形:两侧最高点直径为１５７mm ,中间部分直径仅为１２３mm ,表明管坯两侧先于中部发生变形;水平纵截面方向的变形区域较垂直方向上的变形区域大,表明管坯两侧水平纵截面方向较垂直方向容易变形;管坯垂直纵截面方向上,扁锥体与胀形区之间产生了明显内凹,表明挤压管坯纵截面上扁锥体凸起与预胀形区之间的内凹圆角处不易变形.模具合模后将双鼓形的管坯内部液体压力增至６０M P a 进行校形,得到成形良好的预胀形管坯,如图６b 所示.校形后管坯垂直纵截面方向上扁锥体与胀形区之间的内凹仍然存在.如图７a 所示,选择预胀形管坯,沿水平纵截面㊁垂直纵截面及圆周方向切去１/８部分,在剖面上选取测量点测量壁厚:沿圆周方向从垂直截面至水平截面每间隔４ ５ʎ采集一点,共采集２０点;㊀(a)增压前样件(b)增压后样件图６㊀路径I 预胀形试验样件在垂直纵截面上从中间向外侧每间隔７ ５mm 采集一点,共采集２０点.由周向截面上的壁厚变化曲线(图７b )可知:从垂直截面至水平截面,管坯壁厚逐渐增大,最小壁厚为４ ２mm ,相对初始壁厚减薄率为２３ ６４％,最大壁厚为４ ９６mm ,减薄率为９ ８２％.在垂直纵截面上,胀形区的壁厚较均匀,由胀形区向外侧壁厚由４ ２mm 逐渐增加到６ ０９mm ,如图７c 所示.(a)预胀形剖开试件(b)中间截面周向壁厚(c)纵向截面轴向壁厚图７㊀预胀形管坯壁厚分布(２)按加载路径Ⅱ试验.管坯中部及两侧均胀起,水平截面方向上中部的变形较两侧大,管坯中部沿纵向胀裂,裂口处的壁厚为３ ９mm ,减薄率为２９ ０９％.由变形结果可推断:中间部分先于两侧发生变形,在胀形过程中补料效果差导致壁厚减薄率超过了文献[８]给出的胀裂极限而出现胀裂.由图８所示的试件可看出,管坯垂直纵截面方向上扁锥体与胀形区之间仍然存在明显的内凹.图８㊀路径Ⅱ预胀形试验样件１０４ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(３)终胀形试验.将加载路径Ⅰ得到的预胀形管坯退火后进行终胀形,得到了液压胀形桥壳样件,如图９所示.由样件的外观可以看到,预胀形管坯垂直纵截面方向上扁锥体与胀形区之间的内凹在终胀形过程中没有消除,仍残留在样件中.图９㊀终胀形样件４㊀结论(１)给出了预胀形管坯各部分变形所需初始内压的表达式.初始内压正比于管材的屈服强度和管坯的壁厚,随管坯的纬向曲率半径㊁经向曲率半径的增大而减小,随经向应力比的减小而减小.(２)分析了初始经向应力比λ对预胀形管坯变形的影响:当λ＝０时,管坯两侧与中部同时发生变形;当λ＞０时,中部先于两侧发生变形,管坯将呈中部高于两侧的单鼓形,中部轴向补料效果差,容易胀裂;当λ＜０时,水平截面方向上两侧先于中部发生变形,垂直截面方向上扁锥体凸起先于中部发生变形,两侧过渡凹圆角处不易变形,管坯将呈两侧高㊁中部低的双鼓形,而且垂直截面方向过渡内凹圆角处可能形成内凹缺陷.(３)针对小型桥壳进行了两种加载路径下的液压胀形试验,结果表明:初始经向应力比小于零并保持恒内压胀形时,预胀形管坯先变形成两侧高㊁中部低的双鼓形,经增压后将中部胀起;初始经向应力比大于零并保持恒内压胀形时,预胀形管坯中部沿轴向胀裂;两种加载路径下,管坯垂直纵截面方向上扁锥体与胀形区之间均产生了明显内凹,加载路径Ⅰ下的预胀形管坯退火后进行终胀形时内凹缺陷仍没有消除.(４)缩径后管坯先挤扁圆锥区再胀形中部时,垂直截面上扁锥体与胀形区之间产生的初始凸起限制了其临近处的变形,最终导致样件存在内凹.后续拟先将缩径管坯液压胀形为一定形状的预成形管坯,再进行整体成形得到无内凹的桥壳样件.参考文献:[１]㊀K o c M ,A l t a nT．P r e d i c t i o no fF o r m i n g Li m i t sa n d P a r a m e t e r s i n t h eT u b eH y d r o f o r m i n g Pr o c e s s [J ]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fM a c h i n eT o o l s&M a n u f a c Ｇt u r e ,２００２,４２(１):１２３ １３８．[２]㊀M a n a b eKI ,A m i n o M．E f f e c t so fP r o c e s sP a r a m e Ｇt e r s a n dM a t e r i a l P r o p e r t i e s o nD e f o r m a t i o nP r o c e s s i nT u b eH y d r o f o r m i n g [J ]．J o u r n a l o fM a t e r i a l sP r o Ｇc e s s i n g T e c h n o l o g y ,２００２,１２３(２):２８５ ２９１．[３]㊀李洪洋,苑世剑,王小松,等．初始内压对内高压成形阶梯轴影响的实验研究[J ]．材料科学与工艺,２００５,１３(４):１４３ １４５．