汽车发动机排气歧管的内高压成形技术
1_800_MPa_超高强钢变径管热气胀成形特性研究
精 密 成 形 工 程第15卷 第12期34 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年12月收稿日期：2023-05-10 Received ：2023-05-10引文格式：程超, 韩非, 石磊. 1 800 MPa 超高强钢变径管热气胀成形特性研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 34-41.CHENG Chao, HAN Fei, SHI Lei. Hot Metal Gas Forming Characteristics of 1 800 MPa UHSS Variable Diameter Tube[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 34-41. 1 800 MPa 超高强钢变径管热气胀成形特性研究程超1,2，韩非1,2，石磊1,2（1.宝山钢铁股份有限公司中央研究院，上海 201999； 2.汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室（宝钢），上海 201999）摘要：目的 对B1800HS 热成形钢进行管件热气胀成形研究，探究变径管特征件热气胀成形的可行性和规律，为进一步研究热气胀成形超高强钢管件及工程应用推广提供参考和支撑。
方法 采用ABAQUS 有限元仿真分析和试验对比，研究了1 800 MPa 超高强钢变径管热气胀成形特性，通过有限元分析研究了成形温度（700、800、900 ℃）、气压加载速率（1、3、5 MPa/s ）及胀形压力（12、15、18 MPa ）对变径管成形规律的影响，通过变径管热气胀成形试验，研究了敏感参数对变径管样件尺寸精度、强度分布及厚度变化的影响。
结果 提高成形温度、气压加载速率和胀形压力可明显提高变径管的成形质量和贴模精度，当成形温度为900 ℃时，变径管抗拉强度可达到1 800 MPa 级别，且增压速率和胀形压力影响较小；变径管沿环向厚度分布均匀，零件无明显增厚和过度减薄缺陷。
汽车排气系统材料介绍
汽车排气系统的构成和使用的材料汽车排气系统从靠近发动机的方向开始，由排气歧管、前管、挠性管、催化转换器、中心管、主消音器和末端管等7个零部件构成。
根据车种的不同，有的安装了数个催化转换器，有的安装了副消音器。
1.1排气歧管排气歧管是靠近发动机的部分，由于排出气体的温度高达900℃，因此要求材料具有良好的抗氧化性、高温强度和热疲劳特性。
而且，为能进行复杂的形状加工，还要求材料应具有良好的成形性。
采用不锈钢制作的排气歧管根据其构造的不同，可以分为两类。
一类是将钢板冲压后焊接而成，另一类是将钢管弯曲后焊接而成，对于后者，还有的使用双重管构造的钢管。
用作排气歧管的不锈钢有奥氏体系不锈钢和铁素体系不锈钢等两种。
奥氏体系不锈钢具有良好的高温强度，但由于容易发生氧化皮剥落，因此在抗氧化性方面不如铁素体系不锈钢。
作为使用的钢种有SUS304（18Cr-8Ni）和SUS XM15J1（18Cr-13Ni-4Si）。
另一方面，铁素体系不锈钢虽然抗氧化性好，但高温强度不如奥氏体系不锈钢。
由于热膨胀系数小，因此在热疲劳特性方面有利。
作为使用钢种有SUH409L（11Cr-Ti-LC）和SUS430J1L（18Cr-0.5Cu-Nb-LC，N），但近年来随着废气排放规定的强化，排气温度呈高温化的趋势，据说有的高达950℃。
在这种情况下，可以使用SUS444（19Cr-2Mo）系不锈钢。
另外，作为降低成本的材料，还有的使用了降低Cr量的SUS429（15Cr）系不锈钢。
采用双重管的排气歧管通常是内管使用奥氏体系不锈钢，外管使用铁素体系不锈钢。
