汽车液压成形扭力梁同步工艺分析

邓国朝刘裕中

摘要:本文主要针对在设计阶段开展液压成形扭力梁同步工艺分析，主要包括产品截面分析、预成形分析、液压成形分析，通过改变工艺补充，解决了扭力梁过渡区域的起皱问题。通过优化产品圆角，解决过渡区域产品贴模不到位，并最终得到合格的分析结果。同时也对冲压方向、预成形导向角、内压力与冲头行程关系的确定方法做了阐述及说明。最终通过此次同步工程分析，提出合理的产品数据优化方案以及成形工艺方案。

关键词:扭力梁；预成形；液压成形；同步工程

液压成形扭力梁具备较好的抗弯刚度以及扭转屈服[1]，与传统采用单层板冲压成型相比较，成本可以保持持平，因此已经有越来越多的自主品牌汽车企业使用液压成形扭力梁，替代单层板冲压成形加稳定杆的结构形式，对某车型将冷冲压变更为液压成型扭梁方案进行分析。用1个液压成型件替换掉3个冲压件及1个稳定杆，如图1所示，可以实现减重2.1Kg，可见液压成形扭力梁的减重效果较好。

与冷冲压方案相比，液压成形扭力梁具有较大的减重意义，但是液压成形扭力梁成形性更为复杂，是一种完全不同于冷冲压的成形方法。国内相关同步分析资料少，缺乏标准规范。本文通过某项目扭力梁的同步工艺开发，对液压成形扭力梁同步工艺设计进行归纳。

一、液压成形扭力梁产品结构分析

1.1液压成形扭力梁截面周长分析

由于液压成形扭力梁是由直管变形后得到，因此扭力梁的各个断面的形状及截面周长将直接影响其成形性，通过对各个典型截面的分析，可以初步判断其成形性，如图2所示。

选取扭力梁典型截面，如图2所示。A-A截面周长354.9mm，C-C截面周长378.9mm，D-D截面周长357.4mm，以D-D截面周长作为设置初始管径的大小依据。A-A与D-D截面周长基本与初始圆管周长相当，其成形性较好。而C-C截面比初始管周长长约20mm，涨形率约为6%，材料处于拉伸状态，存在局部贴模不到位的情况。[2]

1.2工序及材料分析

扭力梁截面形状变化比较复杂，按常规做法，其主要成形工序设定为制管、预成形、液压成形、端头激光切割。

管坯的材料为QSTE420，材料参数如表1所示，管材初始直径为112mm，壁厚为3.0mm。

2.3导向面的确定

如图3所示坯料在进入模具前需要在导向面上进行滑动，随着凸模的下压，圆形管坯由外凸逐渐变成内凹状，导向面的角度α1、α2决定坯料流动的快慢，如图5所示，导向角小产品进料较快，管坯被机械挤压内凹变形时，圆角部位容易起皱。导向角大，管坯材料流向凹模困难，圆角部位减薄严重。因此选择合理的导向角度，对预成形工序具有重大意义[3]。

2.4预成形分析结果

如图7所示，为预成形分析模型。预成形后，在产品过渡区域两侧位置出现起皱。如图8所示，此处起皱产生的原因，有两个方面，首先是截面A-A周长较小，局部存在多料，其次是如图9所示，产品端头存在下压，在预成形过程中挤压端部材料，导致起皱出现。虽然此处起皱未发生在产品面上，但是仍会导致液压成形是发生咬边，导致破裂。因此在预成形时因避免此处起皱。

如图14所示，液压胀形后在截面A-A位置，4个小圆角区域均未贴模到位，最大间隙距离3.2mm。在截面B-B位置，4个小圆角未贴模到位，最大间隙距离1.0mm。这是因为产品圆角越小，所需要的内压力也将越大，200Mpa的产品压力将无法满足此部分小圆角在成形需求。

图14贴模量

3.4液压成形贴膜不到位解决措施

由于最大内压力已达到200Mpa，继续提升内压力将会造成制造成本及设备负荷压力增加，且扭力梁尚处于设计阶段，优化产品形状以适应制造需求是最优选择方案，因此提出对产品进行优化，对无法贴模区域增大圆角半径，如图15所示，优化产品圆角后，重新分析贴模量如图16所示，最大贴模距离为0.7mm，满足产品公差要求。

四、结论

1)选择合理的冲压方向及预成形导向角度，对保证预成形之后两侧材料的流料状态，以及最终的预成形结果具有重要意义。

2)通过在端头过渡区域增加合理的工艺补充凸包，增加截面周长，可以解决局部的起皱问题。

3)设置合理的内压力与冲头行程曲线，对液压成形结果具有重要意义。总体原则是在内压力较小时，左右冲头快速补料，在内压力大时左右冲头补料速度降低。

4)通过液压成形精确CAE分析可以预测由于产品设计不合理导致的贴模不到位等缺陷，并针对这些缺陷提出合理的优化措施。

参考文献

[1]苑世剑.现在液压成形技术[M].北京:国防工业出版社，2009:36－37．

[2]预制坯形状对扭力梁内高压成形的影响分析韩聪，张伟玮，苑世剑，赵福全，丁勇，曹伟[J].材料科学与工艺2011.81-5.

[3]汽车扭力梁充液成形技术研究郎利辉，田鹏，程鹏志，孔德帅，罗璇，邹卫东[J].锻压技术2014.425-30.

[4]扭力梁内高压成形的起皱行为韩聪，张伟玮，谢文才，苑世剑[J].哈尔滨工业大学学报2013.186-88.