管件液压柔性成形技术及其在汽车制造领域的应用

1、管件液压柔性成形技术及其在汽车制造领域的应用 前言： 进入90 年代，由于燃料和原材料成本的原因及环保法规对废气排放的严格限制，使汽车结构的轻量化显得日益重要。除了采用轻体材料外如铝合金和镁合金等，减轻重量的另一个重要的途径就是在结构上采用以空代实和变截面等结构件，即对于承受以弯曲或扭转载荷为主的构件，采用空心结构既可以减轻重量、节约材料，又可以充分利用材料的强度和刚度。管件的液压柔性成形正是在这样的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。此项技术在德国、美国等发达国家已得到广泛的研究和应用，尤其是在汽车领域的应用，主要用来生产排气系统零件、底盘、框架结构和凸轮轴等，其成形内压力一

2、般为200 到400Mpa，对于较特殊的零件，其成形内压力有时可以达到1000Mpa，这根据所加工材料的屈服强度、塑性、管厚和要求的胀形量以及零件的最终形状要求（如圆角半径、胀形量、允许减薄量等）而定。本文就此项技术的原理及在汽车领域的应用展开论述。 1 管件液压柔性成形技术原理及其分类 液压柔性成形原理是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，如图1 所示。其基本工艺过程为：首先将管坯1 放在下模2 内，然后闭合上模3，将管的两端用水平冲头4 和5 密封，并使管坯内充满液体，在加压胀形的过程中，两端的冲头同时向内推进补料，这样在内压和轴力的联合作用下使管坯贴靠模具而成形为所需

3、的工件。图1 有轴向进给的管件内高压成形 在汽车零件的加工中，根据有无轴向进给，可以把管件液压柔性成形分为两类，一类为有轴向进给，如图1 所示，主要用来成形壁厚均匀或较大成形量的零件；另一类为无轴向进给，主要用来零件的整形和多个零件的胀接如中空凸轮轴的生产等，对于轴线为曲线的零件，还需要把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形, 如图2 所示。图2 无轴向进给的管件液压柔性成形 2 管件液压柔性成形优点及应用范围 用管材液压柔性成形可以一次成形出沿着构件的轴线截面不同的复杂零件，这是管材液压柔性成形的主要优点。另外，与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压柔性成形的主要优点还有以下几个方面。 （1）

4、减轻重量节约材料。对于图3 空心轴类可以减轻4050%，节约材料可达75%。汽车上部分采用冲压工艺与管材液压柔性成形的产品结构重量对比如表1。机加工管材液压柔性成形图3 阶梯轴表1 汽车上部分冲压件与管材液压柔性成形件的重量对比 （2） 减少零件和模具数量，降低模具费用。液压柔性成形件通常仅需要一套模具，而冲压件大多需要多套模具。副车架的组成零件由6 个减少到1 个；散热器支架的组成零件由17 个减少到10 个。 （3） 可减少后续机械加工和组装焊接量。以散热器支架为例，散热面积增加43%，焊点由174 个减少到20 个，装备工序由13 道减少到6 道，生产率提高66%； （4） 提高强度与刚

5、度，尤其疲劳强度。仍以散热器支架强度为例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。 （5） 降低生产成本。根据德国某公司对已应用零件统计分析，管材液压柔性件比冲压件平均降低1520%，模具费用降低2030%。 （6） 成形零件的精度提高。成形零件的尺寸精度从原来的IT14 提高到IT10。管材液压柔性成形适用于制造航空、航天和汽车领域的各种异形的空心构件，在汽车领域，德国处于世界研究的最前沿。德国于70 年代末开始管材液压柔性成形基础研究，并于90 年代初率先开始在工业生产中采用管材液压柔性成形技术制造汽车轻体构件。德国奔驰汽车公司（DAIMLERBENZ）于1993 年建立其管材液压柔性成形车间,宝马公司(BMW