星空体育:内高压成形技术的原理优势、应用领域及发展趋势
文章出处:本站 人气:发表时间:2024-06-28 15:35
佛山兴迪源机械 | 日期:2017-01-08
内高压成形(Hydro Forming)也叫液压成形或液力成形,是一种利用液体作为成形介质,通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。本文佛山兴迪源机械带来内高压成形技术的原理优势、应用领域及发展趋势。
内高压成形的原理是通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需要的工件。对于轴线为曲线的零件,需要把管坯预弯成接近零件形状,然后加压成形(如图1所示)。
内高压成形是一种制造空心整体构件的先进制造技术,是一种以管材为坯料,以油液为传压介质,在管材内部施加超高压(工作压力通常100~400MPa,最高达1000MPa)的同时,对管坯的两端施加轴向推力进行补料。
因两种外力的合力作用,管坯产生塑性变形,最终与模腔内壁贴合,使管坯成为具有三维形状零件的现代塑性加工技术。按管坯成形特点,零件分为成形区和送料区。成形区是管坯发生塑性变形直径变化的部分;送料区是向成形区补料的部分。
内高压成形时管端密封是由冲头和模具挤压形成刚性密封,因此该处模具容易磨损,通常在模具密封段采用耐磨镶块,来提高模具寿命。在零件成形后,依靠模具内的辅助液压缸完成开槽、冲孔等后续工序。然后油液卸压,轴向冲头回程,液压机滑块上行,即可取出零件。
内高压成形工艺过程主要分为三个阶段:
1)初始充填阶段 将管坯放入模腔并合模,两端的轴向冲头水平推进,形成密封。通过预充液体将管内空气排出。
2)成形阶段 在管坯加压胀形的同时,冲头按设定的加载曲线向内推进补料,在内压和轴向补料的联合作用下使管坯基本贴靠模具。此阶段除过渡R角外的大部分区域已经成形。
3)整形阶段 提高内压使过渡R角完全贴合模腔,工件完成成形。
由于内高压成形能加工沿着构件轴线截面形状和尺寸不同的封闭空心截面零件,可以综合上述四种轻体结构设计途径,达到减轻质量、节约材料和简化工艺的目的。从工艺技术角度,内高压成形与冲压焊接工艺相比的主要优点有:
1)减轻质量,节约材料:
前面举例详细介绍了内高压成形件实现结构减重的方法。下表是汽车上采用冲压焊接件与内高压成形件的产品质量对比总体来说,对于框、梁类结构件,内高压成形件比冲压件减轻20%~40%;对于空心轴类件可以减轻40%~50%。
2)减少零件和模具数量,降低模具费用,提高材料利用率:
内高压成形件的材料利用率为90%-95%,而冲压件材料利用率仅为60%~70%。
内高压成形件通常仅需要一套模具,而冲压件大多需要多套模具。内高压成形件通常只需一副模具,而薄板冲压往往需要三道及以上的工序,工装开发及后续的制造成本将会大大提高。工序减少了,其工艺废料也会相应减少。
在满足零件使用要求的情况下,内高压成形的空心零件较冲压焊接组合件可实现减重20%~30%,材料利用率提高30%~50%。副车架零件由6个减少到1个;散热器支架零件由17个减少到10个。
3)可减少后续机械加工和组装焊接量:
以散热器支架为例,散热面积增加43%,焊点由174个减少到20个,装配工序由13道减少到6道,生产率提高66%。
4)内提高零件加工精度与车身安全性能:
针对形状复杂的零件,内高压成形可实现一次成形,避免了零件在多序加工过程中产生的累积误差,从而提高零件精度。
内高压成形属于冷加工工艺,通过变形过程中的加工硬化可大大提高零件强度,且原始管坯的整体性较好,其整体刚度也能得到保证,因此应用于汽车车身的承载结构件中可提升车身的安全性能。
5)提高强度与刚度,尤其提高疲劳强度:
仍以散热器支架为例,垂直方向提高39%,水平方向提高50%星空体育。
6)降低生产成本:
根据德国某公司对已应用零件统计分析,内高压成形件比冲压件平均降低15%-20%,模具费用降低20%-30%。
名称
冲压机/kg
内高压成形件/kg
减重/%
散热器支架
16.5
11.5
24
副车架
12
7.9
34
仪表盘支架
2.72
1.36
50
1)内高压成型装备主要应用领域:
1. 航空、航天、海洋船舶潜艇等军工行业,如应用航空发动机和波纹管等。
2. 高校实验室金属材料成形等专业实验使用。如异型界面管件成型。
3. 汽车上零部件行业:凸轮轴、副车架、保险杠、波纹管、散热器壳、控制臂、横梁、后桥等。
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