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国内外内高压生产线对比及管材内高压成形技术新进展
2019-08-27
摘要:近年来,内高压成形技术在中国得到了迅速发展,应用领域不仅有汽车行业,还有航空航天等高技术行业。本文兴迪源机械带来国内外内高压生产线对比及管材内高压成形技术新进展。

  近年来,内高压成形技术在中国得到了迅速发展,应用领域不仅有汽车行业,还有航空航天等高技术行业。尤其是哈尔滨工业大学流体高压成形技术研究所在管材内高压成形基础理论、工艺、装备及应用领域等方面均取得重要进展,本文兴迪源机械带来国内外内高压生产线对比及管材内高压成形技术新进展。

  一、国内外内高压生产线情况对比:

  2007年以来,内高压成形技术在欧洲汽车工业的应用呈现继续增长的趋势。但是,2014年后在汽车上的应用量开始减少,汽车零件内高压生产线的数量大体稳定在110条,如图1-13所示。导致这个现象的主要原因是超高强钢热冲压技术的快速发展,一些内高压成形件被热冲压件所代替。据美国汽车工程学会数据统计,2015年新车型超高强钢零件的质量占比约为30%,而低碳钢零件的质量占比由50%以上下降到约为30%。

    与低碳钢成形相比,超高强钢内高压成形存在成形压力高、模具磨损严重、回弹大、尺寸精度差、复杂形状截面成形困难等一系列挑战。为此,德国 Schuler公司和美国vani-Fom公司发展了低压顺序成形技术(SHS)该技术可比常规内高压成形技术降低压力30%左右,并且可以有效降低模具磨损,已经在超高强零件内高压成形生产中得到应用。

  中国内高压成形技术虽然起步较晚,但是,近年来在汽车工业快速发展的推动下获得了长足的发展,图1-14是中国内高压成形生产线的情况。2005年宝钢从德国 Schuler公司引进了第一台5000t内高压成形设备,开始用于汽车底盘零件研发和小批量生产。哈尔滨工业大学流体高压成形技术研究所,2000年研制出第一代内高压成形设备,206年为汽车零部件企业提供首台具有自主知识产权的内高压成形设备。

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图1-13 内高压成形技术在欧洲汽车工业的应用现状

(a)销售额;(b)生产数量。

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图1-14中国内高压成形生产线的情况

  经过十余年持续不断研发和改进,形成了第三代数控内高压成形设备系列化产品,各项技术指标和功能达到国际同类设备的水平,其中基于液体压缩补偿的压力控制精度优于国外最高指标一个数量级。据不完全统计,目前在中国汽车工业生产中应用的内高压设备约有43台(套),其中哈尔滨工业研制的设备占有率约为60%,德国 Schuler公司和瑞典AP&T公司的占有率约为30%,日本公司的占有率接近10%。

  由此可见,中国打破了德国等发达国家对内高压成形技术与设备的封锁与垄断,使得大型数控内高压成形设备成本远低于国外设备的价格,有效地促进了内高压成形技术在自主品牌轿车底盘等关键零件上的大批量应用。

  日本学者 Kuwabala教授等利用其研制双轴加载装置系统地研究在拉-拉应力状态下管材的屈服行为,证明了各向异性管材适应的屈服准则。Manabe教授等探索了三通管液压成形过程智能控制方法,通过在过渡圆角区放置位移传感器,实现了圆角半径的实时检测与智能控制。微小件液压成形是近年发展起来的新方向,德国学者Hartl教授在微液压成形基础理论、工艺和装置方面取得了重要进展。

  德国斯图加特大学金属成形技术研究所和开米尼茨大学机床与成形技术研究所在管材成形极限、高强钢管材成形工艺及模具方面做了大量研发工作。

  二、内高压成形技术在国内的发展:

  近年来,内高压成形技术在中国得到了迅速发展,应用领域不仅有汽车行业,还有航空航天等高技术行业。尤其是哈尔滨工业大学流体高压成形技术研究所在管材内高压成形基础理论、工艺、装备及应用领域等方面均取得重要进展,具体表现为:

  1)在内高压成形基础理论方面,发展了各向异性管材力学性能和应力一应变曲线直接测试方法,研发出专用测试装置,解决单向拉伸无法准确描述复杂应力状态各向异性管材变形行为的难题;研究了三维应力状态下管材失稳行为,揭示了法向应力对起皱和开裂等缺陷的影响规律

  2)在内高压成形工艺方面,研发出大尺寸超薄构件内高压成形技术,构件径厚比(直径与厚度之比)达到200;研究了预制坏形状优化方法和充液压制成形技术,解决了大尺寸薄壁管预制坯压制失稳无法获得合理形状的难题;发展了多种介质(水介质、油介质、热油介质、半液体介质等)压力成形技术,实现了从室温成形发展到高温成形,为镁合金、铝锂合金、钛合金难变形材料复杂构在内高压成形设备方面,发明了快速精确的可变合模力技术和基于液体体件的成形提供了新技术。

  3)在内高压成形设备方面,发明了快速精确的可变合模力技术和基于液体体积压缩补偿的压力控制方法,研发出系列化大型数控内高压成形设备,设备总体性能达到国际先进水平,其中压力控制精度和速度处于国际领先水平,为各类企业提供三十余台(套)内高压成形设备。

  4)在工业应用方面,除了在轿车零件中获得大批量应用外,还实现了内高压成形技术在航空航天领域的应用。应用的产品包括运载火箭、卫星、飞船、高速飞行器和飞机的关键构件(图1-15),应用的材料有不锈钢、铝合金、钛合金和高温合金等。内高压成形件形状精度、性能和结构整体性优于传统制造技术的晶,大幅提高了航空航天装备的可靠性。

  【兴迪源机械内高压设备优势】

  兴迪源机械是以内高压成形技术为核心,以内高压成形机、内高压水胀成形机、内高压板材充液成形机、内高压三通机等设备为主导产品的生产厂家。公司建立有液力内高压成形机械工程技术研究开发中心,并与中国科学院金属研究所、南京航空航天大学等院校开展长期的科研课题开发合作。

XD-THF系列内高压成形设备

    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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