1.2前管前管使用的材料有SHU409L、SUS436L（17Cr-1Mo-LC，N），SUS430J1L等铁素体系不锈钢，但在采用中空双重时，还有的使用奥氏体系不锈钢作内管。
作为今后的发展趋势，低成本、抗氧化性和热疲劳特性好的铁素体系不锈钢毫无疑问将成为主流。
尤其是，由于排气温度的高温化和管子的薄壁化，可以认为将采用高温性能更好的钢种，如SUS429级。
发动机TDI第三代高压共轨工作结构原理
奥迪A6L柴油发动机TDI第三代高压共轨工作结构原理采用共轨喷射系统的3.0I-V6-TDI发动机是Audi公司新一代V型发动机中的第四种发动机。
这种发动机结构紧凑，总重约220kg，堪称目前最轻巧的V6柴油发动机。
本文将以图文并茂的形式介绍该款发动机的结构。
一、机械构造1、曲轴箱发动机缸体由GGV-40（蠕虫状石墨铸铁）制成（如图1所示），汽缸间距为90mm （以前是88 mm)。
汽缸孔壁采用紫外线光子（UV-Photonen）珩磨工艺制造，这种工艺有助于增强耐磨性并减少初始阶段的机油消耗。
紫外线光子（UV-Photonen）珩磨工艺是在珩磨后再用激光束对汽缸镜面进行的精加工。
高能量激光束会以毫微（10-9）量级来熔化仍然突出的金属尖点，这样加工后，就可以立即形成光滑的汽缸镜面（以前需通过活塞的工作才能形成）。
2、曲柄连杆机构曲轴用调质钢锻造而成，通过4个轴承支承在一个主轴承框架内（如图2所示）。
分体式梯形连杆用一个飞溅轴承（上部）和一个三元轴承（下部）固定在曲轴上。
3、活塞这种箱式活塞（如图3所示）没有用于气门的凹槽，但活塞的中央有一个凹坑，活塞通过环形沟槽经机油喷嘴得到冷却（与3.3I-V8-CR一样）。
4、机油泵新一代V6发动机上装有可靠的双中心式机油泵，该机油泵由链条经一根六角轴驱动（如图4所示）。
5、凸轮轴两根凸轮轴（如图5所示）是用精密钢管制成的，凸轮环和两个钢堵是用IHU（内高压成型）法制成的。
排气凸轮轴由进气凸轮轴经圆柱齿轮来驱动，该圆柱齿轮是直齿齿轮（以前的圆柱齿轮都是斜齿齿轮）。
使用这种辊式凸轮推杆对改善噪音来说是很有好处的，该推杆与凸轮轴驱动齿轮（已张紧且无间隙）一起可以起到降低配气机构噪音的作用。
另外，该配气机构具有齿面间隙补偿功能（如图6所示）。
排气凸轮轴上的圆柱齿轮（从动圆柱齿轮）是双体式的，宽的圆柱齿轮是热压到凸轮轴上的，其前面有三个斜面；窄的圆柱齿轮上有与此相应的凹槽，并且可以在径向和轴向移动。
帕萨特1.8T轿车废气涡轮增压系统原理与检修
帕萨特1.8T轿车废气涡轮增压系统原理与检修赵锦强（威海职业学院，山东威海264210）1 废气涡轮增压系统的作用一般发动机当空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多的功率。
发动机供油越多，黑烟就越浓，油耗就越高，污染就越重。
为获得更大的功率，目前在一些较高挡次的汽车发动机上陆续安装废气涡轮增压器。
废气涡轮增压发动机是利用发动机排出废气的能量将进入气缸的新鲜空气预先进行压缩，使发动机获得更高的充气效率，由于增加了压缩空气的量，所以允许喷入较多的燃油，使发动机在尺寸不变的条件下产生更大的功率并具有更高的燃烧效率，降低了油耗。
2 废气涡轮增压系统结构与原理2.1 废气涡轮增压系统组成帕萨特1.8T轿车搭载的发动机有AWL和BGC 等，其上装有的废气涡轮增压系统由废气涡轮增压器和增压压力控制系统组成。
废气涡轮增压器的实物如图1所示，由涡轮室和压气机室组成。
在涡轮室上有两个废气接口，一个与发动机的排气总管相对接，位置设在涡轮径向中心上方；另一个与三元催化器相对接，位置设在涡轮的轴向中心部位，进入涡轮壳内的废气最终进入三元催化器进行催化净化。
在压气机室上也有两个接口，一个与空气滤清器相对接，位置设在压气机叶轮的轴向中心部位；另一个接口即高压空气出口，经过压缩的空气提高了压力、密度和含氧量，通过管道进入中冷器（增压空气冷却器）进行降温，最终经节气门体、进气总管、进气歧管充入气缸。
