安全气囊气体发生器壳体精密成形方法

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1、安全气囊气体发生器壳体精密成形方法发布：2008-9-612:14:38  来源:模具网    编辑：佚名【摘要】论述了安全气囊气体发生器壳体的基本结构形式及其不同的成形方法。提出了流动控制成形力的计算公式、控制腔位置的判断准则及其形状和尺寸的设计方法。通过试验表明，所开发的流动控制成形技术可节约原材料、提高工作效率及产品质量，具有显著的技术经济效益。主题词：安全气囊；气体发生器；壳体；成形1气体发生器的工作原理及其关键零部件结构轿车安全气囊系统的气体发生器主要有压缩气瓶式、烟火式和由两者组成的混合式3种

2、类型。由于烟火式气体发生器结构简单、充气迅速（仅需34-50ms）、贮存时间长、无漏气现象、安全性好，因而成为目前的主要使用型式。图1为烟火式气体发生器的结构示意图。其工作原理为：当汽车发生碰撞时，点火具13接到传感器输出的信号后迅速发生燃烧反应，从点火孔12喷出的火焰直接点燃燃烧室14中的气体发生剂。气体发生剂燃烧所产生的气体迅速从燃烧室的喷嘴11冲出，经过滤室中的筛网滤去燃烧产物中的固体残渣后，经气体发生器的出气孔1流向出气孔9后喷出，充满气囊。1.出气孔12.筛网23.安全气袋4.筛网35.筛网16

3、.气体发生剂7.壳体8.过滤室29.出气孔210.过滤室111.喷嘴12.点火孔13.点火具14.燃烧室图1烟火式气体发生器结构示意图2气体发生器壳体的结构型式及其制造方法气体发生器壳体主要有薄板焊接结构（图1）和由螺纹连接的组合结构（图2）。1.压盖2.筒体3.安全气袋图2壳体结构示意图对于图2所示的气体发生器壳体，国内外均以LC4超硬铝合金或其他高强度铝合金为原材料，目前有以下3种成形制造方法：a.采用压铸工艺生产壳体零件毛坯，然后通过机械加工制成零件。此方法的废品率高，产品质量难以满足现代轿车安全气

4、囊的要求。b.采用实心棒通过切削加工方法生产。该方法制造的壳体耐压程度比压铸件的高，可以满足安全气囊的使用标准，但材料利用率低（在10%以下），生产效率低。c.采用流动控制成形（FlowControlForming，简称FCF技术生产压盖和筒体的高精密毛坯，然后通过机械加工制成零件。流动控制成形技术特别适合于铝、镁等轻合金复杂零件的近/净成形。采用该项技术生产的壳体零件其材料利用率约为上述第2种方法的5倍，耐压程度和生产效率均高于前2种方法。3流动控制成形（FCF）技术及应用3.1FCF技术的特点a.可以

5、精确控制金属材料的非均匀塑性流动，提高其成形性能，实现复杂结构件的精密成形。b.可以有效避免折叠、充不满等缺陷的产生，使制件金属流线连续致密，提高产品的机械性能。c.可以使制件表面更加光洁，尺寸精度更高，公差可达到IT8-9级。基于FCF技术特点，采用FCF技术对轿车安全气囊壳体的高强度铝合金压盖和筒体进行精密成形，得到了金属最后充满位置的判据和模具上控制腔形状及尺寸的设计与计算方法。3.2成形力的计算模型及公式采用塑性成形理论和有限元仿真模拟分析了金属流动成形过程及规律，提出了以闭式反挤压变形为特征的流

6、动控制成形力的计算模型并推导出力的计算公式。文献［1］提出，对于回转体锻件闭式模锻，所有复杂锻件的轴向截面均可分解为若干简单矩形单元，其变形区模型相当于各简单矩形截面区模型的组合。所以，只利用简单矩形截面的变形区模型计算出回转体闭式镦粗和反挤的变形力，然后将其叠加即可计算出任意复杂锻件闭式模锻的变形力。选择闭式反挤成形方案来分析，根据上述理论所建立的压盖成形力的计算模型如图3所示。1、2、3杯筒单元4环形单元图3闭式挤压力的计算模型由图3可以得出，总成形力P为杯筒单元1、2、3和环形单元4的单位反挤压力p

7、1、p2、p3、p4分别乘以所作用面积之和。即：采用主应力法并依据参考文献［1］、［2］可以导出单元体在流动控制成形时的单位压力计算公式：式中，σs为材料的流动应力；r为环形单元4外圆上、下端面的圆角半径；μ为摩擦因数。3.3纵向圆筒控制腔的设计3.3.1控制腔位置的设计若将控制腔设置在模具所有圆筒形模膛中最后充满的模膛的端部，首先必须判断出哪个模膛（模膛厚度不同、高度不同）最后充满。根据塑性成形最小流动阻力定律和试验观测，应当由模膛对变形金属产生的流动阻力的大小来判断。为此，可通过圆筒形模膛的高宽比%来

8、判断，即k=h/t(6)式中，h为模膛高度，t为模膛宽度（图4）。图4反向挤压模具示意图对于压盖锻件，首先分别计算内、中、外筒的h1/t1、h2/t2、h3/t3，得到k1、k2、k3的数值，然后根据数值的大小做出判断。显然，k值最大的圆筒形模膛端部才是模锻时最后充满的部位。因为在所有圆筒形模膛尺寸精度，尤其是模膛表面粗糙度一致的条件下，越是窄而深的模膛其流动阻力越大，无论是冷态挤压模锻还是热态挤压模锻均是如此。3.3.2控制