【干貨】汽車(chē)輕量化中內(nèi)高壓成形技術(shù)
汽車(chē)輕量化是汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)，內(nèi)高壓成形技術(shù)就是在這種趨勢(shì)下發(fā)展起來(lái)的輕量化制造方法，它是利用液體壓力作用于管坯內(nèi)部，使管壁在內(nèi)部液體壓力的作用下貼覆模具型腔，由此制造出在軸線(xiàn)方向具有不同截面形狀的管狀部件。傳統(tǒng)的制造方法是用板坯沖壓成兩個(gè)半槽，然后焊接到一起。這種制造方法會(huì)導(dǎo)致零件焊接變形，重量增加，零件設(shè)計(jì)方法單一。用液壓內(nèi)高壓成形的方法可以制造出截面更加復(fù)雜的管狀部件，而且形成封閉的截面，減少了制造工序、模具數(shù)量和焊縫的數(shù)量，提高了零件整體性，提供了靈活的截面設(shè)計(jì)方法，提高了零件的強(qiáng)度、剛度和尺寸精確性，回彈較小，并且顯示出了很明顯的減重效果。
內(nèi)高壓成形的原理
1.內(nèi)高壓成形原理
管材內(nèi)部充入高壓液體，使其作用在管材內(nèi)表面，同時(shí)在軸向力的輔助下進(jìn)行補(bǔ)料，使管材外壁充分貼覆到模具型腔。管材內(nèi)高壓成形工藝主要由以下步驟組成：將管坯放入模具型腔，模具閉合;對(duì)管材兩端用密封沖頭密封，將高壓液體通過(guò)沖頭進(jìn)入管材內(nèi)部，在高壓液體的作用下管材外壁逐步接近并貼覆型腔;待管坯外壁大部分貼覆模具后，增大液體壓力，使其圓角等局部難以成形的部位充分貼覆型腔，最后獲得需要的零件。
2.管件內(nèi)高壓成形技術(shù)缺陷
管件內(nèi)高壓成形過(guò)程中由于材料、模具、工藝條件不合理等因素，常會(huì)導(dǎo)致成形過(guò)程中出現(xiàn)起皺、破裂、屈曲等缺陷。
(1)起皺
主要是因?yàn)閮?nèi)壓力不足、軸向進(jìn)給量過(guò)大而引起的。起皺的數(shù)量、高度與加載路徑、管坯幾何尺寸等有關(guān)。起皺分為有益起皺和有害起皺兩種。有害起皺將形成死皺，在后序中無(wú)法消除，但是有些合理幾何形狀的起皺，即有益起皺是必要的，因?yàn)檫@些起皺在內(nèi)高壓成形過(guò)程中有利于零件的成形。(2)破裂 因內(nèi)部壓力過(guò)高、軸向進(jìn)給量不足，或二者的匹配不合理，使管壁迅速變薄產(chǎn)生局部變薄以至破裂的現(xiàn)象。為避免破裂，應(yīng)該使管壁在發(fā)生縮頸前貼覆模具。
(3)屈曲
在成形過(guò)程初始階段，軸向載荷高、內(nèi)壓力低，模具中的管坯自由段長(zhǎng)、導(dǎo)向段短而引起管坯的整體彎曲。它可以通過(guò)合理選擇管坯長(zhǎng)度，選擇合適的預(yù)成形工藝，調(diào)節(jié)成形過(guò)程中的參數(shù)來(lái)避免。
內(nèi)高壓成形生產(chǎn)線(xiàn)關(guān)鍵因素
1.內(nèi)高壓成形用液壓機(jī)
建立一條內(nèi)高壓生產(chǎn)線(xiàn)，需要具備數(shù)控彎管機(jī)、預(yù)成形設(shè)備、數(shù)控液壓機(jī)、切管設(shè)備等，最基本的設(shè)備是數(shù)控液壓機(jī)。數(shù)控液壓機(jī)主要由合模機(jī)構(gòu)、水平軸向進(jìn)給液壓缸、高壓源、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、水壓系統(tǒng)等組成。其中合模機(jī)構(gòu)主要是提供開(kāi)合模具的作用;軸向進(jìn)給液壓缸的主要作用是對(duì)管端進(jìn)行密封，并且可以提供給料力。由于普通的液壓泵最多能夠提供50MPa的壓力，而內(nèi)高壓成形過(guò)程中需要的壓力往往能夠達(dá)到300～400MPa，因此在管件脹形過(guò)程中需要配置增壓機(jī)構(gòu)來(lái)提供脹形高壓。另外液壓機(jī)還配有水壓系統(tǒng)在脹形時(shí)提供脹形液體，并對(duì)其進(jìn)行回收和過(guò)濾。成形過(guò)程中的各類(lèi)參數(shù)，如成形過(guò)程中的內(nèi)壓和軸向進(jìn)給的路徑匹配則通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制并且能夠預(yù)先設(shè)定。
為進(jìn)一步提高單件生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)時(shí)間，國(guó)外有些公司制造了短行程液壓機(jī)。除了具有典型液壓機(jī)的配置外，該機(jī)床開(kāi)合模機(jī)構(gòu)采用單獨(dú)的上液壓缸，能夠完成模具快速開(kāi)合模。兩側(cè)的定位缸則通過(guò)定位機(jī)構(gòu)在滑塊和上部橫梁之間起到定位作用。通過(guò)底部?jī)蓚€(gè)液壓缸提供閉合壓力，并且僅僅脹形時(shí)造成機(jī)身，模具變形形成間隙，因此其行程非常小，生產(chǎn)率較高。