L iH o n g y a n g ,Y u a nS h i j i a n ,W a n g X i a o s o n g ,e ta l ．E x p e r i m e n t a l I n v e s t i ga t i o no fI n i t i a l I n t e r n a lP r e s Ｇs u r e o n H y d r o f o r m i n g M u l t i s t e p pe dS h af t [J ]．M a Ｇt e r i a l S c i e n c e a n dT e c h n o l og y ,２００５,１３(４):１４３ １４５．[４]㊀U e d aT．D i f f e r e n t i a lG e a rC a s t i n g fo rA u t o m o b i l e s b y L i q u i dB u l g eF o r m i n g Pr o c e s s －P a r t １[J ]．S h e e t M e t a l I n d u s t r i e s ,１９８３,６０(３):１８１ １８５．[５]㊀U e d aT．D i f f e r e n t i a lG e a rC a s t i n g fo rA u t o m o b i l e s b y L i q u i dB u l g eF o r m i n g Pr o c e s s －P a r t ２[J ]．S h e e t M e t a l I n d u s t r i e s ,１９８３,６０(４):４８ ５６．[６]㊀王连东,陈国强,杨东峰,等．普通液压机半滑动式液压胀形汽车桥壳的工艺研究[J ]．中国机械工程,２０１１,２２(１８):２２４９ ２２５３．W a n g L i a n d o n g ,C h e n G u o q i a n g ,Y a n g D o n g f e n g,e t a l ．R e s e a r c ho fH a l f s l i d i n g H y d r o f o r m i n g A u t o Ｇm o b i l e H o u s i n g s w i t haC o mm o n P r e s s [J ]．C h i n a M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０１１,２２(１８):２２４９ ２２５３．[７]㊀陈国强,王连东,韩晓亮,等．半滑动式液压胀形汽车桥壳的模具设计及成形[J ]．塑性工程学报,２０１１,１８(３):６１ ６５．C h e n G u o q i a n g ,W a n g L i a n d o n g ,H a n X i a o l i a n g,e t a l ．T h eD i eD e s i g na n d D e f o r m a t i o n A n a l y s i so f H a l f s l i d i n g H y d r o f o r m i n g B u l g i n g ofA u t o m o b i l e A x l e H o u s i n g s [J ]．J o u r n a lo fP l a s t i c i t y E n g i n e e r Ｇi n g,２０１１,１８(３):６１ ６５．[８]㊀王连东,程文冬,梁晨,等．汽车桥壳液压胀形极限成形系数及胀裂判据[J ]．机械工程学报,２００７,４３(５):２１０ ２１３．W a n g L i a n d o n g ,C h e n g W e n d o n g ,L i a n g Ch e n ,e t a l ．F o r m i n g L i m i tC o e f f i c i e n t a n dB u r s t i n g C r i t e r i o no f H y d r o b u l g i n g A u t o m o b i l eA x l eH o u s i n gs [J ]．C h i Ｇn e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,２００７,４３(５):２１０ ２１３．(编辑㊀陈㊀勇)作者简介:王连东,男,１９６７年生.燕山大学车辆与能源学院教授㊁博士研究生导师.主要研究方向为液压胀形工艺理论与技术㊁汽车零部件设计及制造.徐永生,男,１９９０年生.燕山大学车辆与能源学院硕士研究生.陈旭静,女,１９８８年生.燕山大学车辆与能源学院硕士研究生.吴㊀娜,女,１９８０年生.唐山学院机电工程系副教授,燕山大学车辆与能源学院博士研究生.２０４ Copyright ©博看网. 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汽车桥壳液压胀形压力控制系统研究的开题报告
