某车架纵梁内高压成形工艺数值仿真分析研究

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1、—————————————————————————————————————某车架纵梁内高压成形工艺数值仿真分析研究—————————————————————————————————————NumericalSimulationStudiesonTubeHydroformingforaFrameSideRail作者姓名：王碧专业名称：机械工程（车身工程）指导教师：刘海鹏副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要某车架纵梁内高压成形工艺数值仿真分析研究管材内高压成形技术作为一种制造空心轻体构件的先进制造技术，当下已成为

2、塑性加工领域中的热点研究方向。但作为一门相对年轻的技术，其成形机理十分复杂，国内外尚无太多的理论知识和经验可以借鉴。内高压成形技术的迅猛发展得益于其在汽车制造业中的应用价值，而采用管材内高压技术生产的汽车零件多为复杂空心管件，截面及轴线形状多变，因此开展复杂管件内高压成形技术的研究，具有重要理论及实际意义。本文对有轴向和没有轴向进给两类管件的内高压成形工艺加以阐述，采用理论计算与有限元数值仿真分析相结合的方法，对不带轴向进给的预成形管件进行深入分析，探索内高压成形内在规律及工艺控制策略。基于金属塑性理论，揭示了内高压成形工艺中各基

3、本成形参数的理论计算公式，其中包括了摩擦系数、胀形压力、最大整形压力、左右轴向进给量、加载路径形式及合模压力等主要工艺参数。根据所研究车架纵梁的成形特点，建立了与其成形特点一致的弯曲轴线方管有限元模型作为简化力学模型。对简化力学模型内高压成形过程进行研究，观察管坯材料的流动趋势、壁厚变化规律，总结管坯尺寸、加载路径、摩擦系数等参数对成形的影响，掌握这些主要成形参数的取值范围以及这类管形件内高压成形的工艺设计准则及工艺控制策略。随后,针对典型的预成形无轴向进给类管件—皮卡车架管形纵梁的内高压成形过程进行了数值仿真分析。建立了管形车架

4、纵梁“两次预弯—预压—内高压胀形”多工序成形的有限元模型，针对预弯曲及预压工序对最后内高压胀形工序成形性影响明显等工艺特点具体设置参数。在预弯曲及预压成形工序中，针对本文中管形车架纵梁的预成形要求,提出带管内压力的预成形方法,以较低的内压载荷成形过渡圆角并提高壁厚分布的均匀性。管材内高压胀形过程具有多重非线性、动态性特征，内部压力和轴向进给量之间匹配关系复杂，难以得到简明的关系函数表达式。如果两者匹配不当，液压胀形中起皱和破裂等成形缺陷的出现频率将很高，所以加载路径如何选取是管材I内高压胀形的重点研究内容。由于有限元数值仿真技术的

5、高效性及准确性，以数值仿真为手段的目标分析优化得到广泛应用。因此，本次研究将使用有限元数值仿真法，对管形车架纵梁的内高压成形过程进行仿真分析，以期获得理想成形结果。最终将原车架纵梁结构与新设计的管形车架纵梁结构进行力学性能比较，验证此设计的可行性。关键词管材内高压成形，矩形截面变径管，有限元数值仿真，高强度钢IIAbstractNumericalSimulationStudiesonTubeHydroformingforaFrameSideRailTubehydroforming(THF)isanadvancedprocessof

6、formingclosed-section,hollowpartswithdifferentcrosssectionsbyapplyinganinternalhydraulicpressureandadditionalaxialcompressiveloads.Inthepastfewyears,ithasbeenrapidlydevelopedasaremarkableresearcharea.Butitisstillnotfullyimplementedinthedomesticindustryduetoitscomplexi

7、tyofprocessandshorthistory.Inparticular,tubularhydroforming,whichmakesonestepformingofcomplexclosedhollowpartspossible,iseffectivelyusedforhighvolumapplicationinautomotiveindustrybecausevariousclosedsectionsresultinginthehighestbendingandtorsionalstiffnesssectionalsha

8、pecanbeeasilyformedbyuseofthistechnology.Inthispaper,thehydroformingofstraighttubewithaxialfeedingandhydroformingofbendedtub