图1 废气涡轮增压器实物图增压压力控制系统，主要由发动机控制单元（J220）、增压压力传感器（G31，位于发动机舱左侧增压空气冷却器的上部）、增压压力限制电磁阀（N75，位于发动机舱齿形皮带罩右侧）、增压压力调节单元、增压器空气再循环电磁阀（N249，位于发动机舱进气歧管下方）、机械式空气再循环阀、真空罐以及连接管路等组成，如图2所示。
2.2 废气涡轮增压器工作原理废气涡轮和压气机叶轮安装在同一根轴上，当废气气流冲击涡轮时, 涡轮高速旋转，同时带动压气机叶轮以相同的速度旋转，经空气滤清器滤清的洁净空气被吸入压气机室，压缩后压力升高, 通过管道进入中冷器冷却，而后进入气缸，从而提高了发动机的充气效率。
汽车进气歧管成型工艺分析及注射模设计
汽车进气歧管成型工艺分析及注射模设计苏金玲【期刊名称】《《模具制造》》【年(卷),期】2019(019)008【总页数】5页(P36-40)【关键词】一体成型塑料进气歧管; 弧形抽芯; 模流分析; 模具设计【作者】苏金玲【作者单位】群达模具(深圳)有限公司广东深圳518000【正文语种】中文【中图分类】TQ320.661 引言随着全球日益显现的能源危机、环境恶化，节能环保越来越受到人们的重视。
汽车作为人们生活代步不可或缺的重要工具，节能减排是全球汽车发展的必然趋势，汽车轻量化、以塑代钢是汽车节能减排的基本途径。
作为汽车发动机核心部件的进气歧管正在不断进化，在功能不变的基础上由PA6或PA66加入玻纤代替了原来的铸铁或铝合金材料，并优化制造工艺（一体成型）来实现节能减排及汽车轻量化的目标。
2 塑料进气歧管的发展过程及成型工艺汽车发动机塑料进气歧管诞生于1972年，为当时的Porsche汽车进气歧管。
最早的塑料进气歧管选用了BASF公司的尼龙树脂，并成功开发了熔芯成型法。
其优点是歧管内部完整光滑，气体流动性好，最大限度地保证发动机的性能。
熔芯成型法塑料进气歧管是一次成型，气密性好，成品率高，熔芯过程可消除注射过程中塑料歧管残余应力，使熔芯成型法生产出的塑料进气歧管有良好的机械性能。
但也存在不足：成型工艺复杂、成本高、生产效率低，因此逐渐被其他新工艺替代。
注射成型与振动焊接相结合，原理是：在设计塑料进气歧管时，将复杂的歧管结构拆分为结构相对简单、能一次注射成型的塑件，各塑件注射成型后，用摩擦焊机将各塑件焊接在一起，构成完整的塑料进气歧管。
多片焊接法的进气歧管工艺主要优点是：生产效率高，生产成本低。
而一体成型进气歧管更是在此设计与工艺上的优化：将原来较多的零件再合理合并，使原性能不受任何影响的情况下，减少塑件数量，减少焊接工艺步骤，更大地提高生产效率，更大地降低生产成本。
3 普通塑料进气歧管与一体成型塑料进气歧管的成型工艺区别普通塑料进气歧管在设计进气歧管时，将复杂的歧管结构拆分为结构相对简单、能一次注射成型的塑件，各塑件注射成型后，用摩擦焊机将各塑件焊接在一起，构成完整的塑料进气歧管（见图1、图2）。
管材内高压成形技术
目录第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2管材内高压成形基本原理 (1)1.3管材内高压成形的适用领域 (3)第二章管材内高压成形的影响因素 (4)2.1轴向应力的影响 (4)2.2内压力大小的影响 (4)2.3摩擦系数的影响 (5)2.4起皱的影响 (6)第三章管材内高压成形的设备关键技术 (7)第五章管材内高压成形的工程研发案例 (9)第六章管材内高压成形的展望 (11)第一章绪论1.1研究背景近年来，汽车轻量化是汽车制造业的重要发展趋势。
由于世界能源的紧张和环保问题的日趋严重，汽车工业面临着严峻的挑战：减轻汽车自身重量，提高行驶速度，降低能耗。
除了采用轻体材料以外，汽车轻量化的另一个主要途径是以“空代实”。
这就求促使人们不得不改进传统工艺，创造出适应新经济时代要求的新工艺。
通过合理的结构设计，许多零部件都能采用标准的管材，通过液压成形技术成形结构很复杂的单一整体结构件，代替承受弯曲和扭转载荷的构件，既节省了材料，又发挥了材料的最大效能。