汽车桥壳液压胀形压力控制系统研究的开题报告摘要：随着社会的不断发展，汽车行业得到了迅速的发展。
随着汽车工业的快速发展，汽车零部件的研究和开发也变得越来越重要。
在汽车零部件中，车桥是重要的组成部分之一。
汽车桥壳液压胀形压力控制系统是一种可以提高汽车桥壳韧性的新型技术。
本文从汽车桥壳液压胀形压力控制系统的原理和研究背景入手，进行了详细的探讨和分析，最后给出了研究的目的、意义和计划。
关键词：汽车桥壳；液压胀形；压力控制系统；研究一、研究背景随着汽车行业的快速发展，汽车桥壳作为汽车的重要组成部分之一，具有重要的意义。
目前，随着汽车性能的不断提高及各种环境的变化，传统的钢制车桥已经不能满足现实需求了。
因此，一种独特的汽车桥壳设计方法是迫切需要的。
液压胀形技术是一种新型的加工方法，可以在材料的形状和结构上实现纵向、径向和环向的变形。
通过使用液压胀形技术，可以提高汽车桥壳的韧性和耐久性。
因此，汽车桥壳液压胀形压力控制系统应运而生，并得到了广泛的应用。
二、研究目的本研究的目的是研究汽车桥壳液压胀形技术的原理和应用，建立汽车桥壳液压胀形压力控制系统，并对其进行测试和分析，探索该技术在汽车制造中的运用。
三、研究意义本研究可以为汽车工业的发展提供新思路和新方法。
通过对液压胀形技术的研究和应用，汽车桥壳的性能可以得到提高，从而进一步提升汽车的性能和稳定性，同时还可以降低汽车制造成本，为汽车制造企业的转型和升级提供支撑。
四、研究计划1. 汽车桥壳液压胀形技术的原理研究2. 建立汽车桥壳液压胀形压力控制系统3. 测试和分析汽车桥壳液压胀形压力控制系统4. 探索液压胀形技术在汽车制造中的运用五、结论汽车桥壳液压胀形技术是一种可以提高汽车桥壳韧性和耐久性的新型方法。
通过对该技术的研究和应用，可以进一步提升汽车的性能和稳定性，同时还可以降低汽车制造成本，为汽车制造企业的转型和升级提供支撑。
汽车驱动桥壳液压胀形试验的失效研究
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关键词： 汽车桥壳； 液压胀形 ； 成形极限图； 起皱
【 ｂｔ ｃ】 ｈ ｌ ｈｕｉ ｆｒ ７ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅｓｅ ｅ ｄ ｆｒ ｉ ．ｈｒ ａ ｏｙｅ ｏ Ａ ｓ ａｔ Ｔｅ ｘ ｏｓ ｇ ｏｎ ． ｔ ｔ ｏ ｉ ｓ ｄ ｙ ｙｒ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｒｔ ｐ ｓｆ ｒ ａｅ ｎ ０ ５ｏ ａ ｏ ｌ ｉｔ ｔ ｂ ｈ ｏ ｍ ｇ ｅ ｅｗ ｔ
ｊ ｓｏ ａ ｔ ｈｒ ｔ ｔｂｔ ｔ ｂ ａ ｒ ｌ ｎ ｔ ｉ ａ ｐｉａ ｌｅｅｔ ｅｏ ｉ ｔ ｅ ｅ ｈｗｔ ：ｈ ｉ ｅ ｎ ａｒ ｕ ｓｆｈ ｔ ｅ ｔ ｉ ｄ ｘ ｒ ｒｏｄ ｒ ｒｙ ｆ ｃ ｔ ｆｒ ｎ ｏ ｔ ｒ ｈ ｔ ｅｎ ｅ ｉ ｅ ｏ ｅｕ ｍ ｅ ａａ ｅ ｅ ｏ ｌ ｔ ｍ ｉ ｆ ｈ ｍ ｇ ｇｈ ．
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ｅ ｒ ｋｅ ｕｉｇｔｅｂ ｎ ｃｕｅｅ ｅｔｅｗｉｋｅａｄｉｆｅｔｅｗｉｋｅＡ ｅ ｏ ｍ ｔｏ ｅ ｉ ｌｓ ｒ ｕ ｇｉ ｌｄ ｆｃｉ ｒ ｌ ｎ ｅ ｃｉ ｒ ｌ ｓａ ｆ ｅｈｄｔ ｗｎ ｄ ｎ ｈ ｎ ｆ ｖ ｎ ｎ ｖ ｎ ． ｐｒ ｈ ｅｅｔ ｅ ｒ ｋｅ ｏｌ ｃｕ ｕａ ａｅｉｌｏ ｅｌｅｆｒ ｎ ｄｔｅ ｏｍｉ ｍｉｃｕ ｅｅｌ ｇｄ ｆ ｃｖ ｉ ｌｃｕｄａｃ ｍ ｌｅｍ ｒ ｆｒｈ ｒｏｍｉ ａ ｒ ｎ ｌ ｔ ｏｌ ｂ ｎａ ｅ． ｉ ｗｎ ｔ ｔ ａ ｔ ａ ｔ ｇ ｎ ｈｆ ｇｉ ｄ ｒ
液压胀形汽车桥壳的试验研究与有限元模拟的开题报告
液压胀形汽车桥壳的试验研究与有限元模拟的开题报告一、研究背景汽车桥壳是车辆传动系统中的关键部件，对于提高汽车行驶稳定性和传动效率有着重要作用。
由于汽车传动系统在使用过程中会受到较大的冲击载荷和扭矩，因此桥壳需要具有足够的强度和刚度来承受这些载荷和扭矩。
而传统的加工方法无法满足汽车桥壳的复杂结构和高精度加工的要求，因此需要研究新的成形方法来解决这个问题。
胀形成形技术是当前比较流行的汽车桥壳成形技术之一，它可以在保证材料完整性的前提下，将毛坯材料压制成复杂的形状。
液压胀形是胀形成形技术中的一种，它可以利用液压力将毛坯材料压制成所需的形状，具有成形精度高、生产效率高等优点。
因此，液压胀形技术越来越受到研究人员的关注。
二、研究内容和方法本论文的研究内容是液压胀形汽车桥壳的试验研究和有限元模拟。
具体研究内容如下：1. 设计和制造液压胀形实验装置，进行胀形实验，观察成形过程中的变形情况和应力分布情况。
2. 分析液压胀形成形的工艺参数对成形质量的影响，包括压力、胀形速度、液体粘度等参数。
3. 建立液压胀形汽车桥壳的有限元模型，对其进行模拟分析。
