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摘要：目的是适应负载，安装空间和轻巧的要求，汽车的扭矩光束倾向于将其设计成空心的封闭可变截面高强度钢结构，但是高强度钢的形成具有较大的反弹和低形成精度的缺点。解决此问题的方法，使用数值模拟和实验方法来对780 MPa超高强度钢的扭矩梁进行高压形成研究，重点是预制空白对高压形成的影响扭矩梁的仪表，并使用响应表面模型优化了预制空白，并获得了最佳的预制空白形状。在此基础上，研究了加载路径对扭转束中高压形成过程的影响。结果，当扭转束的预形压为62.2毫米，较低的模具引导角度为29.2°时，获得了最佳的预制空白形状。在随后的内部高压形成过程中，支撑压力太小或喂养量太大，导致测试末端的皱纹缺陷；支撑压力太大或喂养量太小，喂养主要集中在末端，这将导致大型膨胀。数量面积很小。当使用饲料量为8％的加载路径时，可以有效地改善壁厚的分布，并可以避免皱纹缺陷。结论，预制空白的合理形状可以有效地避免在超高强度钢扭转梁的高压形成过程中的闪光缺陷，而加载路径控制则是避免皱纹缺陷和在高压形成过程中过度变薄的过程扭矩横梁，并改善形成极限和零件。形成精度的重要方法。
关键字：扭转束；内部高压形成；预制；高级高强度钢
轻型技术采用新的形成过程来优化汽车零件的结构设计，或者使用轻质材料来减轻汽车车身的重量，同时确保汽车的全面性能指标，以实现减轻体重，节能，舒适，舒适，舒适，舒适，舒适性，阻力和阻力。碰撞和环境保护的目的。轻巧的材料主要包括低密度合金，例如铝合金和镁合金以及先进的高强度钢。其中，铝合金和镁合金相对昂贵，设备投资也很大，因此钢仍然是人体制造的主要材料。高强度钢符合高强度和高表现性的统一性，轻巧和碰撞安全的统一以及高性能和低成本的统一。目前，这是汽车车身制造的重要轻质材料。优化汽车零件的结构设计并采用新的成型过程是当前身体制造项目的另一个重要开发方向。尤其是轿车后悬架装置中的扭转梁是使用内部高压形成技术制造的。他们不仅使原始性能指标保持不变，而且还可以减少体重和节省空间，这符合当前汽车设计概念中的轻量级要求。
汽车后悬架装置中的扭转束部分是汽车半独立的后悬架装置中最重要的组件。它在减慢车辆的颠簸并确保转弯时的安全性方面起着非常重要的作用。因此，扭转束的耐用性，扭转强度和扭转刚度是整个后悬架系统的最高优先任务。尤其是良好的形状设计可以获得适当的应力分配，从而避免压力集中并延长使用寿命，因此在制造项目中的汽车体中，扭矩梁零件的理性设计也是当前身体设计师最关注的问题之一。
典型的扭转梁具有两种主要形式：开放形的V形或U形结构和闭合的管状结构。前者主要依赖于厚度为5〜10毫米的钢板的一次性冲压，考虑到组件和焊接通常需要一定的法兰宽度。另外，固体稳定杆结构被夹在冲压板的中间，这是在曲线过程中保持车辆平衡的功能。这种方法的优点是它可以确保扭转束本身具有足够的扭转强度和扭转刚度，但缺点是它具有较大的质量。然后，扭转束的形状从V形到H形发展。同时，为了确保安全性，凹槽内置了稳定杆。它的功能，原理和典型的优势和缺点与V形相一致。为了减轻重量，去除稳定杆已成为主要问题，因此扭转束的形状成为半圆形弧形。扭转束的凹槽不再包含稳定杆，而是使用厚度为10mm的锻造通道钢。扭转束的总体弯曲和扭转强度得到了增强，并且形成方法可以相对降低重量。
尽管与弯曲模量和扭矩方面相比，与开放式扭矩梁相比，用封闭截面的冲压焊接过程形成的扭矩光束得到了极大的改进，考虑到焊接法兰必须保留用于冲压焊接，但焊接的强度也是如此非常强大。很难确保；管状扭矩梁可以克服开放形扭矩梁和盖章焊接零件的缺点，还可以达到减轻体重和寿命的要求。由于零件的横截面是一个封闭的结构，因此它不仅可以提高整体结构部件的强度，刚度和弯曲模量，而且还可以改善结构连续性并减少重量。充分利用可变截面空心零件的优势，并使用刚性的核心模具冲压工艺或内部高压形成过程来制造扭转束，这是扭转束制造业的当前开发趋势。
