汽车桥壳机械式胀形工艺研究

郭喜来

摘要：汽车桥壳生产是一项精密度、技术性要求非常高的工艺。机械式胀形铸造工艺相比传统式工艺技术难度更低，产品刚性增加，耐久度提升，是汽车生产制造的理想发展方向。本文针对这一工艺进行了理论探讨，总结了这一工艺的生产方法，为汽车桥壳的工艺优化发展提供了借鉴和参考。

关键词：汽车生产；汽车桥壳；机械工艺

随着社会的发展和经济的腾飞，汽车生产制造已经成为国民经济的支柱型产业。汽车的车桥是汽车生产中的关键环节，而桥壳是车桥生产的关键，桥壳工艺关系着整车的成形质量、刚度、耐久度，对于桥壳工艺的优化研究，是减少生产消耗，提升资源利用率和提高汽车品质的绝佳途径。本文研究对象是建立在塑性变形理论之上的胀形工艺，这种工艺避免了铸造工艺下的材料浪费和技术要求高的缺点，也避免了冲压工艺下能耗能、工序复杂的缺点，其效率高、效益高，密封性强，更有利于汽车工业的发展，因此本文的研究具有极强的现实意义和理论价值。

一、机械式胀形工艺理论

（一）胀形工艺概述

机械式胀形工艺是依靠对原材料进行一定程度的拉伸使其变形，在压力下使材料发生外扩膨胀进而制造成预先设定的外形。机械式胀形工艺不仅能够对整个材料进行扩胀，也能对局部某个地方进行定型扩胀。

胀形工艺的分类比较多。根据胀形工艺的用具可分为刚性胀形和利用聚氯乙烯、石蜡等软膜的胀形；根据胀形的方式可分析自然的胀形、复合的胀形等。自然胀形即是根据胀形材料自身的性能变形。轴向的胀形是在材料自身性能基础上，对爱恋进行轴向的压力。复合的胀形是在之前二者的基础上，再径向反压；根据胀形管坯的条件又可分成封闭式的胀形和扩孔式的胀形。封闭式胀形属于应用比较广泛的工艺，管坯没有预制孔，利用压力对管坯进行扩胀。扩孔式胀形是管坯留有预制孔，利用芯模来对管坯进行力的作用。

（二）机械式胀形工艺的原理

在胀形工艺中，自然胀形主要依靠原材料自身的拉伸变形来完成的。胀形位置承受双向的拉应力和双向的拉伸，单侧的压缩。这种应力状态下原材料会发生扩胀变形。在轴向的胀形中，作用力不仅包括了自然胀形的作用，也包括了轴向的压缩变形，其应力状态是拉伸和压缩的平面应力状态。

胀形应力状态下，材料会发生一定程度的塑性变形。这种变形能够使扩胀部位发生薄厚的改变，也能提升胀形的极限。在胀形工艺中，胀形力度太小无法获得理想的效果，胀形力度大则会出现刚性下降，质量下降甚至材料损坏的现象。

在胀形工艺中，关键环节是控制胀形的程度。胀形的程度利用胀形系数来表示。胀形系数越大则变形的效果越大，反之则变形程度越小。若变胀形系数超过了材料的极限就会发生材料损坏，导致胀形失败。

二、汽车桥壳机械式胀形工艺的特点

（一）预制孔下的扩孔式脹形

汽车桥壳机械师胀形工艺是根据汽车桥壳外形而形成的加工工艺，工艺的原理在普通胀形工艺原理的基础上增加了特殊的外形变形特点。也就是说，汽车桥壳机械师胀形需要在管坯进行预制扩孔，从而形成汽车的桥壳外形。为了形成特定的桥壳，需要在管坯开预制孔，利用默剧对预制孔进行胀形。

根据汽车桥壳加工中的模具具体情况，机械式胀形也分为直接扩孔胀形和芯模扩孔胀形两种。直接扩孔胀形是模具可直接作用与预制孔。芯模扩孔胀形是利用芯模作为扩孔胀形的扩胀芯，利用模具的运动使得芯模向外发生扩胀力从而产生胀形。

（二）工艺难点

汽车桥壳机械式胀形工艺需要满足预制孔的扩胀要求，预制孔和突出的外径需要满足桥壳制造的尺寸，也有满足桥壳制造中对于材质薄厚、大小和刚度、耐久度的要求。因此，在整个胀形工艺中，工序明确也复杂，对于技术性和精密度的要求极高。

三、汽车桥壳机械式胀形工艺应用

（一）汽车桥壳机械式胀形工艺介绍

利用桥壳的外形特点，在缩径工艺和管坯的预制孔之后，利用胀形工艺将原材料特定位置进行扩胀，达到汽车桥壳制造所要求的尺寸，再进行组建的焊接和加装，最后校正和整形满足桥车桥壳的要求完成桥壳制造。

在原材料上进行预制孔的制造，预制孔的大小和形状根据汽车桥壳制造的具体要求选择长圆形或者椭圆形等。长圆孔预制需要保证原材料周边的薄厚要求，满足后期组件焊接的刚性要求。完成胀形时，牙包的外部与模具贴合，原材料的长度要等于制件外部的长度。若预制孔的制作不合理，那么会导致胀形发生材料的撕裂、断裂，导致胀形失败。在完成预制孔之后，对口的周围进行修正，焊接三角板，完成其他组件的安装。

（二）有限元模型的建立

建立汽车桥壳机械式胀形工艺的有限元模型需要利用DEFORM3D软件进行仿真模拟。利用软件自带的材料和模型，去进行仿真试验，模拟材料的工艺、效应力变化、应变力分布和荷载力变化等。同时需要注意的是，利用有限元模型来进行模拟时，只能分析出管坯的拉裂、拉伸等效果，无法分析其具体的现象变化，因此也需要进行物理实验。

利用软件建立汽车桥壳机械式胀形工艺的三维模型，选择具体的材料幸好和财力模型，包括材料的截面尺寸、长度、开口半径、中心距离和进给速度等。

（三）有限元模型结果分析

机械式胀形工艺的预制成形工序中，由于材料变形的部位多位于管坯切口两边和中间，随着芯模的运动，管坯逐渐和芯模贴合，等效应力逐渐增加。物理实验中的结果也能验证结果的准确性。管坯的受力主要位于管坯的切口两边和中间位置，与等效应力分布相应。

在成形的过程中，随着胀形的进行，应力值也逐渐增加，同时材料发生断裂的风险也增加。拉应力增长，材料断裂的风险增加。因此需要结合物理实验对其进行合并验证。管坯在成形中，管坯的轴距降低，应力变化也逐渐复杂。计算出轴距是桥壳机械式胀形工艺的重点。若发生了断裂、起皱那么胀形则失败，产品也无法进行后期加工。因此在机械式胀形工艺中，在芯模推进的过程中，管坯两边位置不增加限制，管坯两边向管坯中间的补给自由，降低了切口的受力，避免材料的断裂和起皱。在完成胀形工艺之后，牙包的外部和模具贴合，管坯的长度应当与制件外部的长度相当。机械式胀形工艺，管坯轴距减少，当胀形成形到三分之一时，管坯的轴距缩短量呈现线性降低，这时利用拟合计算得到减少的具体数学曲线，从而能够更加精确的控制胀形的尺寸和形状。

总结

汽车桥壳机械式胀形工艺相对于传统工艺其成形的效果更好，加工的效率更高，且能够多次重复利用，降低了胀形的成本，有利于汽车加工的效益增加，是汽车加工企业生产工艺优化的方向，也是现代汽车工业发展的主要趋势。

参考文献

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