在汽车工业中管材液压成形作为一个非常重要的成形技术已得到了广泛应用，主要用于生产汽车动力系统、排气系统、汽车底盘以及一些结构件。
汽车用排气管件大多为形状比较复杂、轴线有很大变化的零件。
传统成形工艺除铸造成形外，主要采用冲压两个半壳而后组焊成形，或采用管坯进行数控弯曲、扩管、缩管加工而后组焊成形。
这样制造的零件模具费用高、生产周期长、成本高，不适应当前汽车行业在减轻自重、降低成本、提高市场竞争力等方面的要求。
而采用内高压技术制造排气管件可以较精确地控制零件的尺寸精度，便于在后续工序中与其他零件进行装配，且能够进一步减轻系统重量，减少焊缝数量，内表面光滑，排气阻力小，使成形后的产品质量和寿命得到进一步提高。
1.2管材内高压成形基本原理内高压成形(Internal High Pressure Forming)是以管材作坯料，通过管材内部施加超高压液体和轴向进给补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需工件。
塑料进气歧管的发展与中国市场的调查
塑料进气歧管的发展与中国市场的调查The Development and Market of Plastic Air intake manifold in China汽车轻量化是汽车工业发展方向之一，也是一个汽车厂和国家技术进步和先进程度的重要标志。
为节能降耗、提高车速、改进外观和舒适性、降低成本，汽车厂越来越多地选用塑料替代金属。
塑料发动机进气歧管（plastic air intake manifold）是近年来开发成功的塑料部件范例，也是各国竞相开发的热门塑料汽车部件。
塑料进气歧管不仅质轻，而且由于内壁光滑，可改进气体流动性，提高气体流量，进气效率高，隔热效果好，因而能提高发动机性能和燃料利用率。
一塑料进气歧管（plastic air intake manifold）的优点如图：塑料进气歧管（plastic air intake manifold）具体而言，塑料进气歧管主要具有4方面的优点：(1)在重量方面，由于塑料进气歧管一般采用尼龙材料，其比重约为铝合金材料的50%。
(2)另外，塑料进气歧管的管壁厚度一般为2.5~3mm，而铝合金进气歧管的壁厚一般大于4mm。
因此，塑料进气歧管的重量相对要轻很多，通常仅为铝合金进气歧管的40%左右。
(3)在动力性方面，由于塑料进气歧管的内壁比较光滑，因此有利于提高进气充量。
与铝合金进气歧管相比，发动机的动力性可提高3%~5%。
(4)在经济性方面，塑料进气歧管能带来良好的气流，从而有助于汽油在发动机缸内的充分燃烧，使发动机的经济性和排放都能得到明显改善。
(5)在成本方面，虽然进气歧管所使用的塑料材料与铝合金材料的成本基本相同，但由于塑料进气歧管能够一次成型，成型后的合格率高，而铸造而成的铝合金进气歧管毛坯的成品率要低很多，且其机加工费用也相对较高，因此塑料进气歧管的生产成本通常比铝合金进气歧管低20%~35%。
二欧美塑料进气歧管的发展塑料进气歧管诞生于1972年，后来开发成功去芯成型法，进气歧管塑料化进程加快。
金属材料成型_3.5_内高压成型技术
图3-28 内高压成型原理
ON形有下料、弯管、预成型、液压成型、切割等五道主 要工序组成，根据零件结构要素和精度的不同，工序会有增减。
下料，采用切管机按工艺要求切去要求的长度，同时在管端去 除毛刺，避免影响后工序密封。
采用3轴数控预成型机，预成型是内高压成型工序中比较关键的 工序，它的作用是提前对胚件材料进行材料分配和阻尼设置，使内 高压成形工序顺利得到满足液压成形工序需要的胚件。
7）创新性∶克服传统制程限制，应用于新产品设计开发。。
图3-30 变截面高强度管
THREE
3
内高压成型典型应用
内高压成形适用于制造航空、航天、汽车行业的沿构件轴线变化的圆形、 矩形截面或异型截面空心构件。
图3-31 内高压成型在汽车轻量化应用
