安全氣囊氣體發生器殼體成形方法

安全氣囊氣體發生器殼體成形方法有哪些

  安全氣囊氣體發生器殼體的基本結構形式及其不同的成形方法。提出了活動控制成形力的計算公式、控制腔位置的判定準則及其外形和尺寸的設計方法。通過試驗表明，所開發的活動控制成形技術可節約原材料、進步工作效率及產品質量，具有明顯的技術經濟效益。
       1 氣體發生器的工作原理及其關鍵零部件結構
       轎車安全氣囊系統的氣體發生器主要有壓縮氣瓶式、煙火式和由兩者組成的混合式3種類型。由于煙火式氣體發生器結構簡單、充氣迅速（僅需34-50ms）、貯存時間長、無漏氣現象、安全性好，因而成為目前的主要使用型式。
其工作原理為：當汽車發生碰撞時，點火具13 接到傳感器輸出的信號后迅速發生燃燒反應，從點火孔12噴出的火焰直接點燃燃燒室14中的氣體發生劑。氣體發生劑燃燒所產生的氣體迅速從燃燒室的噴嘴11沖出，經過濾室中的篩網濾往燃燒產物中的固體殘渣后，經氣體發生器的出氣孔1流向出氣孔9后噴出，布滿氣囊。
       2 氣體發生器殼體的結構型式及其制造方法
氣體發生器殼體，國內外均以LC4超硬鋁合金或其他高強度鋁合金為原材料，目前有以下3種成形制造方法：
       a. 采用壓鑄工藝生產殼體零件毛坯，然后通過機械加工制成零件。此方法的廢品率高，產品質量難以滿足現代轎車安全氣囊的要求。
       b. 采用實心棒通過切削加工方法生產。該方法制造的殼體耐壓程度比壓鑄件的高，可以滿足安全氣囊的使用標準，但材料利用率低（在10%以下），生產效率低。
       c. 采用活動控制成形（Flow Control Forming，簡稱FCF技術生產壓蓋和筒體的高精密毛坯，然后通過機械加工制成零件。活動控制成形技術特別適合于鋁、鎂等輕合金復雜零件的近/凈成形。采用該項技術生產的殼體零件其材料利用率約為上述第2種方法的5倍，耐壓程度和生產效率均高于前2種方法。
       3 活動控制成形（FCF）技術及應用
       3.1 FCF 技術的特點
       a.可以精確控制金屬材料的非均勻塑性活動，進步其成形性能，實現復雜結構件的精密成形。
       b. 可以有效避免折疊、充不滿等缺陷的產生，使制件金屬流線連續致密，進步產品的機械性能。
       c. 可以使制件表面更加光潔，尺寸精度更高，公差可達到IT8-9級。
       基于FCF技術特點，采用FCF技術對轎車安全氣囊殼體的高強度鋁合金壓蓋和筒體進行精密成形，得到了金屬最后布滿位置的判據和模具上控制腔外形及尺寸的設計與計算方法。
       3.2 成形力的計算模型及公式
       采用塑性成形理論和有限元仿真模擬分析了金屬活動成形過程及規律，提出了以閉式反擠壓變形為特征的活動控制成形力的計算模型并推導出力的計算公式。對于回轉體鍛件閉式模鍛，所有復雜鍛件的軸向截面均可分解為若干簡單矩形單元，其變形區模型相當于各簡單矩形截面區模型的組合。所以，只利用簡單矩形截面的變形區模型計算出回轉體閉式鐓粗和反擠的變形力，然后將其疊加即可計算出任意復雜鍛件閉式模鍛的變形力。
       若將控制腔設置在模具所有圓筒形模膛中最后布滿的模膛的端部，首先必須判定出哪個模膛（模膛厚度不同、高度不同）最后布滿。
       根據塑性成形最小活動阻力定律和試驗觀測，應當由模膛對變形金屬產生的活動阻力的大小來判定。為此，可通過圓筒形模膛的高寬比%來判定，即k = h/t (6)式中，h為模膛高度，t為模膛寬度。
       對于壓蓋鍛件，首先分別計算內、中、外筒的h1/t1、h2/t2、h3/t3，得到k1、k2、k3的數值，然后根據數值的大小做出判定。顯然，k值最大的圓筒形模膛端部才是模鍛時最后布滿的部位。由于在所有圓筒形模膛尺寸精度，尤其是模膛表面粗糙度一致的條件下，越是窄而深的模膛其活動阻力越大，無論是冷態擠壓模鍛還是熱態擠壓模鍛均是如此。

       3.3.2 控制腔高度尺寸（hi）的確定

       當圓筒形模膛中最后布滿的模膛被確定后，若其外徑為di，則相應的控制腔的內徑為di-2ti。因此尺寸hi即可根據控制腔的體積約即是坯料上多余金屬體積（vk）的2倍來確定。

       4 工藝試驗與效果
       設計制造了2套可分凹模模具，安裝在Y28-400/400型數控雙動擠壓機上進行試驗。圖5為分別采用LY12、LC4材料試制成功的轎車安全氣囊壓蓋和筒體的精密模鍛件。
       以壓蓋為例，當其采用LC4超硬鋁棒通過機加工生產時，單件用料為1.2kg，材料利用率10%。而采用活動控制成形精密模鍛生產時，零件質量僅為0.104kg，其材料利用率相對于機加工進步了5倍以上。

       a 對氣體發生器殼體的基本結構型式及相應的制造方法進行了分析比較，可供開發或生產單位選擇時參考。
       b 基于活動控制成形理論，分析了活動控制成形的關鍵技術，提出了反擠壓成形力的計算模型，導出了計算公式。設計出公道的活動控制成形工藝方案和可分凹模模具F在雙動或單動液壓機上實現安全氣囊鋁合金壓蓋及筒體等零件的閉式精密擠壓模鍛是切實可行的。
       c 采用活動控制成形技術，一是可節約原材料，二是減少了機加工工作量，進步了工作效率，三是進步了產品質量。