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什么是汽车管内高压成形技术及其应用
发布时间:2017-09-27     阅读:1477

一、内高压成形基本原理 

内高压成形是把管件作为加工对象,在管件内充入高压液体,使其对管件内壁产生压力,用冲头密封管件两端,利用轴向进给为管件成形提供补料,使管件外壁完全贴紧模具型腔,从而获得所需形状零件的技术。管件的内高压成形过程通常可分为以下几步: 

(1)将管件放入模具型腔,闭合模具,管件端部采用冲头密封,见图1-1a); 

(2)将液体由密封冲头充入管件内部,对管件内部的液体施加压力,则管件在内

压力和轴向补料的作用下发生变形,使管件外壁逐渐贴紧模具型腔,见图1-1b); 

(3)等管件外壁大部分部位贴紧模具型腔,再采用较大的内压力,使管件圆角等

不易成形的部位也逐渐贴紧模具型腔,以得到所需形状的成形件。

二、与冲压焊接所得零件比较,内高压成形件有很多优点

1、重量轻 

内高压成形的初始加工对象是空心管件。据统计,在满足强度和刚度等要求的

基础上,内高压成形所得零件的重量要比传统冲压焊接所得零件的重量轻 15%-50%

 1-1 所示是汽车上三种典型零件采用不同成形方式所得产品的重量比较

不同成形方式所得零件重量比较

2、成形工序少 

内高压成形过程中,冲头对管件有密封作用,而其对管件轴向上施加的力为管件成形进行补料,提高了管件的成形能力,对于多截面零件也能够实现一次成形。另外,由于内高压成形件有着较好的整体性,所以使内高压成形件的焊接量减少,甚至有些内高压成形件不需要组装焊接。

 

3、所需模具少 

由于内高压成形件是一次成形,所以成形过程所需模具数量较少。例如,有些内高压成形零件上分布有装配孔,则该类零件就可以在内高压成形之后实施液压冲孔。液压冲孔时,管件内部的高压液体起到了凸模或凹模的作用,因此就不再需要单独制造凸模或者凹模,节约模具制造费用,从而降低了零件的生产成本。表1-2所示是汽车上两种零件分别采用冲压焊接成形和内高压成形的成本比较。 

1-2  不同成形方式所得零件的成本比较

4、成形质量好 

采用内高压成形所得零件,由于整体性比较好,所以其强度和刚度也较高。另

外,内高压成形件的焊接数量较少,出现应力集中的焊接接头位置也随之变少,使

内高压成形得到的零件质量较好。 

5、污染小 

内高压成形技术是一种环保的成形技术,相对于传统冲压焊接,其噪声污染小6、工作环境较好,另外内高压成形所需的高压液体能够循环利用,对环境影响较小。 

除了以上所述优点之外,内高压成形技术还有一些弊端。例如,内高压成形技

术缺少规范的行业标准;前期的生产设备投资较大,内高压成形件的生产需要的设

备有数控弯管机、内高压成形机和激光切割机等,而这些设备的造价都比较昂贵。

另外,加载路径的好坏直接影响零件成形质量的优劣,零件的前期研发费用较高。

这些不利因素在一定程度上影响了内高压成形技术的发展。

 

三、内高压成形分类和基本步骤 

按照成形件的形状分类,内高压成形件可划分成弯曲轴线异形截面管、变径管和多通管三大类。其中弯曲轴线异形截面管在汽车上大量采用,如扭力梁、纵梁等。 弯曲轴线异形截面管件的成形过程主要有弯曲、预成形和内高压成形等工序,如图。这种零件的轴线一般为二维或三维曲线,因此其首先要进行弯曲,管件弯曲后的形状要与成形件轴线形状基本一致。弯曲件还要进行预成形处理,以保证管件能够放入内高压成形模具型腔,然后通过内高压成形获得最终成形件。 



四、内高压成形应用 

近些年,随着成形技术的发展进步,内高压成形技术已经逐步在汽车、航空航天和卫浴等工业中得到应用,其中汽车工业上内高压成形的应用最为广泛。奔驰、通用、福特和宝马等汽车企业都已经拥有自己的专业化内高压成形生产线。日本的本田、丰田、马自达公司和韩国现代等汽车企业也相继建立了内高压成形生产线。国内采用内高压成形生产汽车零件的企业也开始出现,一汽轿车和上海宝钢等企业正在筹建内高压成形生产线。 汽车上采用内高压成形技术制造的零件大致可以分为四大类:车身类、底盘类、悬架与转向系类以及发动机与驱动系类。


五、内高压成形发展趋势 

    随着内高压成形技术广泛应用于汽车和航空航天等高端产业上,在此基础上也出现了很多改进型的内高压成形技术。内高压成形技术的发展趋势有: 超高压成形现在工业生产中采用的内高压成形机最高压力可以达到400 MPa。如果结构形状更加复杂、管壁过厚以及高强度材料的管件成形时,就需要提供更高的内压力,内压力将升高到600 MPa,甚至高达1000 MPa

 1、 内高压热成形

铝镁合金等轻质合金材料在室温下塑性较低,成形能力较差。温度达到一定温度值时,这些轻质合金材料的成形能力会出现迅速增强的现象,因此采用内高压热成形方法可得到成形效果很好的轻质合金零件。 

 2、 拼焊管内高压成形 

将不同厚度或不同材料管件焊接成差厚管件,再采用内高压成形加工出所需差厚零件,该成形方式也能够通过改变初始的管件壁厚分布得到所需的差厚零件。


六、应用案例简单分析

   后副车架是汽车底盘的重要结构部件之一,后副车架的成形方式影响其强度和刚度。因为内高压成形具有重量轻、整体性好的特点,使其逐渐取代传统的冲压焊接成形,越来越多的应用在后副车架生产上。另外,数值模拟方法的完善对后副车架内高压成形提供了技术支撑。采用数值模拟软件对后副车架各组成部分内高压成形过程进行模拟,预测它们的成形效果,检验各个成形参数对成形效果的影响,进而优化成形参数,为后副车架生产提供优化的成形参数,对缩短后副车架开发周期具有重要意义。 

    研究对象为某SUV汽车的后副车架。该后副车架由横梁和纵臂焊接而成,其数学模型如图1-3所示。采用的材料是型号为SPH440,壁厚为2.3 mm的电阻焊管。将采用数值模拟软件AUTOFORM对横梁和纵臂的成形过程分别进行数值模拟,分析其成形过程中产生的成形缺陷问题以及影响因素,根据分析结果,优化各个成形参数,最终获得符合工艺要求的成形件。 





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