4. 分析成形过程中产生的应力和变形情况，评估液压胀形成形的可行性和优越性。
5. 通过试验和模拟数据的对比，评估液压胀形成形的精度和效率，并提出进一步优化和改进的建议。
三、论文的意义和价值本论文的研究成果可以为液压胀形汽车桥壳的生产提供理论基础和实验依据，同时可以为汽车制造业提供一种新的加工方法。
在实际生产中，采用液压胀形技术可以降低成本、提高生产效率和产品质量，具有较大的应用前景。
四、论文的进展和计划目前，液压胀形汽车桥壳试验装置已经设计和制造完成，胀形实验计划在近期进行。
在胀形实验的基础上，将建立有限元模型进行模拟分析，并对模拟结果进行评估和分析。
最终将提出液压胀形技术在汽车桥壳成形中的优化和改进方案，为其实际应用提供参考。
未来的工作计划包括进一步完善液压胀形方法的工艺参数和成形模型，开展更加深入的研究，并将其应用到实际生产中。
汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究
汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯胀形模拟研究吴士波;赵升吨;张大伟【摘要】以某型汽车桥壳为例,结合汽车桥壳胀—压复合成形工艺预制坯的设计方法,确定了预制坯形状与尺寸.根据预制坯的设计尺寸,确定采用两次胀形工艺与有益褶皱相结合的方式进行胀形.通过ABAQUS有限元模拟软件模拟了预制坯两次胀形过程中不同加载曲线对胀形件成形质量的影响,其中:一次胀形3种加载曲线最大胀形压强分别为10MPa、20MPa、30MPa;二次胀形3种加载曲线最大胀形压强分别为10MPa、20MPa、30MPa,分析了理想胀形件的壁厚分布情况.模拟分析表明:通过一次胀形加载曲线2可得到理想有益褶皱,进而增压得到成形质量较好的一次胀形管坯;通过二次胀形加载曲线2最终得壁厚减薄小且所需进给力小的理想预制坯.理想预制坯的壁厚最大减薄为20％,最大增厚为50％,满足汽车桥壳胀—压复合成形工艺压制过程的需要.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2014(049)005【总页数】5页(P82-86)【关键词】胀—压复合成形;汽车桥壳;预制坯尺寸;有益褶皱;数值模拟【作者】吴士波;赵升吨;张大伟【作者单位】西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049;西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049;西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TG3160 引言汽车桥壳作为汽车的主要部件起着支撑车体、保护差速器等功能。
目前汽车桥壳主要采用铸造、冲压焊接的方法制造。
其中，铸件的强度、刚度虽然较大，但浪费材料和能源，生产工艺不够环保；冲压焊接件的质量轻，但焊缝性能比较差[1]。
管材液压成形工艺具有材料利用率高、生产成本降低、成形件整体强度高等优点[2]。
基于管材液压成形的诸多优点，Lei[3]已将此成形工艺应用于汽车桥壳成形，并对桥壳的液压胀形过程进行模拟；王连东提出采用胀—压复合成形工艺[4]，初步解决了桥壳传统液压胀形成形性不好、胀形液体压力大的问题，成形件较传统胀形成形件结构规整、可成形圆角更小、管材贴模良好。
汽车桥壳的液压胀形
汽车桥壳的液压胀形
汽车桥壳的液压胀形是汽车的重要组成部件，它负责将全车的悬架参数传递至
轮胎，提供稳定的贴地行驶，起到缓冲和减震的作用。
汽车桥壳的液压胀形一般由铸铁制成，具有良好的表面硬度和自然老化程度，
可以提供良好的防护和保护，防止轮胎受到损坏。
汽车桥壳的液压胀形紧固件由塑料和橡胶制成，可以轻松减少因撞击而造成的振动和噪声，保护悬架系统正常运行。
汽车桥壳的液压胀形可以从三个方面完成减震缓冲的任务：一是采取渐进式液
压胀形，从而增加缓冲性能，并减少行驶中的振动和噪音；二是采用复合材料设计，具有耐磨等特性；三是采用多层结构技术，提高悬架系统的稳定性。
除了上述功能，汽车桥壳的液压胀形还具有一定的抗氧化性能，能够抵抗气候
的腐蚀和汽车在不断变化的环境中的变化，使其能够更好地保护轮胎免受磨损和腐蚀。
总之，汽车桥壳的液压胀形具有众多的优点，不仅可以提供良好的悬架参数，
而且还能够有效缓冲和减震，抵抗各种环境变化，为汽车行驶过程营造一个稳定舒适的贴地体验。
液压胀形分析报告
液压胀形仿真加工研究报告
一、零件设计，建立加工方案
现有一圆筒形零件欲采用液压胀形成形，设计零件时注意直径不应过大，且要比凹模短一点。
零件图如下
二、坯料选材及仿真参数设定
在dynaform中导入零件图，划分网格。
再调入下模并划分合适网格，在设置中拉延中选择single action，调入push1、push2并给其划分网格，设置坯料材料为SS304，厚度为1.2mm，push1、push2的运动其力随时间变化，液压压力按时间变化，总帧数为20，应用并提交任务job submitter.
