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板料液压成形技术的特点及发展现状详解
2019-08-24
摘要:板料液压成形分为充液拉深成形液体凸模拉深技术。充液拉深是用液体介质代替凹模,而液体凸模拉深是以液体介质作为凸模。本文兴迪源机械带来板料液压成形技术的特点及发展现状详解。

  板料液压成形分为充液拉深成形液体凸模拉深技术。充液拉深是用液体介质代替凹模,而液体凸模拉深是以液体介质作为凸模。本文兴迪源机械带来板料液压成形技术的特点及发展现状详解。

  一、板料液压成形技术的特点:

  板料液压成形分为充液拉深成形液体凸模拉深技术。充液拉深是用液体介质代替凹模,而液体凸模拉深是以液体介质作为凸模。

  充液拉深主要优点是提高成形极限和减少成形道次。

  对于图(a)所示锥形零件,采用普通拉深工艺需要6道次(图(b))和6套模具,而且各道次之间还需要退火;而采用充液拉深工艺仅需要1道次,大大简化了工艺和节约模具费用。

  对于圆筒形件普通拉深1个道次最大拉深比为2,而充液拉深1个道次拉深比可达2.9,如图(c)所示。

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  充液拉深与普通拉深的道次比较(a)充液拉深;(b)

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  图(c)几种工艺的拉深比

  液体凸模拉深主要优点是可以一道次成形深度较大的复杂型面零件,由于在成形的最后阶段可以通过高压液体(相当于柔性凸模)整形使得板料完全贴靠模具,因此可以成形出带有较小过渡圆角的复杂空间曲面。

  板料液压成形技术的主要缺点:

  ①生产效率偏低。由于液体充放需要时间,因此成形周期比普通拉深长。在汽车工业,一般适用于小批量高档轿车的复杂零件或高强钢成形。在国防工业中适合于铝合金等低塑性材料复杂型面零件的成形。

  ②设备吨位大。由于液体反力的作用,拉深同样尺寸的零件所需要的成形力大于普通拉深。

  二、板料液压成形技术的发展现状:

  早在1890年,类似于充液拉深成形的方法是在板材与液体间用一层橡胶膜将二者隔离开,靠液压力作用于橡胶膜上来压住坯料起压边作用,抑制起皱,坯料随凸模压入而贴模成形。该成形方法在第二次世界大战时期在美国得到应用,主要应用于成形钢质头盔。日本从1950年开始也制造这种工艺的成形机,用于实际生产。由于压边不易控制、橡胶容易破裂、质量不稳定以及生产效率低等问题,这种工艺逐渐被淘汰。

  为了解决上述工艺存在的问题和适应汽车、航空航天等对复杂板材零件的需求,20世纪60年代,日本学者春日保男首次提出将液压直接作用于毛坯上的强制润滑拉深法,这就是现在所说的现代充液拉深技术的原型,并指出凹模圆角处板料垂直拉深力是决定溢流压力的重要因素,利用数学解析方法解释了摩擦保持效果和溢流润滑效果是提高充液拉深成形极限的根本原因。

  1961年,德国E. Buerk提出了一种把密封圈放在凹模表面来防止液体从凹模流出的新方法,并申请了发明专利。

  我国板材液压成形技术起步比较晚,从20世纪70年代开始对这项技术在板材加工业中的应用进行研究,在充液拉深工艺参数、成形极限、成形机理等方面取得了一定的成果。目前,世界上系统地开展工艺研究的大学有德国斯图加特大学、丹麦奥堡大学、日本千叶工业大学中国哈尔滨工业大学。能提供工业生产设备和进行零件研发的著名公司有美国ABB公司、德国 Schuler公司、德国SPS公司、瑞典AP&T公司、日本A-MNO公司等。

  目前应用充液拉深技术已制造的零件类型有筒形件、锥形件、抛物线形件盒形件以及复杂型面件等,涉及材料包括碳钢、高强钢、不锈钢和铝合金等,材料厚度为0.2-3.2mm。充液拉深技术与普通拉深相比成形极限高和拉深比大。对于低碳钢筒形件,最大拉深比达到2.6;对于不锈钢筒形件,最大拉深比为2.7;铝合金最大拉深比为2.5。

  采取一些特殊工艺措施可以进一步提高拉深比,如在板料上下表面充不同压力液体形成压差,下表面液体压力大,上表面液体压力小,下图所示零件是采用这种方法成形的零件(直径100m、厚度0.8mm、材料为碳钢DCO4),其中锥底筒形件拉深比为2.8(图(a)),球底筒形件拉深比为2.9(图(b),双台阶平底简形件拉深比为3.0(图(c))。

