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液壓成(chéng)形分析及結果評(ping)判

2025.12.17

液壓成形過程(chéng)複雜且影響液壓(yā)成形性的因素較(jiào)多，國⭐内衆🔅多專家(jia)在液壓成形CAE及缺(que)陷預測方面進行(hang)了深入🤟的研究。韓(han)聰、張偉玮、謝文才(cái)等通過施加不同(tong)的🔱軸向壓力及補(bǔ)料量，研究了液壓(yā)成形扭力梁的起(qǐ)皺行為。郎利輝、田(tián)鵬、程鵬志等分析(xī)了預成🔴形模具形(xing)狀和充液成形時(shi)加載路徑對扭力(lì)梁充液成形質量(liang)的☔影響，結果表明(míng)🍉：當預成形模具導(dao)向角度過小時，管(guan)坯被擠壓内凹變(biàn)形時，圓角部位容(róng)易起皺；導向角度(dù)過大時，管坯材料(liào)流向凹模困難，減(jiǎn)薄嚴重；充液成形(xing)時補料初⛹🏻‍♀️始液室(shì)壓力過大，材料堆(dui)積在零件端⛷️部起(qǐ)皺🤟嚴重。

液壓成形(xíng)件常見缺陷

液壓(yā)成形件大都形狀(zhuàng)複雜，材料強度高(gao)，在液壓成形過程(cheng)中變形複雜，其最(zui)常見的成形缺陷(xiàn)有以下5類：⑴開裂。金(jin)屬材料局部減薄(báo)超過其本身的延(yan)伸極限時，制件出(chū)現裂縫或暗裂。⑵起(qǐ)皺。液壓成形後制(zhì)件仍存在無🚶法解(jiě)決的皺紋，起皺📱産(chǎn)生的主要原因是(shì)㊙️管材周長大于産(chan)品截面周長，但預(yù)成形截面形狀或(huò)内高壓成🍉形模具(ju)分模設計不合理(lǐ)也會導緻起🔅皺的(de)産生。⑶回彈。液壓成(cheng)形件形狀複雜，成(chéng)形後各個位置的(de)殘留應力不🧑🏽‍🤝‍🧑🏻均，應(ying)力釋放後造成🧑🏽‍🤝‍🧑🏻零(ling)件變形，影響零件(jian)💋的尺寸精度⛱️。⑷飛邊(bian)。預成形或液壓成(chéng)形時，由于分模不(bú)合理🛀，造成模♋具閉(bi)合前材料被擠入(rù)分模面而形成👉飛(fēi)邊，飛邊不僅會使(shi)零件成為廢品，而(er)且會🐕造成模具損(sun)傷，是一種非常嚴(yan)重的缺陷。⑸不貼模(mo)。液壓成形後零件(jian)表面與模具🌈内腔(qiang)不貼合，這是由于(yu)液壓成形時壓力(li)不足導緻的，主要(yao)發生在🐉産🔞品的小(xiao)圓角區域。

液壓成(cheng)形CAE分析設置

一般(ban)零件液壓成形工(gōng)藝規劃為：制管→彎(wān)曲成形→預成形→液(ye)壓成形+液壓打孔(kong)→激光切割端頭+割(ge)孔→擴口等工🌈藝，Autoform可(kě)以完成從🥰彎管至(zhì)擴口等所有工序(xù)的分析。

管材設置(zhì)

液壓成形一般采(cai)用焊管，管材是由(yóu)平闆通過輥壓成(chéng)形，在接⛷️頭部位采(cai)用高頻焊接方式(shì)，由于焊接部位性(xing)能與其他區域👨‍❤️‍👨不(bu)同，實際操作時應(ying)将焊縫部位分布(bù)在零件變形較小(xiǎo)區域，焊管的厚度(dù)一般為1.5～4.0mm。Autoform提供了豐(feng)富的初始管材選(xuǎn)擇方法，可以選擇(ze)初始為不帶應力(lì)的直管，或者具備(bèi)初始應力的彎管(guan)，在此過程中需要(yao)注意的是Autoform分析的(de)是管件中性🙇‍♀️層直(zhi)☔徑。此外，Autoform還提供了(le)圓管、方管及變徑(jìng)管等不同管材類(lei)型，用戶可以根據(ju)自身需要進行選(xuan)擇。

