大尺寸TC4钛合金环壳充气热气胀压弯成形工艺研究

钛合金环形燃料贮箱是运载火箭上面级的薄壳件的关键结构。新一代燃料贮箱对空间利用率的要求更高,因此采用环壳代替多个球形贮箱组合。环形贮箱具有大尺寸、超薄、材料难变形的成形难点,且传统分块拼焊结构可靠性差。基于此,本文提出了环壳热压弯成形工艺,开发了内置VUMAT子程序嵌入材料本构模型的钛合金环壳热气胀压弯仿真模型,研究了不同工艺参数下钛合金环壳热压弯的壁厚、贴模度变化规律。以环壳壁厚减薄率与截面最大变形率为判据,建立了支撑内压与管坯温度的热压弯工艺窗口图,确定最优工艺参数。搭建了TC4钛合金环壳热压弯成形装置,制造了全尺寸钛合金环壳,环壳中径2692 mm,截面直径500 mm,壁厚2 mm,径厚比高达250,实际工件中径尺寸与目标尺寸相差11 mm,环壳弯曲内侧最大增厚率为11.5%,环壳弯曲外侧最大减薄率为8.3%,抗拉强度与平均晶粒尺寸均优于设计指标。

基于25%偏置碰撞工况下2000 MPa级热气胀成形A柱的轻量化研究

基于正面25%偏置碰撞工况,通过建立数学模型进行仿真分析,以2 000 MPa级热成形钢替代A柱1 500 MPa级热成形钢,对于材料结构成形方式以热气胀成形方式替代传统热成形方式,在某车型A柱结构上实现了轻量化设计。通过小偏置碰撞性能模拟分析,得出A柱使用2 000 MPa级热成形钢方案满足性能要求;通过成本对比分析,由于零件数量的减少,A柱使用2 000 MPa级热气胀成形整体方案的单车成本及零件质量均有下降。分析结果表明,基于2 000 MPa级热气胀的A柱轻量化设计方案具有可行性,可实现单车成本降低10.51元,与原A柱相比质量降低27.5%,具有良好的经济效益及轻量化效果,同时应用热气胀成形方法减小了A柱腔体截面,使A柱障碍角减小22.2%,有效改善了A柱视野盲区。

提高车辆小偏置碰撞安全性的A柱结构研究

基于中国保险汽车安全指数25%偏置碰撞工况,对某新能源汽车A柱的结构设计方案进行了研究。对比分析了基础结构、复合车身解决方案(Composite Body Solutions,CBS)胶块增强结构、热气胀形管梁增强结构对碰撞安全性的影响,介绍了CBS胶块和热气胀形的制造工艺,并对热气胀形工艺进行了仿真分析,对比分析2种增强结构的工装投入和单件成本。研究发现,在均能实现小偏置碰撞安全性优秀等级的前提下,1500 MPa热气胀管梁方案在单件成本及轻量化方面比CBS胶块方案更具优势。

超高强钢管件热气胀成形特性与A柱样件开发

1.5 GPa超高强钢结合新型成形工艺,可以获得轻量化及性能优异的零部件。以B1500HS超高强钢为对象,研究了其热气胀成形特性,并采用实验手段获得了该超高强钢的热态拉伸性能及最大胀形率,为该材料在零件设计和开发中的应用提供了指导和依据。进一步以典型A柱为对象,完成了冲压件优化为管件的零件设计,并基于B1500HS超高强钢的成形特性,完成了热气胀成形工艺设计、仿真分析和优化,并加工获得了满足强度要求、轻量化效果超过10%的合格A柱样件。研究成果为汽车行业采用1.5 GPa超高强钢热气胀成形零件提供了可行性示范。

钛合金薄壁弯管热气胀工艺变形行为

针对TC4钛合金薄壁弯管弯曲过程中的内侧起皱、外侧开裂、横截面畸变和弯曲回弹等成形缺陷,提出了钛合金薄壁弯管热气胀成形工艺,解决了以上成形缺陷,并通过调控工艺参数控制TC4钛合金的应变硬化与应变速率硬化的协同作用,提升了薄壁弯管的壁厚均匀性。在此基础上,开展了TC4钛合金薄壁弯管的热气胀成形实验。最终成形出满足产品使用要求的Φ206 mm×1.5 mm×R495 mm的TC4钛合金薄壁弯管,最大不圆度仅为0.25%,最大减薄率为16.88%。结果表明:在TC4钛合金薄壁弯管热气胀成形过程中,控制成形温度及应变速率等主要工艺参数,可以提高薄壁弯管的成形精度和壁厚均匀性,显著改善成形弯管的产品质量。