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汽車橋殼是幾何形狀較為復(fù)雜的殼體類零件，它承受汽車質(zhì)量、路面反作用力和力矩，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，并且質(zhì)量要小。用液壓脹形方法成形汽車橋殼是一種新工藝，近年來受到普遍重視。它是指選擇適當(dāng)?shù)墓芘�，首先進(jìn)行推壓縮徑將其端部直徑減至零件圖要求，然后進(jìn)行軸向壓縮復(fù)合液壓脹形將中間部分?jǐn)U張成形。但是液壓脹形橋殼的基本性能如何，尤其是其強(qiáng)度如何，尚沒有成熟的理論論證。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮橋殼成形過程中的硬化，利用大型有限元分析軟件ANSYS定量地分析液壓脹形橋殼的靜強(qiáng)度和疲勞壽命。
理論研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明，橋殼的危險(xiǎn)截面位于鋼板彈簧座附近，對(duì)于液壓脹形橋殼，該處在3次縮徑后已成形并得到了硬化。因此在分析橋殼強(qiáng)度時(shí)，可以只考慮3次縮徑之后橋殼材料的特性。 針對(duì)橋殼縮徑工藝進(jìn)行小批量生產(chǎn)試驗(yàn)。管坯按0.75撒型貨車橋殼尺寸1/2進(jìn)行設(shè)計(jì)，試驗(yàn)中選用壁厚為3mm的冷拔10號(hào)無縫鋼管，通過3次縮徑使兩端直徑依次減小到37，33，30mm管坯初始長(zhǎng)度為293.5mm，中間長(zhǎng)度為160mm的部分不進(jìn)行縮徑。原始管坯及每次縮徑后的管坯見圖。在管坯均勻縮徑部分，截取高度H30mm的圓管試件。將初始管坯及每次縮徑后的管坯試件依次編號(hào)為0001，1001， 2001，3001，每組至少取3個(gè)試樣，試件的幾何尺寸見表。試件在JL-WAW 60型液壓機(jī)上進(jìn)行壓縮，原始管坯及每次縮徑試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由壓縮試驗(yàn)結(jié)果可知：經(jīng)3次縮徑后，試件的屈服強(qiáng)度由初始的302.5MPa依次提高到466.3，503.8，538MPa，比初始屈服強(qiáng)度依次提高54.150、66.550、77.950。第一次縮徑后材料硬化約占總硬化程度的86.62。由橋殼材料硬化規(guī)律可知后繼工序?qū)驓ば阅苡绊懞苄�，在滿足工藝要求下可減少工序并一次縮徑成形。
對(duì)橋殼縮徑過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析縮徑部分管坯的應(yīng)力變化。將每次縮徑后管坯的等效應(yīng)力均值與試驗(yàn)值比較，最大誤差為6.970。由于橋殼的許用彎曲應(yīng)力和材料的屈服極限成正比，故在幾何尺寸及載荷工況相同情況下，液壓脹形橋殼許用彎曲應(yīng)力比普通橋殼提高了77. 95。
以某0.75液壓脹形橋殼為例進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。技術(shù)參數(shù)為：；輪距B-1190mm；車輪滾動(dòng)半徑Rr=276mm；汽車質(zhì)心高度hg=450mm；板簧牛心線距車輪中心的距離b=267mm；作用于驅(qū)動(dòng)橋上的靜負(fù)荷6 500N；板簧中心線處橋殼斷面為圓管斷面，外徑D-60mm，壁厚t=5.6mm；橋殼材料與A3鋼相近，屈服極限s=267MPa，強(qiáng)度極限449MPa，單向拉伸的均勻延伸率。橋殼為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，選取右半部分為研究對(duì)象，將驅(qū)動(dòng)橋殼體局部略作簡(jiǎn)化。分析中考慮到半軸套管對(duì)橋殼的作用，模型中包括了半軸套管，將其作為橋殼的一部分，材料特性相同。
橋殼模型建立在兩次脹形基礎(chǔ)上，將第二次脹形的模具移出，更新模型去除其中所有應(yīng)力，保留脹形之后橋殼的幾何形狀以及網(wǎng)格、材料屬性等基本信息。重新施加邊界條件：橋殼中部端面處施加對(duì)稱約束，橋殼右端面約束所有方向的位移。當(dāng)汽車通過不平路面時(shí)，以橋殼受到最大垂直動(dòng)載荷工況進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，此種工況取動(dòng)載荷系數(shù)為2.5。對(duì)載荷的作用部位，按其實(shí)際作用模式，經(jīng)理論計(jì)算后分別施加到相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)上。
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