三、依据加工方案建模，装配
四、分析运算结果
坯料成型极限图如图：
若成形极限图中出现红色区域则表示在此部位易出现拉裂，若出现红色区域较大则是由于压边力过大，出现拉裂。
坯料加工过程中的厚度如图
根据图中色彩图可看出坯料的厚度变化较均匀。
坯料加工过程中的应力变化如图:
由图中可看出零件应力集中的区域，在使用或后加工处理时应注意。
坯料加工过程中的应变变化如图
坯料加工过程中的外轮廓线变化如图:
坯料加工过程中的平面应力如图:
五、模拟结论与实际加工结合，给出最优加工方案
在模拟与实际生产中此件易出现拉裂或褶皱。
拉裂是因为液压压力过大，需
减小压力。
汽车桥壳液压胀形技术简介
10.汽车桥壳液压胀形技术
液压胀形工艺方法生产的汽车桥壳，是一种节能、节材且可代替冲压焊接制桥方法的先进技术。
汽车桥壳的液压胀形工艺是指通过择适当尺寸管坯，首先进行机械缩径将其端部直径减至零件图要求，然后进行轴向压缩复合液压胀形将中间部分扩张成形。
这项技术的关键为胀形工艺（采用滑动胀形模具）及其设备（三向液压机）。
采用液压胀形技术制造汽车桥壳，工艺简化、生产率高，生产的桥壳无焊缝、质量好，强度、刚度提高30％以上，制件重量降低15％左右。
采用这项技术，已经生产出了0.75吨轻型汽车的桥壳。
汽车桥壳液压胀形技术可广泛应用于中轻型卡车和中轻型客车驱动桥桥壳的生产，有着良好的应用前景，同时会产生显著的经济和社会效益。
目前，我国中、轻型汽车（包括农用车）所用后桥壳几乎都是用16Mn板料冲压焊接成形，其工艺复杂，焊缝质量要求高，质量不易保证（焊缝处毛刺不易清理、易渗漏），生产率低，加工成本高，有待于产品更新与换代。
汽车桥壳液压胀形的ABAQUS模拟报告
1、模具沿原进给途径退回，管坯尾端若出现翘曲，模具 退回会与管坯端部接触，并有应力，所以模具直臂部分长 一点，防止端部翘曲严重退不回去
2、模具斜向退出，退出量要小，大致20个毫米左右
（六）Job重开启问题
问题提出：一二次缩颈和胀形一次写完，能够运算但一次JOB读取
3、窜动出目前模具退出后移开旳过程中，我们建立了模具 与管坯旳接触对，可能是因为接触正确问题，于是我进行 了下列试验，把接触对在管坯退出旳时候克制了，但这么 运算旳成果是模具退不出去，因为这步也有接触，所以窜 动旳原因至今还不是很清楚，希望与大家探讨，以上是我 不成熟旳意见。
(五)有关处理缩颈模具退出管坯窜动旳问题
轻型汽车桥壳 缩径和胀形旳ABAQUS模拟
（一）、网格划分技巧
ABAQUS 一次胀形管坯网格划分技巧： 环节1：先将管坯划提成下列5段。措施：利用Partition Cell: Define Cutting
Plane ，选择 ，再选用左边绿色面旳绿色长边界—在选用绿色长边界上最靠右旳一点，单
（二）、单元旳选用
1：单元是否适合此分析(二次单元不能乱用) 要测量接触面上旳应力用线性减缩积分单元比很好，线性 减缩积分单元只有一种积分点，查看单元上旳应力直接就 显示出此积分点旳应力了；当然也能够单独查看节点上旳 应力，但节点应力是后处理过程中，单元积分点上旳应力 进行外插值和平均后得到旳，并不精确。我们所做旳缩颈 和胀形管坯提议都用线性减缩积分单元，这是系统默认旳。
问题处理：一次缩颈，二次缩颈，一次胀形一次导入模型，接触对
完全建立在initial里面，对称或者固定约束也建立在initial里面，各作一 种JOB，写上一种JOB之前一定要想到下一种JOB，不然重开启不能进 行，详细方法是第一种JOB里面要加进二次缩颈模具进给量，第二个 JOB里面就只需要修改环节里面旳数据即可，另外还需要在第二个 JOB里面加入下一种JOB里面旳一次胀形模具进给量，第三个JOB就只 需要在环节里面改下数据即可，尽量每次下一种JOB只需要改下数据 最佳，别有其他变动，如加约束或者接触对之类旳，可能ABAQUS认 识不了，便不能重开启了。按理说，接触对和约束在哪步就建立在哪 步比很好，但这么相对繁琐和复杂，以上是我自己探索出来旳结论， 希望与大家交流…
汽车液压胀形桥壳工艺的成本分析
行轴向压缩复合液压胀形将 中间部分扩 张成形 。 笔者从产品质量和经济效益的 角度论述液压胀形工 艺在汽车后桥壳制造 中的优势。 在
市 场竞 争 日趋 剧 烈 的 环 境 下 ， 用 可 降 成本 的 工 艺 不 失 为一 种 选 择 。 采
