液压成型模型的工序及技术参数.doc

液压成型模具的工序及技术参数一、概述液压成形(Hydroforming)是指利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术，也称为液力成形。1.1液压成形的定义和分类液压成形也称为液力成形是指利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术。按使用的液体介质不同，液压成形分为水压成型和油压成型；按使用的配料不同，液压成形分为管材液压成形，板料液压成形和壳体液压成形。板料和壳体液压成形使用的成形压力较低，而管材液压成形使用的压力较高，又称为内高压成形.二、内高压成形工艺 图1 空心异形截面零件2.1 内高压成形技术的原理及分类内高压成形技术是用管材作为原材，通过对官腔内施加液体压力及在轴向施加负荷作用，使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成形技术。内高压成形技术主要可以整体成型轴线为二维或三维曲线的异形截面空心零件，从材料的初始圆截面可以成形为矩形，梯形，椭圆形或其他异形的封闭界面，如图1所示。内高压成形技术根据坯料塑性变形的特点可分为变径管成形、弯曲轴线管成形和多通管成形等，下面对这三种成形技术的基本原理进行介绍。2.1.1 变径管内高压成形工艺过程(a)(b)图2 两种典型的变径管(a)对称变径管；(b)不对称变径管。变径管是指管件中间一处或几处的管径或周长大于两端管径或周长，其主要的几何特征是管件直径或周长沿轴线变化，轴线为直线或弯曲程度很小的二维曲线，如图2所示，又分为对称变径管和不对称变径管。膨胀率是衡量变径管内高压成形的技术水平和难度的一个重要指标，它与零件材料，成形区长度，润滑和加载路径有关。 (a)(b)(c)图3 变径管内高压成形技术工艺过程(a)填充阶段；(b)成形阶段；(c)整形阶段。变径管内高压成形的工艺过程可以分为三个阶段（见图3）：填充阶段，将管材放在下模内，然后闭合上模，使管材内充满液体，并排除气体，将管的两端用水平冲头密封；成形阶段，对管内液体加压胀形的同时，两端的冲头按照设定的加载曲线向内推进补料，在内压和轴向补料的联合作用下使管材基本贴靠模具，这时除了过渡区圆角以外的大部分区域已经成形；整形阶段，提高压力使过渡区圆角完全贴靠模具而成形为所需的工件，这一阶段基本没有补料。2.1.2 弯曲轴线异形截面管件内高压成形技术 弯曲轴线异形截面空心构件的轴线是二维或三维曲线，典型截面形状包括矩形、梯形、椭圆形以及这些形状之间的过渡形状。弯曲轴线异形截面管件的内高压成形工艺过程包括弯曲、预成形和内高压成图4 弯曲轴线异形截面管件内高压成形工艺过程(a)管材；(b)弯曲；(c)预成型；(d）内高压成形形等主要工序，如图4所示。用于内高压成形的弯曲件除了保证弯曲轴线形状尺寸满足要求外，更重要的是控制弯曲过程中的壁厚减薄，这是保证内高压成形顺利进行的前提。2.1.3 薄壁多通管内高压成形技术（a）(b)（c）图5 三通管内高压成形工艺过程(a)自由胀形阶段；(b)支管成形阶段；(c)整形阶段。多通管结构形式有T形三通管、Y形三通管、X形四通管和六通管等。在各种多通管中Y形三通管为上下左右非对称结构，成形难度最大。多通管内高压成形的主要指标是支管高，T形三通管支管高度可以达到1倍原始管径，Y形三通管支管高度可以达到0.75倍原始管径。多通管的成形工艺过程分为三个阶段成形初期，中间冲头不动，左右冲头进行轴向补料的同时，向管材内施加一定的内压，支管顶部尚未接触中间冲头，处于自由胀形状态。成形中期，从支管顶部与中间冲头接触开始，内压继续增加，按照给定的内压与三个冲头匹配的曲线，左右冲头继续进给补料，中间冲头开始后退，后退中要保持与支管顶部接触，并对支管顶部施加一定的反推力，以防止支管顶部的过度减薄造成开裂。成形后期，左右冲头停止进给，中间冲头停止后退，迅速增加内压进行整形使支管顶部过渡圆角达到设计要求。如图5所示，以Y形三通管为例，说明多通管内高压成形的基本工艺过程。