本文采用数值模拟和实验方法来对超高强度钢扭转梁中的高压形成进行研究，重点是研究预制空白对扭转束内部高压形成的形状的影响，并采用响应表面模型来优化预制空白的形状。获得最佳预制空白形状。在此基础上，研究了加载路径对内部高压形成过程的影响，并成功地开发出了780 MPa高强度轿车的总体闭合可变横截面扭转束。
1过程分析和成型方案
1.1零件特征和横截面分析
图1显示了扭转束的数字模式和典型的横截面形状。管配件是V形结构，AA截面为对称表面，部分是对称的左右，零件的轴是空间曲线。轴向的横截面变化，横截面变形度很大。梯形横截面形状从末端到中间V截面形状变化。沿拟合轴的横截面的宽度也有很大变化，最小宽度为90毫米，位于V形区域，最大宽度为120 mm，位于末端区域。
1.2管道肿胀性能测试
管子的初始材料由超高强度钢圆顶制成700mc，直径为101.6毫米，壁厚为2.8毫米。通过使用肿胀测试方法获得管道的机械性能。最终约束方法在测试过程中使用。在加压过程中未添加进料。选择不同的长宽比进行肿胀性能测试。根据测量的测试数据，计算管道的屈服强度δs为796 MPa，拉伸强度ΔB为865 MPa，伸长率为19.1％，硬化指数n值为0.06，材料强度系数K值K值为1050 MPA。
1.3过程解决方案设计
根据扭转梁零件的特征，主要形成过程包括两个典型的过程：预成型和内部高压形成，如图2所示，还包括辅助过程，例如切割和终端切割。扭转束的预制主要是指横截面形状的预形成，该形状通过机械挤出来预示管道的横截面形状。尽管内部高压形成过程是通过高压液体的作用形成毛坯，并形成内部高压。模具粘合以形成最后一部分。在所有形成过程中，预制过程是形成扭转束的关键过程。预制的主要目的包括三个方面：首先，预先构造管道空白钢材切割 算法，以确保管道高压形成过程的平滑成型，并避免出现闪光和其他缺陷；其次，材料的预先进行和合理的分布，以使管子沿圆周方向的材料分布，确保内部高压形成过程中变形的均匀性和一致性，并避免局部过渡稀疏甚至诸如局部过渡的缺陷破裂；第三，它是要提前变形，减少内部高压形成过程的形成时间并提高生产效率。
2在扭转束中高压形成的数值模拟
2.1数值模拟模型
扭转梁中高压形成的数值模拟采用有限元程序LS-DYNA，重点是预先形成的毛坯形状参数的变化对扭转束中高压形成过程的影响。图3显示了扭矩梁预制和内部高压形成的有限元模型。其中，模具被定义为刚体，管式空白单元类型采用-tsay壳元素，该元素分别为30 123个单位。在内部高压形成期间使用摩擦，模具和管子空白之间的摩擦因子为0.1。内压均匀地分布在管子的内表面，并线性增加到200 MPa。
2.2缺陷预测
如果预成型是不合理的，则会发生逃跑。如图4所示，在模具关闭过程中，测试片将产生严重的飞行现象。金属不能进入霉菌腔并积聚在霉菌分裂的表面上。在这种情况下，这种情况无法做到。继续执行内部高压形成过程，并严格避免在实际生产中类似现象。否则，不仅会取消形成的产品，而且闪光灯还会对模具造成极大的伤害。这种闪存缺陷的主要原因是，管布的原始直径大于扭力梁霉菌腔的横截面宽度，这会导致金属在模具关闭过程中留在霉菌分裂表面之外。因此，对于扭转束的内部高压形成是合理的。预制的形状非常关键。接下来，将使用响应表面模型优化扭转束前的形状。
2.3预制的空白形状优化
由于样品的最小宽度为90毫米，毛坯的初始直径为101.6 mm，因此需要通过预制来确保后续模具夹紧过程的平稳进展来将空白的宽度降低到一定范围。图5显示了用于预成型空白的形状优化的参数模型，其中包括2个优化的设计参数：下模具较低的指导角度α和上部模具的向下距离H。下部模具引导角是指V形下部模具和垂直方向的侧壁之间的角度，并且上模具的下距离是指距离上模具底部的距离接触管道并开始计算压力。目标函数在内部高压后采用扭转束的最小壁厚，其功能表达如下：
使用响应表面模型采用了优化解决方案的设计。 2个优化参数分布在5个级别上，值分别为-√2，-1、0、1和√2。表1显示了相应的优化参数及其形成参数。通过计算软件创建的组合设计矩阵和仿真响应值在表2中显示。
根据响应值的方差分析，评估了数学回归模型和响应值的变量。建立用于说明的多元二次回归模型，最小厚度可以表示如下：