（６ ｎ 分几块 冲压成形 ， １Ｍ ） 焊接 而成 。 采用液压胀形新工艺制造
汽车桥壳 ， 冲压焊接方 法相 比 ， 与 提高制件 强度 、 刚度 ３ ％以 ０ 上， 减轻制件重量 １ ％以上 ， ５ 减少制造 成本 ３ ％以上。以液压 ０ 胀 形桥壳为依托 ， 进行 中型卡车驱动桥 的生产 ， 效益 明显 。
表 １可用液压胀形生产的汽车零部件
—
零件 图要求， 再将 中间部 分进 行轴 向压缩 液压胀 形至最终 尺
寸， 如图 １ 所示。 目前， 关于汽车桥壳液压胀形 的成形理论研 究 尚不深入 ， 制造技术也 不成熟 ， 中桥壳胀 形极 限成形 系数 的 其
车身…… 一 —堡盘＿ 一一 一 ～转囱 — 与悬架＿ 动 里 系 机与 鳓
低 。该工艺是指 选择适 当尺寸的管坯 ， 先将其两端部分缩径 至
件提 出了更轻 、 更省的要求。液压成形 的工件恰恰就能满 足这 两个要求 ， 由于液压成形技 术的发展 ， 使一些汽 车零 部件 的设 计 和制造发生 了革命性 的变化 ， 下表列出了可 用液压胀形 生产
的汽车零部件 ， 如表 １ 所示。
仪表板支架 前置发动机支架 散热器支架 后置发动机支架
座椅架 车顶侧 围横梁 车顶纵粱 车身纵梁 副车架 梯形臂 牵引杆 保险杠 前桥 、 后桥
汽车桥壳液压胀形工艺的研究及最新进展
了预 成 形管 在 不 同的 内压与轴 向进给 条件 下 的液
压胀 形 ，研 究 了预成 形对液 压胀形成 形性 的影响 ，
整体结构 ， 带动 管坯相 向运动 实现轴 向补料 ，称为
滑动模块 。中间模 块水平分模 为上下 两部分 ，分别 与上下 导板相连 ，称 为固定模块 。 采用 半滑动式 液压胀形 ， 滑动 模块将轴 向推力
Ｊ ｕｎ ｌｆ ｔｒ ｌＰｏｅｓ ｇ ｅｈ ｏｏ ｙ２ ０ ，６ （）３ ７３ ５ ｏｒａｏ Ｍａ ｉ ｓ ｒｃｓｉ Ｔ ｃｎ ｌｇ ，０ ５１８２：２ —３ ． ｅａ ｎ
２ ）提 出了胀压成 形工 艺，介绍 了汽车桥 壳胀 压成形 的过程 ，在普通液压 机上试制 出样件 。与传
［］苑世剑， ３ 王小松． 内高压成形技术研究及最新进展 ［ ． Ｊ 塑性工 ］
预测 了极 限变形 ，并与无 预成形管进行 了 比较 。文 献 【】用 有 限元分析 了椭 圆弯 管在 旋转式 拉弯 机 ２ 上 的成 形过程 。 苑世剑 教授对轿 车副车架液压胀 形 进行 了大量研 究， 为将预胀形 管坯横截面压 制成 认
收稿 Ｅ期 ：２ １－１１ ｔ ０ ２０ —２
有效施加 在管坯上 ， 同时承受 了管坯胀形 时 的大部
０ 前 言
汽车桥壳是汽 车 的主要承载 构件之一 ， 要求 具
有足够 的强度和 刚度 。 该类 制件几何尺 寸大 ，两端 与 中部截 面相差大 ，中问部分 （ 为桥包）形状 复 称 杂 ，横截 面上有 小的过渡 圆角 。目前 ，汽车桥 壳 主要用铸 造方法 、冲压焊接 方法制造 ，铸造件 强度 刚度较 大 、壁 厚分布好 ，但质量大 、费材耗能 、生 产有 污 染 ，而 且工 艺不 易控制 ；冲压 焊接 件质 量 轻 ，壁 厚单一 ，强度 刚度低 ，使用 中存 在漏油 、断 裂等现象 。 论上 ， 择一定规格 的无缝钢管用 液 理 选 压胀 形工艺制造汽 车桥壳 ，比铸造件轻 ，比冲压 焊 接件 性能高 ，制造 工艺节材环保 。 管材液压胀形 工艺 由于具有 简化制造工 艺、 减 轻制件 质量 、提高制件 强度刚度等优 点，已经 广泛 用于航 空 、 天和汽车等 领域 。 航 针对 形状复杂 的管 类件 ，需要先对 初始管坯进 行预成形 ，再进行 液压
轻型车后桥壳液压胀形仿真与试验研究
轻型车后桥壳液压胀形仿真与试验研究
李伟;韩英淳;史文库
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2007(000)009
【摘要】运用动显式有限元软件LS-DYNA对某1 t轻型车后桥壳液压胀形过程进行了仿真,针对后桥壳两次液压胀形时的胀形比、载荷匹配及摩擦力等因素对液压成型的影响进行了分析.通过厚度分布、轴向收缩量、内压力及轴向力的试验与仿真对比,验证了仿真结果的正确性,同时讨论了仿真与试验结果之间产生误差的原因.【总页数】4页(P55-58)
