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冲压与模具工艺:浅析内高压成形技术在汽车工业中的应用
2019-10-31
摘要:现代技术的进步,涌现出了众多的创新成型工艺,推动着制造工业的快速发展。主要阐述内高压成形的基本原理,及在汽车工业中的先进设计方案及其应用例案,旨在为相关的从业技术人员提供一些借鉴与指引。

  现代技术的进步,涌现出了众多的创新成型工艺,推动着制造工业的快速发展。主要阐述内高压成形的基本原理,及在汽车工业中的先进设计方案及其应用例案,旨在为相关的从业技术人员提供一些借鉴与指引。

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  引言

  当前,汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业,对 GDP 贡献排名第五,并在今后 10~20 年中仍将保持快速发展。随着先进制造技术的不断创新发展,减轻质量以节约材料和 运行中的能量是人们长期追求的目标,也是现代先进制造技术发展趋势之一。那么,如何在保证材料的强度和刚度的前 提下,采用空心结构来减轻重量及节约材料,是人们长期研究的主要内容,内高压成形正是在这样的地背景下开发出来 的一种制造空心轻体构件的先进制造技术。

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  一、概念:

  所谓内高压成形,也被称作液压成形、液力成形,是一种利用液体(油或水)作为转动介质,通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。内高压成形设备通常是通过液压机的机械能转化为液体的动能来加工不锈钢、铝、铜、铁等多种材质的产品。

  二、原理:

  内高压成形的 原理是利用帕斯卡定律通过内部加压和 轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需要的 工件。对于轴线为曲线的零件,需要把管坯预弯成接近零件 形状,然后加压成形。

  三、整体设计方案:

  汽车部件利用 先进的内高压成形工艺设计方案主要包 含以下几个方面:

  1)采用数字 3D 设计与模拟技术,实现汽 车部件的整体结构设计,使产品系列多样性和个性化,并根 据设计内高压成型的模具,选择合适的模具材料;

  2)内高 压成型模具的精度、强度是保证汽车部件强度与尺寸精度的 关键因素,需要根据部件的特点采用理论计算和实验方法, 保证模具的强度能消除高压成型过程中原管材内力对行李 架形状弹性变形和定型产品内应力变形的影响,确保产品形 状一致性;

  3)研究内高成形工艺中高压油的加压方式与部 件变截面异形补料关系,确定加压时间和压力大小的关系, 调整加压速度,建立合理的工艺参数,开发合适的液压控制 装备。上述研究主要通过精确控制高压液体作用下的异形件 胀接,实现新型汽车部件的一体化设计和内高压整体成型。

  四、内高压成形技术在汽车中的应用:

  随着国内外技术的不断提升,内高压成形已经广泛应用 于汽车工业中很多零部件的制造,其优势主要体现在可以实 现极其复杂形状管件部件的一次性整体成型,与用传统的方 法制造的同样零件相比,用内高压成形零部件的最显著特点 是产品质量更较轻,使用寿命更长、材料的使用成本-效益 比更高。以下简要介绍几种内高压成型的汽车部件。

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  五、汽车排气系统:

  汽车排气管传 统的制造工艺为铸造成型或冲压两个半壳而后组焊成形或采用管材做坯料进行数控弯曲、扩管、缩 管加工而后组焊成型。采用以上方法的成型技术,产品的 零部件较多,焊接工序多造成生产效率慢,成本高,及焊接 后的零部件整体刚度较差。采用先进的内高压成形技术整体 成型汽车排气管,减少了众多零部件的制造工序,且产品品质的可靠性更高,直接省去或大大减少了焊接形成的焊缝, 使产品的内表面更为光滑平顺,带来的有益效果是排气的阻力小。因此,此技术的应用在保证排气管质量的前提下,实现了产品的轻量化及成本的降低。

  六、汽车车架部件:

  在汽车车架部件的制造领域,内高压成形技术也确保降 低对材料的需求,从而降低成本。例如,前轴组件用常规方 法制造,要将 6-8 个钣金件焊接在一起,而用内高压成形, 单个部件数可大幅降低至大约只有 2 个或 3 个,这样就使模 具成本更低,降低了生产成本,无需要多次定位和焊接作业。

  七、汽车侧踏杠:

  汽车侧踏杠属于汽车外饰部件的一种,通常是安装在 SUV 车辆的左右车门的下侧,用于方面驾驶员及乘客上下车 时蹬踏用,兼顾车辆左右防撞的功能。传统的汽车侧踏杠主 体采用不锈钢或碳素钢材料弯管压型成型,然后在侧杠前后 对应上下车的位置装配塑料防滑胶块。

  那么,采用内高压成形技术,可以整体实现侧踏杠前后 防滑凸台的一次成型,使侧踏杠的形状规格多样化,而且两 端防滑凸台不需要再装配塑料胶块,减少了成型工序,节约 了材料。

  八、汽车行李架:

  汽车行李架是安装在车顶便于系带大件物品的支架,是汽车车顶搭载物品的基础构件。汽车行李架兼具美观与实用功能,既可让车搭载较大型行李物品,方便出行,又可以使车辆的造型更具美感,得到了广泛应用。

  传统的行李架支架制造工艺为通过铝管挤出经拉弯成型,通过后续与塑料端盖组装加工才能实现该装配,因此该 工艺较为复杂,耗费工时多,另外金属与塑料复合结合需要 通过专门拆解方法才能回收,并且材料利用率低。

  采用内高压成形技术可以实现整件铝合金或不锈钢行 李架支架的一次成型,既能提高行李架的强度与规格精度, 又能使行李架产品形状规格多样化,而且与车身连接的两端 不需要带塑料接头,节约了材料,减少工序,提高了行李架使用寿命。

  因此,内高压成形应用在汽车工业中,对促进汽车轻量化进程,提高零件的刚度、强度,改善车辆运用的稳定性、 安全性,起着积极的影响和推动作用。

  九、结论:

  综上所述,内高压成形技术在汽车工业中,尤其在复杂 管状部件的制造中得到了较多的应用,其所带来的不仅是成本的节约,更是产品品质的提升。但是,目前国内对该技术 的研究及应用还尚处于初级的阶段,通过借鉴在汽车工业中的应用技术,进一步推动内高压成形技术在民用工业的发展及应用。

  【兴迪源机械简介】

  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,兴迪源机械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。

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  兴迪源机械是先进轻量化成形技术的提供者,从产品研发、设备生产、模具研制、方案定制,直至最终交付及提供增值服务,我们为客户提供的不仅仅是一台设备,而是一整套智能制造成形方案。