2.2 内高压成形技术的现状和工艺参数现代内高压成形技术不同于早期的液压胀管工艺，其本质区别在于：成形压力高，工业生产压力一般达到400MPa，有时达1000MPa。工艺参数可控，内压与轴向位移按给定加载曲线实现计算机闭环控制，超高压力控制精度达到0.2MPa0.5MPa，位移控制精度达到0.05mm。零件形状复杂、精度高可以整体成形三维曲线异形截面复杂结构件。内高压成形技术近十多年来在汽车工业得到广泛应用，汽车等运输工具对减轻质量和降低成本的需求又促进了内高压成形技术的不断改进，使该技术迅速发展，发展趋势为：（1）超高压成形。目前，工业生产中使用的内高压成形机的增压器最高压力一般为400MPa。为了适应更复杂的结构形状和精度、更大壁厚和高强度材料，需要更高的内压，将发展到600MPa，甚至1000MPa。（2）新成形工艺。拼焊管内高压成形，将不同厚度或不同材料管材焊接成整体，然后再用内高压成形加工出构件，可以进一步减轻结构质量；采用初始截面形状为非圆截面的型材作为一种预知坯成形出设计要求的零件；内高压成形与连接等工艺复合，把几个管材或经过预成形管材放在内高压成形模具内，通过成形和连接工艺复合加工为一个零件，进一步减少零件数量，提高构件整体性。（3）超高强度钢成形。随着汽车对结构轻量化需求的进一步提高，车体上使用的钢材强度越来越高，材料塑性降低，导致开裂倾向严重，成形难度增大。（4）热态内压成形。为了解决高性能铝合金、镁合金等轻合金材料室温塑性低、成形困难的问题，采用加热加压介质成形异型截面零件是内高压成形发展的一个重要方向。 图6 充液拉深成形技术(a)充液阶段；(b)施加压力阶段；(c)成形阶段；(d)成形结束。三、板料液压成形技术3.1 板料液压成形技术的原理及分类针对传统板材冲压成形中存在的成形极限低、模具型腔复杂，以及零件表面品质差等缺点，发展了板料液压成形技术。其基本原理是采用液体作为传力介质以代替刚性的凸模或凹模来传递载荷，使坯料在液体压力作用下贴靠凹模或凸模，从而实现金属板材零件的成形。根据液体介质取代凹模或凸模可将之进一步分类为充液拉深成形和液体凸模拉深成形。板料液压成形使用的介质多为液压油，最大成形压力一般不超过100MPa。壳体液压成形使用的介质为纯水，最大成形压力一般不超过50MPa。内高压成形使用的介质多为乳化液，工业生产中使用的最大成形压力一般不超过400MPa。3.1.1 充液拉深成形技术充液拉深成形是用液体介质代替凹模传递载荷，液压则作为辅助成形的手段，可减小普通拉深成形中凸、凹模之间坯料的悬空区，使该部分坯料紧贴凸模，零件形状尺寸最终靠凸模来保证。如图6所示，其成形工艺过程分为充液阶段，施加压力阶段，成形阶段和成形结束四个阶段。 充液拉深成形中的液压作用形成了坯料与凸模之间的摩擦保持效果，提高了凸模圆角区板料的承载能力，抑制坯料减薄和开裂，可有效提高成形极限、减少成形道次。同时，液体从坯料与凹模上表面间溢出可形成流体润滑，促进外围板材进入凹模，缓解了零件表面的划伤。（a）(b)图7 液体凸模拉深技术(a)拉深阶段；(b) 整形阶段。 3.1.2 液体凸模拉深成形技术液体凸模拉深成形则是以液体介质代替凸模传递载荷，液压作为主驱动力使坯料变形，坯料法兰区逐渐流入凹模，最终在高压作用下使坯料贴靠凹模型腔，零件形状尺寸靠凹模来保证。如图7所示，其成形工艺过程分为拉深阶段和整形阶段。液体凸模拉深成形这一成形方法通过合理控制压边力可使坯料产生拉-胀成形，应变硬化可提高曲面薄壳零件的刚性、压曲抗力和抗冲击能力。因此，它非常适于铝合金和高强钢等轻合金板料形状复杂（特别是局部带有小圆角）、深度较浅的零件成形。 四、壳体液压成形技术 图8 球形容器无模液压成形(a)下料；(b) 弯卷；(c)组装焊接；(d)液压胀形。4.1壳体液压成形工艺过程壳体液压成形是采用一定形状的封闭多面壳体作为预成形坯，在封闭多面壳体充满液体后，通过液体介质在封闭多面壳体加压，在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于最终的壳体形状