【作者】李伟;韩英淳;史文库
【作者单位】吉林大学;中国第一汽车集团公司技术中心;吉林大学;吉林大学
【正文语种】中文
【中图分类】U463.218+.5
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汽车驱动桥壳液压胀形试验的失效研究
汽车驱动桥壳液压胀形试验的失效研究
程文冬;王连东
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2010(000)003
【摘要】对0.75t汽车桥壳进行了液压胀形试验,分析了管件胀形的两种失效形式:胀裂和起皱.通过管件胀裂实验数据绘制出胀形极限图,并得到胀形系数和轴向应变之间存在线性比例关系Kr=l+δ-1.72ε2,揭示了管件材料的固有属性与外界加载条件对成形共同起着决定性作用.管件胀形中的起皱行为分为有益皱纹和有害皱纹.前者作为一种预成形方法能够为进一步成形聚集材料,管件成形的界限可得到扩大.【总页数】3页(P137-139)
【作者】程文冬;王连东
【作者单位】西安工业大学,机电工程学院,西安,710032;燕山大学,车辆与能源学院,秦皇岛,066004
【正文语种】中文
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[新技术应用]
汽车驱动壳液压胀形工艺研究
冲压焊接式汽车驱动桥壳，虽然较铸造桥壳具有重量轻，强度与刚度较好，制造成本较低等优势。
但其制造工艺过程繁琐，焊接工作量大，污染环境，产品的疲劳寿命低，且易发生渗漏。
因此，近三十年来世界各国皆致力于用无缝钢管通过胀形来制造驱动桥壳的技术开发。
具有代表性的有法国索玛公司的机械胀形与日本Terumori Ueda 等开发的液压胀形工艺[1]。
前者在我国已应用于工程机械行业；后者则因技术不太成熟，未能用于批量生产。
本文作者基于多年从事汽车零部件先进制造技术研究的工作基础，采用产学研方式，开发成功了轻型车驱动桥壳液压胀形新工艺[2]。
该成形工艺过程简捷，并且具有显著的综合经济效益。
1 液压胀形工艺原理及工艺力概算
驱动桥壳属于中央带凸肚的轴对称直长轴空收件（图1a）。
其中央凸肚（装差速器）的直径为D，两侧圆柱部分的直径为d，总长度为L，其中两侧圆柱段的壁厚为t。
通常这些参数之间的比例关系为：
D/d=2.5~3
L/D = 5~5.6
t/D = 0.055~0.06
1—桥壳本体2—三角形镶块3—钢板弹簧座
4—半轴套管5—前加强环6—后加强环7—后堵盖
a ) 1608 型农用车冲压焊接式桥壳
b) 整体式桥壳
图1 汽车驱动桥壳本体产品图
1.1 产品设计的改进
为了达到用液压胀形成形的目的，首先将原设计的冲压拼镶焊接的驱动桥壳，改进成整体式桥壳（图1b）。
从而省略了原设计中的三角镶块、下加强环及后堵盖等件，并大幅度减少了焊接工作量。
当然，整体式桥壳应满足于相关件之间的装配关系。
1.2 驱动桥壳液压胀形原理
用管坯液压胀形成形驱动桥壳的工作原理如图2 所示。
图2 驱动桥壳液压胀形的原理
将管坯2 置于滑动式组合模具3、4 闭合后的型腔中，在轴向由压塑柱塞2 施加轴向力Q1，同时由两端充入高压液体。
于是管坯便在液体内压力p 和压塑力Q1 的复合作用下，在中央形成胀形的凸肚。
因轴向压塑力作用使材料流入胀形区，至胀形的部位与模腔贴紧时，使可胀成整体式驱动桥壳。
由于管坯的初始直径与所要胀形的中央球形壳体的直径之比为1:3，用一次胀形难以达到。
故根据文献[3]和我们的实验研究结果，采用了较为稳妥的两次胀形工艺。
1.3 胀形成形工艺力概算
为了设计成形工艺与专用液压机，需事先对液压胀形的工艺力进行概算。
以图
1b 所示的1608 型农用车（CA1020 轻型车桥壳与其基本相同）的驱动桥壳为例，先将所用管坯的尺寸规格及材料的性能和实验参数列于表1。
表1 管坯材料的机械性能与几何参数
通过多次实验并参照文献[3]等，得出如下计算驱动桥壳液压胀形工艺力计算的经验公式：
（1）工作液体内压力计算公式
（1）
式中△h/D─—轴向压塑柱塞的相对行程；
m,k ─—经验系数，根据胀形件的特点取；
m = 50，k=600 。
代入有关参数后计算得出p = 4045MPa
（2）轴向压塑力Q1 的计算公式
（2）