FOUR
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内高压成型重点企业
近年来保隆科技通过学习国内外内高压设备成熟技术，并结合长期从事内 高压成形生产经验，自主开发了具有独特创新亮点的3000吨双工位双增压内 高压成形机，已经投入批量生产使用效果达到设计预期。
THANKS
图3-32 中国内高压成型产线增长情况
兴迪源机械自2010年开始组建超高压液力成形技术团队，突破了成形 压力100MPa-250MPa的技术难关，研发出“内高压成型设备”并投入用户 生产现场。至今，公司已是创立超过10年的实力企业，已掌握了成形压 力为500MPa的技术，并吨、成形压力达500MPa以内的各种规格的内高 压成型液压设备数十台套，技术研发成果在国内同行的民营企业中达到优 异水平。
5）提高强度、刚性及疲劳强度∶成形过程中液体具冷却作用，使工件 被"冷作强化"，获得比一般冲压加工更高的工件强度。以散热器支架为例， 垂直方向提高39%∶水平方向提高50%。
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第14卷第3期2007年6月塑性工程学报J OU RNAL OF PL ASTICIT Y EN GIN EERIN GVol 114 No 13J un 1 2007汽车发动机排气歧管的内高压成形技术(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001) 滕步刚 刘 钢 苑世剑 苑文婧 杨 华摘 要:研究了Y 型三通管的内高压成形工艺过程,分析了成形过程中过渡区起皱及支管破裂等缺陷产生的原因,从而为实际生产中的Y 型三通管内高压成形工艺设计提供了相关指导。
利用所成形的Y 型三通管制造了汽车发动机排气歧管样件,为内高压成形技术在汽车行业的推广应用奠定了理论与实验基础。
关键词:内高压成形;液压成形;Y 型三通管;排气管中图分类号:T G 306 文献标识码:A 文章编号:100722012(2007)0320088205滕步刚 E 2mail :bgteng @hit 1edu 1cn作者简介:滕步刚,男,1969年生,哈尔滨工业大学,副教授,主要研究方向为壳体液力成形、内高压成形、弯曲成形和数值模拟收稿日期:2006207229;修订日期:2006212222 引 言近年来,由于世界能源的紧张和环保问题的日趋严重,汽车工业面临着严峻的挑战。
一方面是提高燃气的热效率,减少废气排放;另一方面是减轻汽车自身重量,提高行驶速度、降低油耗,这些对汽车排气系统提出了更高的要求。
汽车工业作为国家的支柱产业之一,其排气系统所用的材料和成形工艺也在发生不断地变化。
汽车用排气管件以往常用铸铁管、镀锌钢管和镀铝钢管,目前耐热性能高的不锈钢薄壁焊管和轧制管也用于汽车排气管的制造。
排气管以往除了铸造成形工艺外,根据排气系统中管件的形状特征主要采取的成形工艺是冲压两个半壳而后组焊成形,或采用管材做坯料进行数控弯曲、扩管、缩管加工而后组焊成形。
这种方法虽然选材、制造灵活,但由于零件数目多,存在装配精度低,焊接量大,刚度差,冲压、装配成本高等缺点。
因而,一种既能减轻车身自重,又能提高制造质量、降低生产成本的内高压成形技术IH PF (Internal High Pressure Forming )发展起来,采用内高压技术成形的排气管件与传统的冲压焊接成形件相比,其优点为:①减少了制造工序;②焊接量小,产品可靠性好;③焊缝减少,内表面光滑,排气阻力小;④成本降低20%左右[1～2]。
管件内高压成形技术过去主要用来研究生产一些简单的零件,如直壁三通管等。
汽车用排气管件的内高压成形技术是近10年来国外刚刚发展起来的新工艺,其形状和成形工艺要更为复杂一些。
采用内高压成形技术可以较精确地控制零件的尺寸精度,故可以很方便地在后续工序中与其他零件进行装配,如今,一些零件已经应用于实际的生产中。
