双拐曲轴是轿车发动机中的要害部件，对发动机全体功能有较大的影响，其功能的好坏直接影响轿车的寿数。选用铸造工艺和铸造工艺现已不能满意轿车对双拐曲轴高精度，高功能和低成本的要求。选用内高压胀形工艺制备双拐曲轴具有全体成形、流线接连散布、组织细密、强度高、质量轻、归纳力学功能优越、成本低，易完成自动化生产等优势。
工程领域主要从两个方面完成轿车轻量化。资料上多选用铝镁合金及复合资料等轻质资料和具有较高比强度的高强钢资料，而轻质资料及高强钢在冷成形进程中塑性较差，只能制作结构较简略的零件，不适用于具有曲折轴线和变截面的杂乱构件；结构上可选用全体成形的空心构件替代原焊接、铸造件，在确保零件精度、承载强度及安全性的一起，有效完成车体本身减重，因而，零件的结构优化和成形工艺的改进成为完成轿车轻量化的重要途径。
内高压全体成形工艺施行难度较大，对工艺参数的匹配联系要求较高。对于双拐曲轴的内高压成形进程，其影响因素主要有加载途径，包括管内压力与时刻的联系、左右两头轴向进给与时刻的联系以及管材润滑条件等方面。
经过对双拐曲轴的内高压胀形工艺进程进行有限元模仿，剖析不同加载途径对双拐曲轴胀形效果的影响规律，可获得了双拐曲轴胀形的良好工艺参数。然后基于数值模仿成果，对双拐曲轴进行实际成形试验，可获得较好的试验成果。
零件尺度及工艺剖析
双拐曲轴具有变截面空心结构，其截面形状是圆形，双拐曲轴的调集尺度见下图：
双拐曲轴调集尺度机典型截面方位
双拐曲轴的初始管径为38mm,壁厚为1mm,长度为140mm,截面A-A处管径从38mm改变到50.5mm,很大膨胀量为33%。双拐曲轴是传递扭矩和力的零件，因而研讨选用强度高、耐性好的SS304奥氏体不锈钢为资料，对双拐曲轴的几许模型的典型截面周长进行剖析见下表：
典型截面周长及管坯直径
双拐曲轴的要害工艺参数包括内压力巨细、左右冲头进给量。内高压成形是内压和轴向进给补料联合效果的杂乱成形进程，因而它们之间的匹配联系对管件的成形功能影响非常大。内压较低，轴向进给过大，会使得轴向进给的资料无法及时向拐部活动，在拐部圆角处和管坯端部堆积，形成褶皱;内压较大，轴向进给过小，资料无法及时向拐部补充，会使得拐部变得越来越薄，直至决裂。
有限元模型的建立
双拐曲轴内高压胀形的有限元模型见下图。该模型包含模具、管坯、左冲头、右冲头号 4 个部分， 模具和冲头划分为刚性单元，数值模仿时考虑板料的各向异性，选用资料库中 36 号资料模型。管坯资料为不锈钢 SS304，其摩擦因数为 0.1，泊松比为 0.28，屈从强度为 245 MPa，抗拉强度为 408 MPa，资料密度为 7850 kg/m3，硬化指数 n 为 0.32， 强化系数 K 为 537 MPa，资料的本构联系为。
SS304不锈钢双拐曲轴内高压成形有限元模型
加载途径对双拐曲轴壁厚散布及胀形高度的影响
双拐曲轴成形进程中内压和轴向进给的联系是决议成形与否的要害性因素，因而在数值模仿和实际成形试验时内高压加载必须遵循以下准则：加载峰值不得超越资料的大整形压力，一般为资料屈从强度的 1/3～1/10;成形初期压力应尽快到达资料的屈从强度，防止出现起皱缺点;成形后期，保压必定时刻，在较高内压效果下，管坯充分贴模。
基于上述设计准则，双拐曲轴内高压成形进程设置了5条加载途径，5种载荷途径别离界说为途径1～5。5种加载途径的液压和铸造工步不同，整形压力相同。
加载途径1的液压胀形压力为20MPa，在后续的铸造阶段坚持该数值;加载途径2的液压胀形力为40MPa，在后续的铸造阶段坚持不变;加载途径3的液压胀形力为30MPa，在后续的铸造阶段坚持不变;加载途径4的液压胀形力为35MPa，在后续的铸造阶段坚持不变;加载途径5的液压胀形力为35MPa，在后续的铸造阶段压力线性添加到40MPa。加载途径1～5的轴向进给量相同，为17mm。