工具體設置

在(zài)定義工具體時需(xū)要确定工具體的(de)類型，不同工具🙇‍♀️需(xū)🧡對應不⚽同的工具(jù)體類型，圖1、圖2、圖3所(suǒ)示分别為彎管🙇🏻、預(yù)成🥵形及🈲液壓🈲成形(xing)工具體的設置，其(qí)中彎管成形工具(jù)由Autoform軟件根據彎曲(qǔ)中心線自動生成(cheng)，預成形及液壓成(cheng)形工具體可以由(yóu)軟件生成或者從(cóng)外部導入。

工藝參(can)數設置

彎管成形(xíng)工藝參數主要是(shì)彎曲角速度、芯棒(bàng)及芯球數💋量、摩擦(cā)系數、工具體間隙(xì)等，這些參數需要(yao)與現場設計值保(bao)🌈持一🤞緻，才能得到(dao)匹配的分析結果(guǒ)。預成形分析與沖(chòng)壓分析方法一緻(zhi)，需要注意的是在(zài)做扭力梁預成形(xing)分析時，在V形部位(wèi)存在上下兩層闆(pan)料接觸的問題，此(ci)時需要設置好💚闆(pan)料接觸的參數。液(ye)壓成形主要是内(nèi)壓力、合模力、水平(ping)缸運動參數，在實(shí)際液壓成形過程(chéng)中，液體壓力以及(jí)水平缸運動随時(shi)間而變化，而非恒(héng)定值。

CAE分析結果及(ji)評判

本文隻說明(ming)Autoform軟件做液壓成形(xíng)分析時使用的評(píng)判⭐方法，具☂️體⛱️評🐅判(pan)準則基本與沖壓(ya)分析評判方法一(yi)👈緻，因此本文隻針(zhēn)對與沖壓不一緻(zhi)的結果進行說💜明(míng)，主要是貼模性、彎(wan)管過程及預成形(xíng)過程缺陷的評價(jià)。

貼模性評判

對于(yu)貼模性的評判，首(shǒu)先用到的是接觸(chù)距離評判标準（Contact Distance Above)，這(zhe)是一🏃🏻個最直觀的(de)模拟結果評判方(fang)法，根據産品公差(chà)🌈要求可以🍓知道液(ye)壓成形後零件與(yu)上下模之間的距(ju)離🔴，如圖4所示，扭力(li)梁在過渡區域存(cún)在的最大距離為(wéi)2mm，這主要是由于産(chan)品局部❤️圓角過小(xiao)，在内壓力隻有200MPa時(shi)無法完❤️全脹形到(dào)位，需要更大的🌈内(nei)壓力才能🈲脹形到(dao)位。

彎管分析結果(guo)評判

對于底盤零(líng)部件來說，很多都(dou)采用沖彎的方式(shì)，這種方式🏃在⛷️彎曲(qu)過程中會出現管(guǎn)材壓癟，如圖5所示(shì)👌，從圖6中可㊙️以看出(chu)，這是由于管材在(zài)沖彎時隻是中間(jian)部位産生了變形(xíng)，而兩頭彎✏️曲部位(wèi)并未産生變形，因(yīn)此需要通過優㊙️化(huà)工藝方案，解決壓(ya)🏃‍♂️彎過程中😘出現的(de)壓癟情況。

在彎管分(fèn)析時，除了常見的(de)由于圓角半徑過(guò)小導緻的産品内(nèi)側起皺及外側開(kai)裂之外，還存在管(guan)材的截面變♉形，特(tè)别是在方管彎曲(qu)時更容易出現此(ci)類問題，如圖7所示(shì)，該彎🤞管的彎曲半(bàn)徑㊙️為120mm，頂面凹陷嚴(yán)重，通過調整模具(ju)間隙等措施可以(yǐ)解決此問題。

