2.2 液压成形技术
液压成形技术是一种特殊的柔性塑性加工成形工艺,可分成板材液压成形和管材液压成形,能够克服常规工艺的不足,制模简单、周期短、成本低、质量好、形状和尺寸精度高,尤其适合在单道工序内成形复杂形状的零件,多用于汽车、航空航天、电器仪表等领域中小批量、多品种的复杂零件生产。近年来,随着液压成形设备及其控制技术的发展,不断推出了替代传统成形技术而开发的新产品,制造出了其他方法难以成形的复杂工件,对提高汽车性能、减少零件数量和汽车自重具有十分重要的意义。
2.2.1 板材液压成形
板材液压成形工艺是采用液体作为传力介质代替刚性凸模或凹模传递载荷,使坯料在传力介质压力作用下贴靠凸模或凹模以实现金属板材零件的成形,研究对象涉及筒形件、盒形件、复杂曲面零件及汽车、飞机覆盖件等。
板材液压成形包括液压胀形、橡皮膜液压胀形、充液拉深成形、无模液压胀形、粘性介质液压胀形等。
板材液压成形技术具有以下特点:
(1)仅仅需要凸模或凹模,另一半被液体介质所代替,减少了模具费用,一般模具费用可降低30%以上,降低了零件生产成本。另外液压成形模具可用便宜材料加工,不同厚度和不同材料的零件可以在同一个模具上生产;
(2)能提高产品质量,明显改善产品性能,零件的重量轻、强度高、硬度高、质量好,材料利用率高、尺寸精度高、回弹小、残余应力低;
(3)可以通过改变凹模或冲模的形状,来成形各种形状的零件,可以单道次成形一些形状非常复杂的零件,而用传统的冲压成形则需要多道次才能完成,甚至不可能完成。液压成形能大量减少成形工序和焊接零件数量;
(4)特别适合于成形性能差或高强度的材料,如铝、镁、钛合金,不锈钢和高强度低合金钢,还能成形复合材料,这有于有助于减轻零件重量;
(5)更换模具和成形所需的时间相对较短。
目前,国内外已有大量板材液压成形件得到开发应用,很多零件已实现批量生产,对于年产10万件以上的汽车覆盖件,国外的实例证明板材液压成形生产线是一种很适合的选择。
2.2.2 管材液压成形
管材液压成形工艺在成形过程中没有凸模,将液体介质作为一种软凸模,在轴向压缩力和内压同时作用下,管坯就可变形,与模具型面贴靠,形成所需的零件,产品对象为波纹管、多通管以及变截面异形管件等。
管材液压成形是一种以液体为传压介质,利用管内液体产生的高压(工作压力通常100~400MPa,最高达1000MPa)使金属管坯变形成为具有三维形状零件的现代塑性加工技术,属于液力成形的范畴。管材液压成形有以下主要优点:
(1)减轻重量,节约材料。以阶梯轴的制造为例,传统方法是以实心棒料为加工对象,通过机加工手段成形外部轮廓,一般只能减重10%~20%。而采用液压成形工艺,以厚壁管坯为原料,通过内部压力成形外轮廓,与机加工件相比可以减轻重量40%~50%,节约材料可达75%。
(2)液压成形件的比强度、比刚度以及使用寿命要比传统的拼焊构件和铸件高出许多。在强度要求相同的条件下,液压成形件的重量只有同样构形拼焊件的50% ~70%。
(3)由于液压成形一般不涉及焊接等热加工工序,再加上高压介质的校形作用,从而有效地抑制了工件的热变形和回弹。因此,液压成形件的尺寸比较精确而且稳定,表面质量很高。
(4)减少了零件和模具数量,降低了模具费用。液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。
(5)液压成形技术具有较高的成形自由性,使设计工作更具灵活性。
(6)降低生产成本。液压成形技术能够整体成形几何形状非常复杂的中空薄壁结构件,有助于压缩整合工序、工装种类和数量并降低总体制造成本。根据德国某公司对已应用零件的统计分析,液压成形件比冲压件平均降低成本15%~20%,模具费用降低20%~30%。
2.2.3 设备(液压成形装置、增压器、模具)状况
随着汽车、飞机行业的发展及减重、环保等的多方面要求,德国、日本和其他欧美、亚洲国家在汽车管类零部件的液压成形方面获得了重大突破和广泛应用。美国、德国、日本、韩国等主要汽车制造商都已先后开发和建立了液压成形生产线。德国和日本的设备商占据了大部分国际市场。
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