模仿时的 5 种加载途径
加载途径1因为液压胀形阶段和铸造阶段压力较低，管坯资料无法周向扩展，轴向继续进给，导致壁厚逐步添加向内发作起皱，出现折叠。情况严重时，即使后续整形压力非常高也无法消除褶皱。下图能够明显看到拐部底端变形区的折叠。
加载途径1的模仿成果及FLD
加载途径2，因为在液压胀形阶段的压力过高，而此刻的轴向进给较小，轴向进给不能补偿周向变形量，拐部顶端壁厚越来越薄，使得拐部顶端在未贴模时发作决裂。
加载途径2的模仿成果及FLD
依据加载途径1和加载途径2的模仿成果可知，液压胀形阶段的压力不能太高或者太低，合理的胀形压力应该在30～35MPa之间，在这个压力规模设置后3组加载途径。加载途径5的模仿成果能够看出，曲轴拐部顶端薄，拐部底端以及主管端部厚，而且减薄率控制在答应规模之内，拐部顶端贴模，成形零件合格。
加载途径 5 的模仿成果
不同加载途径成形下胀形高度和壁厚很大减薄率不同：当挑选加载途径3时，胀形高度到达31.1mm，为很小值;而加载途径4，5对应的胀形高度均为31.5mm，为很大值。从下表中能够看出，在轴向进给必定的情况下，跟着胀形压力的增大，胀形高度添加，可是压力增大到必定值后，胀形高度坚持不变，而减薄率会随胀形压力的增大继续增大。虽然加载途径3下，较小的成形压力对应较小的壁厚减薄率，可是胀形高度不能满意要求，所以，挑选加载途径5为加载方式。
不同加载途径成形下胀形高度和壁厚大减薄率
双拐曲轴的内高压成形试验研讨
双拐曲轴实际成形工艺路线为：先将304不锈钢管经过锯床下料得到200mm的管坯，再挑选专用的外表涂层作为润滑剂涂刷于管坯的外外表，然后将管坯放入模具型腔后合模，按有限元模仿的工艺参数设定工艺值，并在向管坯内输入高压油的一起，冲头对管坯进行紧缩。待试验程序走完全程，将成形的双拐曲轴件取出。
双拐曲轴内高压胀形试验模具
四柱式内高压成形设备
应用加载途径1，2，5 的试验成果见下图。胀形压力和轴向进给匹配较为适当时的胀形成果见图a(途径5)，从图a中能够看出，双拐曲轴既无起皱，也无开裂。从图b能够看出，当胀形高度很低时，双拐曲轴就现已出现决裂，决裂的主要原因是前期压力过大，轴向进给过小，不能供给满足的资料用以周向扩展，导致过度减薄直至决裂。从图c能够看出，起皱的部位在曲轴圆角过渡处，起皱的主要原因是因为前期压力较低，使金属活动缓慢，轴向变形来不及转化为周向变形，资料在根部发作聚集，形成起皱。
不同加载途径下双拐曲轴的试验成果
再对零件a壁厚进行剖析：将零件外表油污清洗后，外表光滑无凹坑和划痕，外表成形质量好;沿轴向方向将双拐曲轴用线切割切开进行厚度测量,选取截面上的12个点进行厚度测量,并与模仿成果进行比较。
比较显示：壁厚散布差异较大，曲轴拐部顶端(5点)处壁厚薄，向两侧沿轴向方向壁厚逐步添加，曲轴拐部底端(1点)处壁厚厚。厚度散布方面，试验值和模仿值基本吻合。
沿曲轴轴向方向截面壁厚散布比照
模仿及试验成果比照可知，实际成形的双拐曲轴拐部胀形高度与长度均满意设计尺度要求。
模仿及试验成果比照
模仿和试验成果
经过数值模仿优化双拐曲轴内高压成形工艺参数，挑选加载途径5为良好工艺，其内压力为50 MPa，左、右冲头推进间隔为17 mm，摩擦因数为 0.1;选用此优化加载途径能够避免双拐曲轴零件出现起皱和决裂的缺点，获得胀形高度为 31.5 mm 及壁厚散布均匀的双拐曲轴零件;试验成果与模仿成果基本共同。