咬邊(bian)缺陷分析

預成形(xíng)時容易出現咬邊(biān)的情況，Autoform分析咬邊(bian)可以采⭐用最大接(jiē)🚶‍♀️觸應力（Max Contact Pressure)來判斷，最(zui)大接觸應力值較(jiào)周邊區域明顯偏(pian)大，則存在發生咬(yǎo)邊的風險，某扭力(lì)梁CAE結果與實際情(qíng)況的比較，如圖8、圖(tú)9所示。

進料狀态分(fèn)析

在預(yu)成形過程中可能(neng)存在起皺或者波(bo)紋的狀态，有時這(zhè)種起皺或者波紋(wen)是有益的，可以延(yan)緩液壓成形零件(jian)的開🈲裂，因此在預(yu)成形過程中出現(xiàn)的一些問題👄，需要(yao)通過最終的液壓(ya)成形結果來判斷(duàn)是否需要消除。

回(huí)彈結果評價

預成(cheng)形及液壓成形後(hòu)的回彈結果需要(yao)重點考慮，特✔️别是(shì)高強鋼零件預成(chéng)形後的回彈可能(néng)會導緻液壓成形(xíng)☁️合模時出現咬邊(biān)等現象，因此在彎(wan)管及預成形後必(bì)須增加回彈分析(xi)，判斷零件是否存(cun)在問題。彎管後及(jí)液壓❄️成形後的零(ling)件回彈🌈狀況如圖(tú)12、圖13所示。

對于液壓(yā)成形管材來說，大(da)部分都是采用高(gao)頻焊管或者激光(guāng)焊管，由于拼焊線(xiàn)位置的材料性能(neng)與零件本體不一(yī)✉️緻，因此需要對拼(pīn)焊線的位置進行(háng)分析，以避免拼焊(hàn)線布✨置在沖❓孔或(huo)者小圓角等變♊形(xíng)區域，如圖14所示。同(tong)❄️時，如果有拼焊線(xiàn)位👉置材料參數，也(ye)可以輸😘入軟件進(jin)行詳細分析，判斷(duàn)管件是否存在開(kai)裂等🎯情況。

Autoform軟件液(yè)壓成形分析的局(jú)限性

随着電動車(chē)輕量化的需求，在(zai)全鋁車身上使用(yong)液壓成形技術可(ke)以提高車身的抗(kàng)碰撞等性能，奧迪(di)A8前壁闆橫梁采🈚用(yòng)的就是液壓成形(xíng)，如圖15所示。由于Autoform的(de)功能主要集中在(zài)沖壓方面，而非專(zhuan)門的液壓成形分(fèn)析軟件，因此其⁉️無(wu)法完成“日”字形等(děng)型材液壓成形分(fen)析。同時針對鋁型(xing)🈲材的不等壁厚，Autoform軟(ruǎn)件也無法進行有(you)效分析，需要等效(xiao)成相同壁厚才行(hang)，因此對分析結果(guǒ)具有一定損失。

結(jié)論

⑴利用Autoform軟件的速(su)度及操作便利性(xing)，可以快速的完成(cheng)💯從彎管、預成形、液(ye)壓成形、激光切割(gē)等各種分析工作(zuò)。

⑵通過Autoform分析結果，除(chu)了可以進行開裂(lie)、起皺、回彈等結果(guo)評判之外，還可以(yǐ)進行管材折彎、截(jie)面畸變、咬邊缺陷(xian)、進料狀态🎯評估及(ji)拼焊線位置評估(gu)。

⑶對于“日”字鋁型材(cai)及不等壁厚鋁型(xíng)材，由于軟件的局(jú)限性，Autoform無法完成相(xiang)應的分析工作，需(xu)要采用其他軟件(jiàn)開展此類零件的(de)分析工作。

新聞中(zhong)心