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汽车扭力梁纵臂多工步成形数值模拟及试验研究

刘忠利  
【摘要】:作为一种制造复杂空心构件的成形方法,管材多工步成形技术逐渐成为实现汽车轻量化的有效途径。本文以具有复杂截面及三维弯曲轴线的汽车扭力梁纵臂为研究对象,采用理论分析、数值模拟与试验验证相结合的研究方法,系统分析了弯曲成形、预成形和内高压成形过程中的弯曲半径、芯轴、弯曲回弹、加载路径及摩擦系数对成形件的影响,并对设备合模力、应变分布、缺陷控制方法进行了研究。最终试制出尺寸精度和形状精度均符合要求的汽车扭力梁纵臂。首先,通过分析扭力梁纵臂的结构特点,确定成形工艺方案为:弯曲、预成形、内高压成形,成形方式为:一模两件;原始管坯长度+6//,管坯直径36//,壁厚6//;内高压成形过程中,初始屈服压力(6-'(,整形压力("6-'(,合模力0"6-7。然后,由单向拉伸试验,本文获取了8的材料参数,利用得到的本构关系及相关参数对纵臂的弯曲成形、预成形、内高压成形进行了数值模拟。模拟结果发现:弯曲半径为//且不填加芯轴时,成形件壁厚减薄率最小为-9;预成形过程中,当上模位移为//时,管件成形效果最佳,最小壁厚为-//,减薄程度最小且未出现明显的压溃现象及截面畸变;内高压成形工艺模拟过程中,采用阶梯加载路径,摩擦系数设置为-并不进行轴向补料时,最终成形零件最大减薄率为-9,最大增厚率为-9,壁厚分布均匀且无明显缺陷。此外,通过采用不同合模力加载方式,对模具变形及应力分布进行了数值分析。结果显示:采用线性变合模力加载时,模具的总体变形、,向位移及等效应力均小于恒定合模力加载。最后,基于数值模拟结果,本文对扭力梁纵臂的弯曲成形、预成形、内高压成形过程进行了试验研究,采用网格应变分析的方法,对典型位置进行了应变分析。试验结果表明:纵臂壁厚分布均匀,零件基本完全贴模且无起皱、破裂和咬边等缺陷,满足工况要求,从而验证数值模拟的正确性及对试验过程的指导意义。


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