大截面变化率汽车排气管的多工步液力成形工艺

摘要: 为解决某乘用车大截面变化率排气管的整体制造难题，以439 铁素体不锈钢管作为研究对象，基于eta /DYNAFORM 建立了包含合模、补料、成形、整形在内的液力成形过程的有限元模型。并与实验相结合，研究了关键工艺参数对成形质量的影响规律，设计并优化了液力成形加载路径。结果表明，加载路径对排气管的壁厚分布和减薄率有显著影响。第1 道次下，经响应面法优化后得到了成形压力、整形压力、轴向补料位移所组成的加载路径，所得到的零件最大减薄率为15. 3%。第2道次下，优化后的最大减薄率为5. 0%。第3 道次下，优化后的最大减薄率为5. 2%，以上3 道次优化前的累计最大减薄率为31. 5%，优化后的累计最大减薄率为23. 7%，降低幅度为24. 7%。最终通过实验验证证实优化后的液力成形工艺显著降低了零件成形开裂风险，并获得了质量优异的大截面变化率整体汽车排气管零件。

【作者】岳峰丽，段轶群，徐勇，张士宏，王卫星，陆翰，李博

排气管通常是一种具有复杂截面结构特征的空心构件，具有尾气催化、隔音降噪等诸多作用，在汽车领域乃至化工、航空航天、机电等领域都有广泛应用［1 － 2］。排气管的传统加工方式通常是通过分块冲压后再拼焊组合，该工艺存在工序多、效率低、成形质量差等问题。液压成形技术是一种现代先进塑性成形技术，采用柔性介质直接作用于管坯内部进行成形，属于软模成形工艺，可显著提高零件的成形能力和成形质量。通过液压成形工艺整体成形，可降低生产工序，避免二次操作( 如焊接、连接及装配) ，减少了零件和模具数量，实现了更低成本的零件设计［3 － 6］。20 世纪90 年代，德国首先将液压成形技术引入汽车零部件的制造过程之中，液压成形工艺因具有轻量化、便捷加工、节约成本、提高零件的优质率、降低油耗等特点而被广泛应用于汽车零件的制造领域［7］。然而，排气管的液压成形是一个复杂变截面的胀形过程，在成形压力等参数与补料长度控制不当的情况下，极易出现起皱、破裂、截面畸变等缺陷。近些年一些学者提出了液力成形技术，管件液力成形技术是一种先进异型管件制造技术，不同于液压成形技术，液力成形技术在模具与冲头的配合作用下为管材提供径向与轴向压力，改变管材在成形过程中的应力状态，且管材内的压力既为管材塑性成形提供了动力，也为冲头的进给提供了支撑力［8］。