图6显示了两个参数对响应值的影响的三维响应表面图。从图6中可以看出，存在一个明显的峰，这表明该模型中的响应值不会在参数范围内单调变化。根据遗传算法方法，软件用于获得最佳的预制空白形状。最佳模具传导角为29.2°，上模的最佳压力距离H = 62.2 mm。图7显示了最佳预制空白形状。
2.4加载路径优化
在内部高压形成过程中，加载路径通常包括三个方面：夹紧力与加载时间之间的关系；内部压力与加载时间之间的关系；轴向进料与内部压力之间的关系。图8是扭转束高压形成过程中的载荷路径，其中图8a是模具夹紧力的变化曲线和随时间的内部压力，使用可变的模具夹紧力钢材切割 算法，即内部压力随着模具夹紧力的变化，并且在早期阶段加载，设备提供了较小的夹紧力。随着内部压力的增加，夹紧力逐渐增加，总是大于内部压力产生的反作用力。可变的夹紧力加载方法可显着避免长时间在高压力状态下的内部高压形成模具，并改善模具的疲劳寿命。图8b显示了在成型过程中轴向进料与内部压力之间的匹配关系，其中最初的内部压力用于避免轴向力引起的屈曲。
3在扭矩梁中形成高压测试
3.1形成模具
图10显示了扭转束预形成和内部高压形成模具。模具包括模具座椅，模块，水平缸，压力轴承块，导柱和导套管等。如图10a所示，预先形成的模具安装在200吨预制机器上，如图10a所示，内部高压模具如图10b所示，安装在6000吨内部高压成型机上。
3.2形成过程和典型缺陷
当预成型的形状不合理时，内部高压形成成型过程以及V形截面和管道配件之间的末端部分之间的过渡区域将发生闪光缺陷，如图11a所示。在内部高压形成过程中，当轴向进料大于8％时，皱纹缺陷将出现在末端过渡区域。即使使用了很高的形状压力，也很难消除皱纹，如图11B所示。只有当合理的预制空白形状和合适的载荷路径才能形成扭矩梁中的合格高压零件。如图12所示，它是扭矩梁形成过程中的各个过程零件，包括管道空白和预制零件以及内部高压形成零件。
3.3形成精度
图13显示了内部高压形成后扭转光束的形成精度。形成精度定义为设计尺寸和实际尺寸之间的差异。轴向进料可显着改善每个部分的尺寸偏差。当没有轴向进料时，最大尺寸偏差为2.7％，位于末端位置；当轴向进料为4％时，最大尺寸偏差会降低至1.5％，当轴向进料增加到8％时，整个扭转束的尺寸偏差在可接受的0.5％范围内。
如图14所示，获得了4个典型部分的尺寸测量值，并获得了诸如典型截面的长度和宽度和圆角的半径之类的参数。方向为89毫米，垂直方向的最大长度为67.2毫米。横截面FF水平方向的最大长度为108mm，垂直方向的最大长度为74.2mm。横截面GG横截面的最大长度在水平方向上为110.6 mm，垂直方向的最大长度为76.2 mm。横截面II水平方向的最大长度为121.2 mm，垂直方向的最大长度为80 mm。每个横截面大小都符合形成准确性的要求。
4个结论
使用数值模拟和实验方法，进行了780 MPa超高强度钢的高压形成，重点是预先形成的空白形状对扭矩梁中高压形成的影响，以及响应表面模型用于优化预制空白的形状。获得了最佳预制空白形状。在此基础上，研究了加载路径对扭转束中高压形成过程的影响，并获得了如下的结论。
1）预制过程是在扭转束中高压形成的关键过程，压力量和较低的模具引导角是预构成V型扭转束的重要参数。当扭转束的预形压为62.2毫米并且较低的模具引导角度为29.2°时，可以获得最佳的预制空白形状，这可以有效地避免在扭转束的高压形成过程中闪光缺陷，并确保随后的速度内部高压形成。平滑的霉菌夹紧和材料前分布。
2）加载路径控制是避免在高压形成扭转过程中皱纹和过度变薄的重要方法，并提高形成极限和零件形成的精度。当支撑压力太小或喂食量太大时，将在测试片的末端发生皱纹缺陷；当支撑压力太大或喂养量太小时，喂养主要集中在末端，这对大型扩张区域几乎没有影响。当使用饲喂量为8％的载荷路径时，可以有效地改善壁厚的分布，并可以避免皱纹缺陷。
3）轴向进料可显着改善扭转束中高压零件的每个部分的尺寸偏差。当没有轴向进料时，最大尺寸偏差为2.7％；当轴向进料为4％时，最大尺寸偏差降低至1.5％；当轴向进料为8％时，整个扭转束的尺寸偏差在0.5％的可接受范围内为尺寸。
