对复杂空心形状构件液压成形工艺进行了仿真模拟研究。利用有限元模拟，对管零件成形部位在液压成形过程中起皱、咬边和CAE成形参数设置等进行了分析，针对预成形截面形状，工艺补充进行工艺设计，并通过试验进行了验证。

液压成形技术近年来被广泛应用在汽车工业领域并发展迅速。它具有成本低、柔性高，成形产品强度高、重量轻等显著优点。复杂形状空心管零件的液压成形过程一般分为三个阶段，第一阶段是“弯管”阶段，将直管利用弯管机弯曲成一定形状；第二阶段是“预成形”阶段，利用传统工艺使管材发生变形获得能进行下一个阶段成形的基本轮廓形状;第三阶段是“液压成形”阶段，此时，需要大幅度提高内压，实现小圆角及修复预成形所产生的初始缺陷等复杂的形状的最终贴膜成形。

但是，实际生产中“液压成形”阶段受设备和生产节拍等条件限制，内压增加有限，所以产品设计尽量避免小R角和凹陷等要求高的特征。这需要前期做好分析工作。

为满足批量生产要求，需要成熟稳定的成形工艺和生产经济性。CAE 仿真模拟提供了强有力的工具，它可以提供成形过程中材料流动规律，预报成形缺陷，为产品设计提供参考，从而缩短产品设计及工艺开发周期。本文通过有限元模拟对成形工艺分析，设计了合理稳定的产品和工艺方法。

工艺分析

如图1所示，是公司某款车型副车架前横梁，材质S420MC , 料厚2 mm，零件几何形状复杂，需液压成形。

前横梁为单件，但我们现有液压成形生产设备是5000t，如单件生产，设备生产能力严重过剩，而且生产效率低，同时模具的受力不平衡。故为了提高设备利用率，提高生产效率和考虑模具受力平衡等因素，采用一模双腔对称生产制造，生产方案如图2所示。将直管利用数控弯管机弯出形状，预成形压扁，液压成形后进行激光切割。工艺路线: 弯管、预成形、液压成形及激光切割。

液压成形时，要对管内充液体加压，两端头必须有堵头，为保证密封可靠，密封堵头通常是圆形，这就要求零件端头形状规整便利于向圆形光顺过渡，且过渡端尽量短，过渡端长，材料利用率就会降低。图1中所示前横梁两端头截面形状，非常不利于向圆形过渡，如要过渡平缓光顺，过渡段必然加长，不利于材料利用率的提升。液压成形尽量避免小R角和凹陷等要求高的特征，小R角液压涨形需要大的压力且容易出现破裂。而凹陷特征材料是受挤压，不利于液压涨形。图 1 中有凹陷特征并且是定位面重要特征，精度要求高，需要重点保证。这样就需要对产 改进设计。

改进设计

由上述分析可知，若按照现有零件设计方案，不仅会造成材料的浪费，还会极大地增加工艺 复杂程度，造成生产效率降低，废品率提高，同时增加模具维护难度，产生浪费。

因此，建议对前横梁零件设计采取以下修改:将端头截面简化，同时加大端面R角。变凹陷 定位面为凸起，加大定位面及R角，使得更利于液压成形，改进后产品如图 3 所示。

工艺模面设计及CAE分析

预成形工艺模面:预成形模 面按常规方法设计，即预成形相对终成形周边向内收小 1 mm 做预成形面工具体，保证预成形后工件能放入终成形模具里去。进行了CAE分析，根据分析结果有如下缺陷。

1)内弯起皱明显，如图4所示。这是不能接受的。但在CAE分析过程中我们不断调整R角处弯管半径和圆心位置，分析发现，弯管形状越靠近预成形内弯面，起皱现象越不明显，也就是弯管和预成形时在内弯处尽量接近终成形形状使其变化最小，起皱状态越好。

最后我们决定重新做预成形模面，将内弯预成形向内扣1mm，外弯向内扣 5mm，模面如图 5 所示，使终成形液压成形材料只能往外侧流动。

2)有咬边现象，预成形到底和终成形模具闭合时CAE分析结果显示有咬边现象，如图 6 所示，咬边是上下模合模缝隙太大或不合理造成的，需要调整分模面。

3)外弯在预成形模具闭合时向内凹陷的缺陷现象较严重，这样会影响终成形时内部压力，并且产品会留下缺陷。

分析原因：上下模分型面过高，超过管中心线太多，模具闭合时管受力不均造成。

4)预成形时上下面出现凹陷现象，不利于终成形，增加终成形设备的压力。

分析原因:上模同工件刚接触时是管最高点，并且是点接触，此时圆管自身张力很大，而管又要变形必然高点向内凹陷。将上下型面都改为凸起，改变开始时接触方式，变点接触为线、面接触，增加受力面，从而改变变形区。

根据以上缺陷和分析结果，对预成形模面进行重新设计。

模拟分析

根据前横梁预成形建模及分析结果及终成形建模分析可知，不考虑弯管减薄情况下，前横梁最大减薄率低于15%，各截面贴膜率良好。最大成形应力180MPa， 最大合模力13000kN。从以上分析结果来看，成形后的壁厚均匀且无明显起皱。产品无风险。

结语

利用有限元分析方法对零件进行工艺和结构分析，可节省试验次数并能获得的各种工况结果，可减少大量人力、物力和财力。缩短产品生产调试周期，降低成本。

通过改变截面形状可以提高材料利用率和成形性。通过预成形模面的不断完善、合理的产品 造型和工艺补充能够大大提高工艺性。