式中β─—洛德系数，取β=1.15。
带入有关参数计算出Q1= 3216kN
（3）垂直方向合模压紧力的计算公式
（3）
式中F─—工件在模腔内的投影面积。
经计算得出Q2 = 4200kN。
2 驱动桥壳液压胀形工艺过程
基于上述胀形工艺力参数的概算，设计了专用胀形液压机与滑动式组合胀形模具，对轻型车与农用车的驱动桥壳进行液压胀形。
以1608 型农用车为例，所用钢管的规格为t= 4 mm，外径d = 114 mm 的热轧无缝钢管（GB8162－87），供货条件为退火状态。
2.1 首次液压胀形
将滑动上模3 与上模一同由液压机的提升缸开起，模具开启。
同时两个串联在一起的轴向压缩油缸退回。
这时将管坯1 放进下模中。
之后压机下行压紧下模；与此同时向管坯内充高压液油并将压塑柱塞5 沿轴向同步推进。
在轴向力Q1 与液体内高压p 的联合作用下，压塑柱塞至预定行程时，管坯中部即进行胀形，得到如图3b 所示的首次胀形件。
a) 液压胀形示意图b) 首次胀形得到的预成形件
图3 驱动桥壳的首次胀形
1—管坯2—上模3—可分式模块
4—滑动模镶块5—压塑柱塞
2.2 第二次液压胀形
如图4 所示，第二次胀形所用的模具结构与首次胀形的模具结构相同，只是成形模腔不同。
将首次胀形件经过酸洗处理后，放进开启的模具中。
再进行一次与首次胀形相同的胀形过程。
在轴向推进力Q1和内高压p 的联合作用下，管坯中央进一步胀形并贴满终成型模具腔。
至此得到了所要求的桥壳中央球形壳体。
1—管坯2—上模3—可分式模块
4—滑动模镶块5—压塑柱塞
a）液压胀形示意图
b）最终得到的胀形件
图4 驱动桥壳的第二次液压胀形
在制定胀形成型工艺时，两次胀形时管坯中央部分直径的扩大率控制在50%以内，从而避免了破裂。
实际胀形所用的力能参数见表2。
表2 1608 型驱动桥壳液压胀形的主要力能参数
最终得到的胀形件还需要在卧式液压机上进行缩径，使管坯中央桥壳的两侧圆柱部分的外径为72mm。
3 产品质量与经济效益分析
3.1 液压胀形的整体式驱动桥壳质量好
用无缝钢管采用液压胀形式工艺生产的整体式驱动桥壳质量明显优于冲压焊接
式桥壳。
（1）产品的疲劳寿命大幅度提高
将液压胀形的整体式驱动桥壳，按照标准JB3803－84《汽车驱动台架试验方法》进行台架试验，考核桥壳的疲劳寿命。
台架试验结果表明，该类桥壳的垂直弯曲疲劳寿命大于120 万次，远远高于标准要求的中值寿命80 万次。
（2）产品的静扭强度与刚度高于冲压焊接式桥壳。
（3）由于该产品无焊缝，消除了渗漏油液现象，而且产品外观质量好。
3.2 经济效益分析
采用液压胀形新工艺生产驱动桥壳，具有显著的综合经济效益，并且具有无废料、节约工时费用等优点。
下面对经济效益加以分析。
（1）节材效益显著
液压胀形工艺的材料利用率为95%，而冲压焊接工艺的材料利用率为70％~75%。
具体的两种工艺材料消耗对比见表3。
表3 液压胀形工艺与冲压焊接工艺耗材量对比
（2）节约能源
经统计分析，液压胀形工艺比冲压焊接工艺，每生产1 件桥壳节能为：
节电11kWh，节约电费8.8 元。
节约气体效益6 元。
合计节能效益14.8 元。
（3）节约工时费与工人工资
采用新工艺后驱动桥壳的生产工序由11 序减为6 序。
大大缩短了制造工艺过程，减少生产工人与检查人员12~14 人。
此项可使每件节约资金1.2~1.5 元。
（4）节约工艺设备与工艺模具投资
主要工艺设备减少2/3，工装模具减少50%。
摊销至每件可节约费用7 元。
综合上述各项每件可节约资金100 元。
若年产10 万件驱动桥壳，则新工艺可创年节约资金1000 万元的综合经济效益。
4 结论
采用液压胀形工艺用管坯制造汽车驱动桥壳，能快速简捷的生产整体式驱动桥壳。
产品质量明显优于冲压焊接式桥壳。
新工艺具有显著的节材、节能与节约制造工时等综合经济效益，并且具有绿色制造特征，无油气污染。
本工艺技术先进，稳定可靠。
通过更换模具可实现3T 以下轻型车的驱动桥壳系列化生产。
本工艺具有自主知识产权，较文献[1]的工艺更为先进、简捷。
主要表现在首次液压胀形时不需要中间控制模，同时采用20GB699-88 材质的管坯胀形时，两次胀形工序之间无需退火处理。
本研究工作得到了吉林省科学技术委员会与吉林省辽源重型机械厂的资助与支持，在此一并致谢。