排气系统消音器基于simufact焊接与旋压工艺链仿真

MSC.Simufact

摘要：汽车排气系统中的消音器实际成形工艺：先进行激光焊或 TIG 焊，再进行旋压成形的工艺，通过 simufact 软件对该消音器的焊接旋压工艺实现工艺链仿真，充分考虑各工序的影响。先使用 simufact.welding 进行激光焊接仿真分析，考虑焊接变形，焊后残余应力等结果，再利用 simufact.forming 进行旋压工艺仿真分析，对产品的壁厚、焊接变形、残余应力以及两种轨迹方案比较分析，可以得到考虑焊接与旋压工序对产品的影响。对旋压轨迹优化提供参考。

关键词：simufact；simufact.forming；simufact.welding；旋压；焊接
1 引言

旋压工艺是一种典型的连续局部塑性成形技术，产品精度高、模具简单、工艺柔性好、机械自动化水平高等，是实现薄壁回转体零件的少无切削的先进制造技术。广泛应用于机械、电子、汽车以及航空航天等行业。由于受当前制造业整体水平和设计水平的限制，致使旋压工艺不连续、制品质量低，制品精度有待提升、工艺参数有待优化等[1] 。

汽车排气系统又称尾气控制系统，是收集并排放废气的系统，一般由排气歧管、排气管、催化转换器、氧传感器、消音器、碳灌等组成。汽车排气系统主要是排放发动机工作所排出的废气，同时使排出的废气污染减小，噪音减小。本文主要对排气系统中的消音器的焊接旋压工艺进行研究。

随着计算机技术的发展，对制造业的加工过程，工艺可行性及工艺参数优化等可以借助软件仿真分析。Simufact 软件为德国 Simufact Engineering 公司，一直致力于金属塑性成形焊接热处理仿真平台的建立，软件基于全球知名的非线性求解器 MSC.Marc 上，能够精确求解锻造、挤压、冲压、环轧、自由锻、旋压、轧制、焊接、热处理等工艺，simufact 能够进行连续的工艺链仿真分析，考虑实际工艺中的每个工艺过程，保证求解精确性，在旋压工艺中易于定义复杂的旋压路径，能够实现焊接之后进行旋压工艺分析，可以考虑焊接变形、焊接残余应力对旋压工艺的影响。工艺链仿真是未来的一个趋势。Simufact 软件走在了最前沿。采用 simufact 仿真分析的方法可以减少物理实验次数、缩短产品周期、提高效率、降低费用、能够对旋压过程中出现的问题有科学的预见性，节约成本。

2 工艺简介与有限元模型建立

汽车排气系统的旋压零件的制作往往是通过卷圆、焊接（TIG 或激光焊接）、整形（圆形、椭圆等），然后进行旋压成型， 一般采用冷旋压（环境温度下进行旋压）。在进行有限元分析时，对部件做了一定的简化处理。在Simufact.welding 中做激光焊接拼接分析与焊后冷却一段时间，使焊缝附近温度降低到不影响旋压成形。之后将焊接分析结果导入到Simufact.forming 中进行旋压成形分析。Simufact.welding 与 Simufact.forming 能够实现结果的无缝对接，操作简单。

焊接模型：采用 simufact.welding 进行建模，建模如图 1 所示，圆筒两端为简化的夹具（也可以按照实际夹具形状进行简化分析），圆筒件即采用激光焊。

旋压有限元模型：采用 simufact.forming 进行建模，加持模具带动工件主动旋转，旋轮沿着指定轨迹运动（轨迹一沿径向梯次梯形往复进给，轨迹二沿径向固定进给速率往复逐渐进给）单旋轮旋压，旋轮在进给过程中被动旋转。坯料来自焊接仿真结果，主要考虑焊接残余应力，焊接变形。
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