國(guó)際上能夠提供內(nèi)高壓成形成套技術(shù)與設(shè)備的制造商多數(shù)集中在歐洲，如德國(guó)舒勒公司、SPS公司;另外日本的AP&T和TOYO TA&NIPPONSTEEL等公司也研發(fā)了系列內(nèi)高壓成形液壓機(jī)，并研發(fā)了一種機(jī)械鎖模結(jié)構(gòu)，很適合大長(zhǎng)度、大體積的零件生產(chǎn)。我國(guó)一汽集團(tuán)技術(shù)中心也研發(fā)了一種適合批量生產(chǎn)的數(shù)控液壓機(jī)，已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)了最大壓力可達(dá)400MPa的數(shù)控液壓機(jī)，并且可以配備不同規(guī)格的水平液壓缸，已用于工業(yè)生產(chǎn)。
2.管件預(yù)處理工藝
對(duì)于軸線(xiàn)具有空間幾何形狀的零件，在內(nèi)高壓成形之前，需要進(jìn)行預(yù)彎曲。另外，對(duì)于截面形狀復(fù)雜的零件，管坯彎曲后需要進(jìn)行預(yù)成形工藝，即將彎曲后的管坯截面變成有利于內(nèi)高壓成形的形狀。這樣可以預(yù)先配置管材材料分布，有利于內(nèi)高壓成形工序。另外，在預(yù)彎曲和預(yù)成形后，材料內(nèi)部會(huì)存留殘余應(yīng)力，導(dǎo)致成形工序中材料變形不均勻，甚至在成形過(guò)程中發(fā)生破裂。因此，在管坯預(yù)彎曲和預(yù)成形時(shí)要注意保證管坯材料厚度均勻。為減少殘余應(yīng)力，可以增加熱處理工序(如退火)來(lái)消除內(nèi)部殘余應(yīng)力。
液壓成形用模具
1.模具結(jié)構(gòu)管件
內(nèi)高壓成形模具主要結(jié)構(gòu)有上模板、下模板以及起密封沖頭和軸向給料機(jī)構(gòu)。管內(nèi)高壓液體起到凸模的作用。模具的作用是提供封閉的凹模型腔，對(duì)膨脹后的管材外壁進(jìn)行約束，使其在高壓液體的作用下充分貼覆模具型腔。液壓成形設(shè)備一般擁有兩個(gè)方向以上的液壓缸。模具的組成結(jié)構(gòu)可以有三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，一些科研單位針對(duì)枝形零件研發(fā)了可以進(jìn)行模塊運(yùn)動(dòng)的模具，通過(guò)模塊的運(yùn)動(dòng)和管材內(nèi)部高壓液體的共同作用來(lái)完成管材的成形。通過(guò)模具模塊的運(yùn)動(dòng)來(lái)提高零件成形質(zhì)量是內(nèi)高壓成形工藝中較為關(guān)鍵的問(wèn)題。另外，模具通常采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)模具各部位耐磨性、強(qiáng)度、工作條件的不同采用不同的材料和工藝進(jìn)行加工，這樣既提高了模具結(jié)構(gòu)的可加工性，又提高了模具結(jié)構(gòu)的維修性能，滿(mǎn)足了經(jīng)濟(jì)性能要求。模具常用的材料主要有45鋼和其他性能優(yōu)良的合金模具鋼。生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)量的大小、工作狀況等因素選擇合理的模具材料。
2.模具潤(rùn)滑
內(nèi)高壓成形過(guò)程中，管壁外側(cè)在內(nèi)部高壓液體的壓力下會(huì)緊緊貼在送料導(dǎo)向型面上，導(dǎo)致管壁的摩擦增大，影響到軸向補(bǔ)料。管材在逐步貼近模具型腔的過(guò)程中與型腔的接觸摩擦也會(huì)增大，導(dǎo)致管材局部過(guò)度變薄。另外，由于模具導(dǎo)向區(qū)表面質(zhì)量不好，對(duì)零件表面產(chǎn)生傷害，影響零件的表面質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)模具的時(shí)候應(yīng)該考慮導(dǎo)向區(qū)和型腔的減摩擦技術(shù)，采用合適的潤(rùn)滑方式，減少摩擦，為軸向補(bǔ)料和局部成形提供良好的條件。
管件液壓成形材料
內(nèi)高壓成形技術(shù)對(duì)管材的性能要求很高，要求管材成形后能夠滿(mǎn)足其使用性能要求。因此，對(duì)管材的性能指標(biāo)如屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、材料硬化指數(shù)等要求較高。
在汽車(chē)工業(yè)上用于內(nèi)高壓成形的材料主要為低碳鋼、不銹鋼和輕合金等，如低碳鋼(1010、1008)，鋁合金(5019-O、5754-O、6060-T4、6063-T4、6082-T4)，他們主要用于車(chē)體部件。不銹鋼管304、309等主要用于排氣系統(tǒng)，它們抗拉強(qiáng)度約為300～450M Pa。另外相關(guān)部門(mén)試圖采用DP鋼(雙相鋼)和TRIP鋼(相變誘生塑性鋼)進(jìn)行內(nèi)高壓成形，與傳統(tǒng)的管材不同的是這兩類(lèi)管材抗拉強(qiáng)度達(dá)到1000MPa，但是延伸率卻降低了10%左右。成形難度增加，容易開(kāi)裂。因此對(duì)于DP鋼和TRIP鋼的利用需要對(duì)其制造工藝進(jìn)行研究，以進(jìn)一步提高塑性。
