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内高压板材复合液压成形技术的原理及工艺应用
2019-08-21
摘要:内高压板材复合液压成形技术是结合了板材充液拉伸技术和板材液压胀形技术于一体的先进成形技术。其使用液体作为传力介质代替刚性凸模或凹模传递载荷,使坯料在传力介质作用下贴靠凸模或凹模以实现金属板材零件的成形,本文兴迪源机械带来内高压板材复合液压成形技术的原理及工艺应用。

  内高压板材复合液压成形技术是结合了板材充液拉伸技术和板材液压胀形技术于一体的先进成形技术。其使用液体作为传力介质代替刚性凸模或凹模传递载荷,使坯料在传力介质作用下贴靠凸模或凹模以实现金属板材零件的成形,本文兴迪源机械带来内高压板材复合液压成形技术的原理及工艺应用。

  一、内高压成形技术简介及优势:

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  内高压成形作为制造复杂形状薄壁板管部件的精密成形技术,是轨道交通、交通运输和航空航天装备制造工业中最节省材料的零件制造技术。运用这技术有利于装备的无余量化、轻量化、高精度及整体化的发展。内高压成形也是先进的柔性成形技术,它的工艺原理是使用液体作为传力介质,通过液压力与模具型腔的互相作用,将标准的板材或管材成形出结构复杂的单一整体结构件。

  作为一种先进的柔性成形技术,其工艺原理是采用液体作为传力介质,通过液压力与模具型腔的共同作用,将标准的管材或板材成形出结构复杂的单一整体结构件,替代铸造工艺或传统焊接,具有生产成本低、节约模具和材料、成形精度高等特点。

  随着汽车和航天航空工业的快速发展,复杂曲面、大尺寸、深腔、薄壁及难变形合金等,以及更为复杂的异型薄壁零件的研制已成为促进国民经济发展和推动国家安全保障水平提升重要解决的问题之一。

  兴迪源机械多年来一直致力于先进塑性成形技术的创新和先进液压成形装备的研发。特别是在液压成形技术方面,紧密结合材料的微观组织特性,从成形机理入手,结合控形与控性一体化,工艺与装备一体化的研究方向。同时兴迪源机械与中科院金属究所的紧密合作,研究和发展了多项新型液压成形技术及相关装备,解决了一些现今在汽车轻量化领域中生产成形难、大尺寸、薄壁、深腔、复杂曲面零件遇到的难点。

  二、内高压板材复合液压成形技术简介及优势:

  内高压板材复合液压成形技术是结合了板材充液拉伸技术和板材液压胀形技术于一体的先进成形技术。其使用液体作为传力介质代替刚性凸模或凹模传递载荷,使坯料在传力介质作用下贴靠凸模或凹模以实现金属板材零件的成形,成形后精度高、零件回弹少,广泛运用于航天航空、石油、核电、汽车等领域。

  内高压板材复合液压成形技术作为一种特殊的液压成形工艺,其工艺原理是在拉深模的凹模中充入一定压力的液体,凸模在压下时,凹模中的液体产生一个反向压力使毛坯紧贴在凸模上(通常称为预胀鼓包作用),按照液体的作用位置,可分为液体做凸模、液体做凹模的充液拉深。充液拉深可以减少传统拉深时板材缺陷的生成,得到高精度的工件,提高生产效率。该工艺将传统拉深工艺和液压成形工艺的优点结合起来,与传统的拉深工艺相比,其极限拉深比能够达到2.8。

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  采用板材复合液压成形技术成形的轻型产品

  内高压板材复合液压成形技术在板材成形方面优点特明显,特别是在复杂形状、难成形材料、薄壳零件、普通工艺无法成形零件的成形方面,其优势更为明显。同时,板材复合液压成形技术还具有以下优势:

  1)成形精度高:产品成形精度高而且表面质量好(减少产品表面在成形过程中产生的拉痕);

  2)适用性广、成形能力强:特别适合于成形力差或高强度的材料,如铝合金、钛合金、镁合金、不锈钢、高强度低合金钢形成的复合材料,产品成形极限非常高,这对于减轻零件重量是非常有帮助的;

  3)节省模具成本:仅需凸模或凹模,另一半液体介质所代替,减少了模具费用30%以上,降低零件的生产成本。此外,液力成形的模具可以用较为实惠的材料,不同厚度和不同材料的零件可以在一个模具上生产;

  4)减少成形工序:可以通过改变凹模或冲模的形状来形成各种各样的零件。板材充液成形可以单道次成形一些形状非常复杂的零件。

  5)提高产品质量和产品利用率:能提高产品的质量,并能明显改善产品的性能。生产的零件有重量轻、强度高、硬度高和质量、材料的利用率高、尺寸精度高、回弹小、残余应力低等优点;

  三、内高压板材复合液压成形设备的研发及应用:

  兴迪源机械针对复杂形状薄壁板件的液压成形技术的研究,结合材料高速变形下的力学特性和零件具体尺寸结构的定量化工艺设计,研制开发出可程序化控制全液压驱动的新型内高压板材充液成形设备。

    XD-SHF系列板材充液成形设备是我司自主创新,研制开发出具有独立知识产权(获发明和实用新型专利)的在国内具有先进水平的液态柔性板材成形设备。

内高压板材充液成形设备

  兴迪源机械XD-SHF系列内高压板材充液成形设备

  该设备可以将压边油缸和拉伸油缸复合在一起,将压边梁和拉伸梁合并成一个活动梁,使它的受力变形达到理想状态,并且两个油缸可以独立动作,动作控制非常方便,从而使产品更精确、高效。该设备在板材成形方面具有非常明显的优势,特别在难成形材料、复杂形状、薄壳零件、普通工艺无法成形零件的成形方面优势更为明显。

  四、内高压压板材复合液压成形设备案例:

  下面列举个别客户使用兴迪源机械先进内高压压板材复合液压成形设备开发的产品案例:

  发动机油底壳案例:

  发动机油底壳位于汽车曲轴箱的下半部,又称为下曲轴箱,作用是封闭曲轴箱作为贮油槽的外壳,防止杂质进入,并收集和储存由发动机各摩擦表面流回的润滑油,散去部分热量,防止润滑油氧化。发动机油底壳的外观形状主要有平底的无台阶油底壳和带有台阶的“龙门口”型油底壳两种。

  板材复合液压成形技术生产发动机油底壳图文解释:

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  第1步:运用板材充液拉深技术,分两步,使板材分别成形油底壳深腔和浅腔体。

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  我司通过有限元分析对利用板材充液拉深技术成形的发动机油底壳进行可行性分析:

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  第2步: 运用板材液压胀形技术在模腔里使产品成形复杂曲面形状。

  我司通过有限元分析对利用板材液压胀形技术成形的发动机油底壳进行可行性分析

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  采用板材复合液压成形技术成形发动机油底壳(实物图)

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  兴迪源机械通过先进内高压板材复合液压成形技术制造的发动机油底壳最终产品与模拟分析的数据相符,而且成品质量达到要求标准,证实了发动机油底壳液压成形的可行性。相比起传统技术,在加工过程中省略了焊接环节,不仅减少了生产成本,而且还增加了最终产品的强度和刚性。