图1是国外生产的形状较复杂的排气管件[3]。
图1 排气系统的内高压成形件Fig 11 Exhaust parts formed by IHPF本文介绍了内高压成形的基本工艺原理,并对汽车发动机排气系统中所用的Y 型三通管内高压成形进行了研究,并采用所成形的Y 型三通管制造了汽车发动机排气歧管样件。
1 内高压成形工艺原理及分类内高压成形原理是通过内部加压和轴向加力补料,将管坯压入到模具型腔使其成形(如图2所示),成形时内压和轴向进给按事先给定的匹配关系,由计算机精确控制。
其基本工艺过程为:首先将管坯1放到下模2内,然后闭合上模3;将管的两端用水平冲头4和5密封,并使管坯内充满液体;在加压胀形的过程中,两端的冲头同时向内推进补料,这样在内压和轴力的联合作用下使管坯贴靠模具而成形为所需的工件。
图2 内高压成形原理a )合模充液;b )加压成形Fig 12 The principle of IHPF管材的内高压成形可以分为有轴向进给和无轴向进给,同时根据成形零件形状又可分为3种工艺类型:直线零件成形(如图2)、带凸台或枝杈零件成形(如图3)、曲线零件成形(如图4)。
带凸台或枝杈零件成形时,需要3个水平冲头,其中,管端两个冲头按给定加载路径向内送料,凸台或枝杈上的冲头按与内压一定的匹配关系向后退出,以保证枝管不胀破。
图3为直三通管成形示意图。
对于轴线为曲线的零件,先在数控弯管机上弯曲到要求的形状(见图4a ),再放到模具内加压成形(见图4b )。
图3 直三通管成形Fig 13 Straight T shape tube图4 曲线零件成形a )弯曲;b )内高压成形Fig 14 Part with curving axis2Y 型三通管的内高压成形Y 型和T 型三通管主要应用在汽车发动机排气系统中,传统的制造方法通常是采用冲压焊接工艺,而采用内高压技术成形的三通管能够减少后续加工工序和模具数量而降低成本。
目前国内外学者对T 型三通管进行了广泛的研究,而对Y 型三通管的研究还比较少。
由于Y 型三通管属于非对称零件,成形的难度比T 型三通管要大[4～5]。
211 Y 型三通管内高压成形的基本过程一般的内高压成形过程通常是将管坯放入下模,闭合模具管内充满液体,并用左右冲头进行密封,然后左右冲头施加轴向力补料,同时内部加上一定的压力来使管坯成形。
而对于枝杈类零件如Y 型三通管,则还需要反推冲头在胀形过程中对枝管顶部施加反推力,以避免枝管的过早破裂。
图5是Y 型三通管内高压成形原理图。
图5 Y 型三通管内高压成形原理Fig 15 The principle of hydroforming of Y shaped tubes影响Y 型三通管内高压成形质量的因素比较多,主要有压力、左右轴向的补料量、中间冲头的后退量以及摩擦等。
由于结构的不对称性,对于Y 型三通管内高压成形,内压、管端的2个轴进给量和控制枝管位移的一个轴后退量这4个工艺参数必须合理匹配控制。
Y 型枝杈管内高压成形过程可分为3个阶段(如图6所示)。
成形初期,内压首先迅速增加到胀形压力,然后缓慢增加;左右冲头同时补料,中间冲头不动,支管顶部尚未接触中间冲头,支管顶部处于自由胀形状态,壁厚存在一定程度的减薄。
成形中期,从支管顶部与中间冲头接触开始,到基本贴靠结束,在该阶段内压继续增加,左右冲头继续补料,中间冲头不动。
在成形后期,内压继续增加,左右冲头继续补料,同时中间冲头后退,后退中要保持着与支管顶部的接触,以防止支管顶部的过度减薄。
98 第3期滕步刚等:汽车发动机排气歧管的内高压成形技术图6 Y型枝杈管内高压成形的不同阶段a)初期;b)中期;c)后期Fig16 Different deformation stages ofhydroforming Y shaped tube212实验设备本实验所用设备为哈尔滨工业大学自主研制的内高压成形机,如图7所示。
该设备由增压器、合模机构、3个水平推缸以及液压伺服系统、计算机控制系统组成。