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  充液拉深零件(a)锥底筒形件;(b)球底筒形件;(c)平底筒形件。

  日本丰田汽车公司建成了以40000N大型充液拉深专用机为中心的覆盖件生产线,成形件为质量达到7kg、平面尺寸950mm×1300mm的大型钣金覆盖件。下图是用充液拉深技术成形的轿车翼子板,材料为6016铝合金,厚度为1.1mm。

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充液拉深成形的铝合金翼子板

  由于充液拉深的很多优点,该技术在各国的工业生产中得到足够的重视并产生了相应的充液拉深成形专用设备的生产厂家。美国ABB公司、德国Schuler公司,德国sPs公司、瑞典AP&T公司、日本 Amino公司等在设备制造方面已形成系列,充液拉深设备吨位由几百kN直到10000N已成系列。

  国内在成形设备方面,目前还没有专业化充液拉深设备厂家。哈尔滨工业大学在1995年开发了配置在通用单动液压机上的实验设备,主缸拉深力为2000kN,压边力为1000kN,成形液压最高达到100MPa。1998年开发出基于单动压力机的充液拉深工业化生产设备,主缸拉深力为4000kN,压边力为2000kN,造价远低于国外产品,已投入生产使用。

  2003年,相继又开发出基于双动压力机的充液拉深成形设备,性能上相当于日本网野铁工所生产的充液拉深机的先进水平,在控制上更先进,表现在该设备的压边力及超高压液室压力均可实现计算机实时控制。

  德国SPS公司制造的合模力为100000kN、内压力达200MPa的板材液压成形机,是世界上吨位最大的充液拉深机,用于大吉普顶盖成形。该机为卧式结构,机架采用钢丝缠绕施加预应力,采用多点柔性压边圈,具备自动换模机构,内压有30MPa、70MPa和200MPa三个可调范围。

  德国 Schuler公司提出预胀充液拉深技术,具有壁厚均匀和零件顶部硬化提高抗凹陷能力的特点,其设备充液系统的流量达到12000L/min,压力比为16MPa,充液系统的流量为当时世界之最。进入20世纪90年代,旨在进一步提高成形极限的充液拉深新技术也不断出现,如可控径向加压充液拉深技术、外周带液压的充液反拉深技术、差温充液拉深技术、变薄充液拉深技术等,零件的成形极限得到有效提高。

  例如,采用带周向液压的充液拉深,A1100铝合金筒形件的拉深比可以从2.6提高到3.3,盒形件的拉深比(圆形坯料直径与盒形件边长比)可以从2.9提高到3.6,外周带液压的充液反拉深的总拉深比可达到4.9。

  随着压边力伺服控制技术和高压密封的进步,近年来,以液体作为凸模的拉深技术得到了迅速发展。在德国,这种技术也称为板料高压成形。其主要工艺特点是合模力随内压实时变化,在成形初期,内压较低时,合模力较小,以利于板料拉入模具;在成形后期,当板料全部拉到模具内时,提高合模力保证密封,这时增加内压对零件进行整形,整形最高压力可达150MPa,因此可以获得深度较大、形状复杂、尤其局部具有小过渡圆角的零件。

  过去类似的工艺,由于合模力实时控制困难,为了保证密封,初期施加的合模力较大,使得板料拉入模具内困难,实际上成为了纯胀形,因此深度小、壁厚减薄不均匀且形状简单。

  【兴迪源板料液压成形设备优势】

  兴迪源机械(Xingdi Machinery)是一家专注流体压力成形技术的锻压设备制造企业。自2007年创立以来,公司一直致力于内高压成形的技术创新和产品研发。主营产品范围从生产普通液压设备,现今发展至生产、研发国内顶尖流体压力成形技术的锻压设备。

XD-SHF系列板材充液成形设备

  XD-SHF系列板材充液成形设备  

    兴迪源机械自2010年开始组建超高压液力成形技术团队,突破了成形压力100MPa-250MPa的技术难关,研发出“内高压成型设备”并投入用户生产现场。至今,公司已是创立超过10年的实力企业,已掌握了成形压力为500MPa的技术,并向市场提供了合模力4000吨、成形压力达500MPa以内的各种规格的内高压成型液压设备数十台套,技术研发成果在国内同行的民营企业中达到优异水平。

部分文段和图片摘自:

《现代液压成形技术》

作者:苑世剑

由兴迪源机械编辑

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