一種內(nèi)高壓成型管路工藝技術(shù)概述

王丹丹 暢雪蘋 段芳妮 惠向維

摘 要：文章介紹了一種應用于重型卡車后處理系統(tǒng)排氣管路的內(nèi)高壓一體成型工藝技術(shù)。該技術(shù)是通過向金屬管材充入高壓液體，使管材達到非規(guī)則變形，實現(xiàn)管路一體成型。其具有強度高、壁厚薄、輕量化、外觀質(zhì)量好、加工效率高等特點，可實現(xiàn)復雜走向管路加工。最后簡述了制造成型相關(guān)工藝問題。

關(guān)鍵詞：內(nèi)高壓一體成型管路;CAE分析;變截面

中圖分類號：TB4? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）17-145-02

An overview of an internal high-pressure integral molding technology

Wang Dandan， Chang Xueping， Duan Fangni， Xi Xiangwei

（ Shaanxi Wanfang Auto Parts Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710299 ）

Abstract： This article introduces an internal high-pressure integral molding technology after treatment system applied to the exhaust pipe of the heavy truck. The irregular deformation of the pipe is generated by filling the metal pipe with high- pressure liquid to realize the integral molding of the pipeline. With high strength， thin wall thickness， light weight， good appearance quality and high processing efficiency， the processing of complex pipelines could be realized. In addition， the issues related to manufacturing and molding were briefly described.

Keywords： Internal high-pressure; Integral molding; CAE analysis; Variable cross sectio

CLC NO.： TB4? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-145-02

引言

隨著排放標準的升級，重型卡車需要從產(chǎn)品設計、工藝、制造、檢測、市場保障等各個環(huán)節(jié)提升。甚至提出了非常嚴苛的要求，如：

（1）為滿足國Ⅵ排放，發(fā)動機排氣歧管管路、發(fā)動機增壓器到后處理器管路有嚴格的溫降及0泄露要求;

（2）車型布置緊湊，發(fā)動機等體積增大，導致管路走向復雜;

（3）排氣系統(tǒng)管路為環(huán)保認證件，在整車使用全壽命無損壞;

（4）整車輕量化設計。

傳統(tǒng)加工工藝焊接而成，因其工藝參數(shù)限制，且焊接效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定已無法滿足設計需求。內(nèi)高壓成型管路技術(shù)因其質(zhì)量輕、強度高、材料利用率高、外觀質(zhì)量好、效率高、適用復雜管路走向、一體成型等特點，能夠有效解決和適用工藝要求的提升。

1 工藝技術(shù)

1.1 前期產(chǎn)品分析

重卡行業(yè)車型排氣系統(tǒng)管路種類較多、工藝簡單、無需大量專用模具投入，較難做到模塊化設計。但內(nèi)高壓一體成型管路具有以下特性：

（1）設計狀態(tài)穩(wěn)定，試裝驗證后，狀態(tài)輕易不發(fā)生改變;

（2）內(nèi)高壓一體成型管路模具成本投入較大，產(chǎn)品需批量加工，均攤模具費用后，才可達到降本增效;

（3）結(jié)構(gòu)走向較為復雜，傳統(tǒng)加工工藝無法實現(xiàn)。

綜合考慮，應選取因設計空間局限，走向復雜、難以焊接加工成型，年需求量較高，短期內(nèi)車型布置不會發(fā)生變化的產(chǎn)品進行脹型管路設計開發(fā)。

1.2 設計原理及優(yōu)缺點

內(nèi)高壓一體成型工藝：通過向金屬管材內(nèi)充入100MPa以上高壓液體，使管料流動性膨脹而達到非規(guī)則性外形，實現(xiàn)薄壁管變截面或小彎曲半徑管路一體成型，通過有效的截面設計與壁厚設計，減少壁厚的同時擁有同等或較高產(chǎn)品強度。

內(nèi)高壓一體成型管路以管狀坯料為加工對象，以液體為主要傳力介質(zhì)，存在諸多優(yōu)點：

（1）排氣管壁厚由2mm減少到1.8mm，節(jié)省原材料，提高材料利用率，減輕零件重量;

（2）加工工序少，產(chǎn)品精度高;管路經(jīng)預成型后，通過內(nèi)部高壓使管體膨脹至與模具型腔貼合，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定可靠;

（3）模具數(shù)量少，生產(chǎn)成本低。一次模具投入后，無二次投入。管路走向相似的產(chǎn)品，可以設計同種模具加工，還可將大模具用作小產(chǎn)品模具基體。

（4）加工零件強度高，剛度好。內(nèi)高壓成型為冷加工工藝，加工過程中的加工硬化，管壁工藝紋路設計，均可提高產(chǎn)品的強度、剛度。

1.3 工藝流程及常見缺陷

內(nèi)高壓一體成型工藝過程主要為：預彎-熱處理-脹型

預彎：將直管彎曲后可放入脹型模具，設計預彎管路時可適當調(diào)整脹型產(chǎn)品的走向，保證預彎管路的連續(xù)成型。

熱處理：釋放預彎過程中的殘余應力，保證管件性能均勻，減少脹型過程中開裂。

脹型可分為3個階段，初始填充階段，模具閉合后，兩端封頭密封，向管體充入液體，實現(xiàn)密封;成型階段，對管內(nèi)液體加壓脹型，兩端沖頭進行內(nèi)推進補料，在兩者的聯(lián)合作用下使管材貼靠模具，此時除過渡區(qū)圓角外大部分已成型;整形階段，提高壓力使過渡區(qū)圓角貼靠模具，工件成型。

脹型常見缺陷主要有：開裂、褶皺，軸向進給過大，內(nèi)壓過高是缺陷產(chǎn)生的主要原因。通過以下方式可以減少缺陷的產(chǎn)生：

（1）通過前期工藝開發(fā)測試，確定合適的軸向進給、基材管徑和壁厚;以及增加預彎工藝過程，進行兩次及多次脹型;

（2）設計階段通過CAE分析，觀察管體的薄弱處及褶皺產(chǎn)生風險處，通過工藝設計，改變截面形狀，避免缺陷產(chǎn)生。

以排氣管總成為例，CAE分析褶皺產(chǎn)生風險處為大折彎處內(nèi)側(cè)，故將均勻截面X向加大，Z向減少，設計為橢圓截面，滿足設計氣體流量要求并使截面均勻過渡，并在折皺風險處增加表面花紋，增加管體強度，通過工藝試驗，設計改進后的結(jié)構(gòu)，廢品率有效降低。而且變折彎半徑的實現(xiàn)，可以使氣體流動更為順暢，降低整體排氣管路背壓，提高發(fā)動機效率。

壁厚變化圖分析可知，壁厚變化較大位置，可適當進行材料補充，避免褶皺和脹裂缺陷的產(chǎn)生。通過前期的CAE分析改進設計可以有效縮短開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。

2 結(jié)束語

內(nèi)高壓一體成型技術(shù)能有效解決重卡行業(yè)國Ⅵ標準的實施所帶來的工藝挑戰(zhàn)，與傳統(tǒng)的加工方式對比具有絕對的優(yōu)勢，目前內(nèi)高壓成型技術(shù)在國內(nèi)乘用車應用，在重卡行業(yè)應用較少，并且其開發(fā)投資成本較高，但從長期的發(fā)展來看，內(nèi)高壓一體成型管路將成為未來汽車管路設計的趨勢，隨著技術(shù)的日漸成熟和市場的普及，設備和模具的投入費用必將有所下降，完善工藝開發(fā)過程，掌握前沿的一體成型工藝，才能迎接更嚴峻的挑戰(zhàn)。

參考文獻

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