能提供的最高压力为400M Pa,合模力为315t。
图7 315t内高压成形机Fig17 315t hydroforming press213 Y型三通管的内高压成形研究实验用原材料为Φ42mm×2mm,SU S304不锈钢无缝管,管材的屈服强度为245M Pa,延伸率为62%。
所成形枝杈与原管坯轴线夹角为47°,其结构简图如图8所示。
采用有限元模拟软件eta/D YNA FORM对Y型三通管的内高压成形过程进行了数值模拟。
有限元模型如图9所示。
通过数值模拟,对内压、管端的图8 Y型三通管尺寸结构图,mmFig18 G eometry of the Y2shaped branch pipe2个轴进给量和控制枝管位移的中间冲头后退量这4个工艺参数进行合理匹配,给出合理的加载路径来指导实验,并可以预测成形中可能产生的缺陷。
图9 有限元模型Fig19 FEM model本实验最终成形压力为200M Pa。
图10是采用内高压工艺制造的Y型三通管实验件,成形过程中,通过对成形工艺参数匹配控制,得到了壁厚差<016mm、支管高度满足设计要求的Y型三通管。
图10 内高压成形的Y型三通管Fig110 Y shaped tube formed by IHBF3 Y型三通管内高压成形缺陷分析311 起皱时典型点的应变分析在Y型三通管内高压成形过程中,如果两端轴向进给过快、中间冲头后退太慢或内压过低都会产生图11所示的起皱现象。
在三通管上取图12所示的D点和E点,这两点为起皱处的典型点,分析其起皱时应变的变化。
09塑性工程学报第14卷图11 成形过程中产生的起皱Fig 111 Wrinkling during hydrofoming process通过研究不同加载路径下D 点和E 点的应变轨迹,通常内压相对较低时,成形过程中易发生起皱,且此时环向拉应变值相对较小,而轴向应变为压应变,其数值较环向应变大。
起皱时D 点和E 点应变轨迹如图13所示。
图12 起皱点位置示意图Fig 112 Sketching position ofwrinkling图13 D 点和E 点应变轨迹Fig 113 Strain change of point D and E312 破裂时典型点的应变分析成形时,如果两端轴向进给过慢、中间冲头后退太快或内压过高都会产生图14所示的枝管顶部破裂现象。
枝管破裂时,一般破裂点在其枝管的顶部,为图14 成形过程中产生的破裂Fig 114 Bursting during hydrofoming process了更好的分析破裂的原因,分析枝管顶部破裂点F 的应变变化。
F 点的位置示意如图15所示。
图15 破裂点位置示意图Fig 115 Sketching position of bursting通过研究不同加载路径下F 点的应变轨迹,通常内压相对较高时,枝管容易发生破裂,此时F 点后期轴向应变由压应变状态转变为拉应变状态。
而模拟过程中,发现枝管不产生破裂时,通常F 点的轴向应变一直保持为压应变。
因此,要避免枝管顶部的破裂,要保证枝管顶部的轴向应变为压应变状态。
破裂时F 点应变轨迹如图16所示。
图16 F 点应变轨迹Fig 116 Strain change of point F19 第3期滕步刚等:汽车发动机排气歧管的内高压成形技术4排气歧管的集成图17所示为汽车发动机不锈钢排气歧管样件,整个排气歧管通过上述工艺制造的Y 型三通管将各支管汇聚,各个支管是通过数控弯管机来进行弯曲,而后与法兰盘相连成整个排气歧管。
图17 内高压成形的排气歧管Fig 117 Exhaust manifold formed by IHPF5 结 论采用内高压技术成形的排气管件具有质量轻、刚度好、降低零件数量、减少后续组装焊接量等优点,可以减少模具,降低生产成本,提高产品质量,是汽车轻量化和提高整车性能的重要方法,目前已成为国际汽车制造技术上最具突破性的应用,并已跃升为主流制造技术之一。