對(duì)于內(nèi)高壓成形用鋼管，膨脹率較小的零件，通過(guò)內(nèi)高壓成形的方式較容易獲得，成形后管材壁厚變薄較小，不會(huì)影響到零件的使用性能。但是，成形率過(guò)高的零件，在成形過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致管材局部過(guò)度變薄，以致影響到了零件的使用性能，通過(guò)軸向補(bǔ)料的方式也很難彌補(bǔ)。
因此，一些研究部門(mén)開(kāi)始對(duì)內(nèi)高壓成形用鋼管制造進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的研究，采用沿軸線(xiàn)方向具有不同壁厚的異壁厚管材進(jìn)行內(nèi)高壓成形，旨在保證能夠得到管壁均勻的零件。在對(duì)異壁厚管的成形進(jìn)行了大量有限元模擬和試驗(yàn)對(duì)照的基礎(chǔ)上，指出采用異壁厚管能夠提高管材的成形性能，提高零件的質(zhì)量，并且指出這種通過(guò)增加管坯的局部厚度的方式，并不會(huì)使零件的重量增加，采用異壁厚管為解決管材內(nèi)高壓成形局部變薄的問(wèn)題提供了新的思路。圖6為模擬與實(shí)案對(duì)比。
利用內(nèi)高壓成形技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，首先應(yīng)當(dāng)考慮使用怎樣的材料制造產(chǎn)品，同時(shí)在該種材料的情況下，具有工藝可行性，并且能夠滿(mǎn)足其汽車(chē)的行駛要求。
結(jié)語(yǔ)
汽車(chē)輕量化是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向之一，而內(nèi)高壓成形技術(shù)為汽車(chē)輕量化的實(shí)現(xiàn)提供了可行的工藝方案。本文對(duì)管件內(nèi)高壓成形技術(shù)的基本原理、材料、內(nèi)高壓生產(chǎn)線(xiàn)等相關(guān)方面進(jìn)行了介紹，以期這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
來(lái)源：金屬板材成形之家(作者：吉林大學(xué)/張寶亮 王智明)
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于汽車(chē)的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的【干貨】汽車(chē)輕量化中內(nèi)高壓成形技術(shù)知識(shí)，對(duì)于汽車(chē)的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)模具專(zhuān)業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問(wèn)題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專(zhuān)業(yè)的人士來(lái)為您解答。
本站在轉(zhuǎn)載文章時(shí)均注明來(lái)源出處，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，未用于商業(yè)用途。如因本站的文章、圖片等在內(nèi)容、版權(quán)或其它方面存在問(wèn)題或異議，請(qǐng)與本站聯(lián)系(電話(huà)：0592-5551325，郵箱：help@onesoft.com.cn)，本站將作妥善處理。
向客服提問(wèn)汽車(chē)課程推薦
模具專(zhuān)業(yè)熱門(mén)資料
模具專(zhuān)業(yè)技術(shù)文檔
- 1?呼和浩特工務(wù)段卓資東高鐵實(shí)訓(xùn)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目議價(jià)采購(gòu)二次公告
- 2鐵小微帶你看:大南鐵國(guó)家高鐵實(shí)訓(xùn)基地,超牛!
- 3尚義職教中心首屆高鐵專(zhuān)業(yè)學(xué)生赴北京實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)
- 4技能展示 | 高鐵專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)技能展示
- 5磨礪青春、出彩中職——高鐵專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)風(fēng)采
- 6陜西長(zhǎng)城鐵路技師學(xué)院,一所把高鐵實(shí)訓(xùn)搬進(jìn)課堂的高等院校
- 7喜訊!喜訊!1:1仿真高鐵實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)入梧州電子科技學(xué)校
- 8云南工程職業(yè)學(xué)院高鐵實(shí)訓(xùn)基地建成啟用
- 9高鐵實(shí)訓(xùn)課走進(jìn)無(wú)錫東站!
- 10職教標(biāo)準(zhǔn)I高等職業(yè)學(xué)校城市軌道交通通信信號(hào)技術(shù)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)
推薦閱讀
