一家专注流体压力成形技术
【作 者】杨靖丞;王立忠;戴晨光
【摘 要】针对桥壳内高压成形过程的工艺参数优化进行了研究。根据桥壳零件结构的特点,确定了桥壳内高压成形的工艺过程;运用人工神经网络建模确定了工艺参数之间的关系,采用正交试验的方法分析了各项工艺参数对成形结果影响力的大小,并得到了最优工艺参数组合,即轴向位移进给量17 mm,进给时间0.1 s,液压加载峰值35.5 MPa,加载时间0.25 s。将优化后的工艺参数代入有限元模拟软件Dynaform得到数值解,验证了工艺参数优化结果的正确性,同时进行了内高压成形试验,零件轴向内高压成形的厚度值的仿真结果和试验结果误差为3.1%,径向结果误差为1.3%。试验结果与仿真结果吻合程度在合理范围内。
【前 言】
随着汽车行业的发展，对于汽车零部件的耐用程度与强度也有了更高的要求。汽车桥壳是汽车底盘上的重要零部件之一，主要用于支承汽车的重量,为主减速器、差速器及半轴等提供装配基体，同时承受着车轮传递的路面反作用力和力矩m 。 目前汽车桥壳的传统制造工艺主要有三种[2]，铸造工艺、冲压焊接工艺和机械扩胀工艺。铸造工艺是最早采用的桥壳制造方法 ，该工艺生产的桥壳强度刚度大，寿命高，但该工艺能耗大，成形零件比较笨重[3]。冲压焊接工艺目前使用最为广泛，其生产效率高，且生产的桥壳重量轻（约为同型铸造桥壳的7 5 % ) ,但加工工序过多，且大量的焊缝导致桥壳的整体强度和寿命较低〜；机械扩胀工艺生产汽车桥壳，制造的桥壳重量轻，桥壳整体性提高，但成形过程复杂，可靠性较低 [5]。传统桥壳生产工艺均面临着某方面的缺陷而与时代发展脱节，探索新的成形工艺势在必行。
内高压成形工艺生产桥壳零件是近年来提出的新型桥壳制造工艺。通过借助轴向推力和内部液体高压的共同作用，将置于模具型腔中的管坯塑性成形为整体中空构件的近净成形先进制造技术[6]。它属于光机电一体化领域,涉及模具技术，材料技术、液压技术及计算机自动控制技术等诸多方面[7]。
管材内高压成形工艺过程中，加载工艺参数的微小变化可能会影响成形过程的稳定性，进而能直接影响到成形效果的好坏[8]。因此通过优化成形的工艺参数的方法，从而得到成形所需的优化参数，实现对成形过程更为精确的控制，才能得到成形效果更好的零件。
本研究采用人工神经网络与正交试验相结合的方法，来完成参数组的寻优工作，最终将最优参数组代人数值模拟软件，并做桥壳内高压成形试验，与人工试错法的结果对比，根据壁厚均匀性评价优化结果的可靠性。
【结 论】
通过对桥壳零件的工艺特点分析，运 用 B P 神经网络与正交试验相结合的方法，优化了成形工艺参数，得到了合格的桥壳样品。得到的结论如下：
1) 建立了可靠的工艺参数优化模型。通过数值仿真软件获得实验数据样本，能针对输人参数给出可靠的输出结果，起到对成形效果的预测的重要作用。
2) 针对工艺参数最优组合求解的问题，借助正交试验优化得出了最佳工艺参数组合。通过极差分析，确定了各输人参数对成形结果的影响水平，其中“位移进给量”影响最大 ,轴向进给时间、压力加载值、压力加载时间次之。同时得出了最佳工艺参数组合，轴向位移进给量 17 m m ，进给时间 0. 1 s，液压加载峰值35. 5 M P a ,加载时间 0.25 s 。
3) 通过搭建的桥壳零件内高压成形实验平台，借助仿真和实验结果验证了加载路径和工艺参数研究方法的可行性。通过数值仿真和成形试验结果的对比分析 ，零件轴向内高压成形的厚度值的仿真结果和试验结果误差为3. 1 % ,径向结果误差为 1 . 3 %。优化后的轴向截面厚度分布在胀形区域的中心部分偏薄，与仿真值出现一定的误差，分析原因是管坯的壁厚偏差过大 、管坯的圆度以及材料处理工艺等原因均会导致管坯料处于非理想性能状态，可以通过使用品质优良的管坯材料从而避免相关误差。
以下是正文：
