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          【干貨】先進液壓(內高壓)成形技術的工藝及運用 第二期

          2018-01-22 Author:興迪源機械 分類:內高壓成形
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          液壓成形技術作為制造復雜形狀薄壁板管部件的精密成形技術,是交通運輸、軌道交通和航空航天裝備制造工業中最節省材料的零件制造技術,有利于裝備的輕量化、無余量化、高精度及整體化發展,在國民經濟和國防科技工業中均占有極其重要的地位。作為一種先進的柔性成形技術,其工藝原理是采用液體作為傳力介質,通過液壓力與模具型腔的共同作用,將標準的管材或板材成形出結構復雜的單一整體結構件,代替傳統焊接或鑄造工藝,具有節約模具和材料、生產成本低、成形精度高等特點。 

          近年來,伴隨汽車和航空工業的快速發展,薄壁、大尺寸、復雜曲面、深腔及難變形合金等更為復雜的異型薄壁零件的研制,已成為促進國民經濟發展和推動國家安全保障水平提升所亟待解決的重要問題之一。

           

          如要實現以上需求,對傳統液壓成形技術而言,需要提高液體成形壓力,增加設備噸位,甚至需要額外增加加熱裝置輔助其成形。與此同時帶來了諸多現實問題,例如提高了生產成本,增加了超高壓系統整體的密封難度,成形過程中材料容易出現起皺、折疊和破裂等缺陷,大大限制了其推廣和應用。

           

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          興迪源機械多年來一直致力于先進塑性成形技術的創新和先進液壓成形裝備的研發。尤其在液壓成形技術方面,緊密結合材料的微觀組織特性,從成形機理入手,結合控形與控性一體化,工藝與裝備一體化的研究方向。同時與中科院金屬究所的緊密合作,研究和發展了多項新型液壓成形技術及相關裝備,解決了一些現今在汽車輕量化領域中生產成形難、大尺寸、薄壁、深腔、復雜曲面零件遇到的難點。

           

          新型液壓成形技術-板材復合液壓成形技術

           

          技術原理及優勢

           

          板材復合液壓成形技術是結合了板材充液拉伸技術和板材液壓脹形技術于一體的先進成形技術。其采用液體作為傳力介質代替剛性凸?;虬寄鬟f載荷,使坯料在傳力介質作用下貼靠凸?;虬寄R詫崿F金屬板材零件的成形,成形后零件回彈少、精度高,廣泛適用于航天航空、核電、石油、汽車等領域。

           

          作為一種特殊的液壓成形工藝,充液拉深的開發最早可以追溯到1890年,其工藝原理是在拉深模的凹模中充入一定壓力的液體,凸模在壓下時,凹模中的液體產生一個反向壓力使毛坯緊貼在凸模上(通常稱為預脹鼓包作用),按照液體的作用位置,可分為液體做凸模、液體做凹模的充液拉深。充液拉深可以減少傳統拉深時板材缺陷的生成,得到高精度的工件,提高生產效率。該工藝將傳統拉深工藝和液壓成形工藝的優點結合起來,與傳統的拉深工藝相比,其極限拉深比能夠達到2.8。

          采用板材復合液壓成形技術成形的輕型產品

           

          板材復合液壓成形技術在板材成形方面具有非常明顯的優勢,特別在難成形材料、復雜形狀、薄殼零件、普通工藝無法成形零件的成形方面,其優勢更為明顯。

           

          與此同時,

          板材復合液壓成形技術還具有以下優勢:

           

          適用性廣、成形能力強:

          ? ? ? ?特別適合于成形力差或高強度的材料,如鋁合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼、高強度低合金鋼形成的復合材料,產品成形極限非常高,這對于減輕零件重量是非常有幫助的;

           

          成形精度高:

          ? ? ? ?產品成形精度高而且表面質量好(減少產品表面在成形過程中產生的拉痕);

           

          節省模具成本:

          ? ? ? ?僅需凸?;虬寄?,另一半液體介質所代替,減少了模具費用30%以上,降低零件的生產成本。此外,液力成形的模具可以用較為實惠的材料,不同厚度和不同材料的零件可以在一個模具上生產;

           

          提高產品質量和產品利用率:

          ? ? ? ?能提高產品的質量,并能明顯改善產品的性能。生產的零件有重量輕、強度高、硬度高和質量、材料的利用率高、尺寸精度高、回彈小、殘余應力低等優點;

           

          減少成形工序:

          ? ? ? ?可以通過改變凹?;驔_模的形狀來形成各種各樣的零件。板材充液成形可以單道次成形一些形狀非常復雜的零件,而用傳統的沖壓成形則需要多道次才能實現,甚至不可能完成。前者能大量減少成形工序和焊接零件的數量。

           

          相關成形設備的研發及應用?

          興迪源機械針對復雜形狀薄壁板件的液壓成形技術的研究,結合材料高速變形下的力學特性和零件具體尺寸結構的定量化工藝設計,研制開發出可程序化控制全液壓驅動的新型板材充液成形設備。

          XD-SHF系列板材充液成形設備是我司自主創新,研制開發出具有獨立知識產權(獲發明和實用新型專利)的在國內具有先進水平的液態柔性板材成形設備。

           

          我司自主創新、研制開發的
          XD-SHF系列板材充液成形設備

           

          該設備將壓邊油缸和拉伸油缸復合在一起,將壓邊梁和拉伸梁合并成一個活動梁,使它的受力變形達到理想狀態,并且兩個油缸可以獨立動作,動作控制非常方便,從而使產品更精確、高效。該設備在板材成形方面具有非常明顯的優勢,特別在難成形材料、復雜形狀、薄殼零件、普通工藝無法成形零件的成形方面優勢更為明顯。

          下面列舉個別我司利用先進板材復合液壓成形為客戶開發的產品案例:

           

          ? ? ?發動機油底殼案例

           

          發動機油底殼位于汽車曲軸箱的下半部,又稱為下曲軸箱,作用是封閉曲軸箱作為貯油槽的外殼,防止雜質進入,并收集和儲存由發動機各摩擦表面流回的潤滑油,散去部分熱量,防止潤滑油氧化。發動機油底殼的外觀形狀主要有平底的無臺階油底殼和帶有臺階的“龍門口”型油底殼兩種。

           

          目前成形方法一般多采取板材沖壓或拉深工藝。但是如果直接一次成形由于變形量過大而易導致板材出現開裂,而且對于帶臺階的油底殼,由于其具有兩級臺階特征,不同位置所需的變形量不同,因此通常需要多個道次分步成形,中間還需進行退火處理以提高其后續成形能力。另外,成形后較大的回彈量會導致零件的尺寸精度大幅下降。

           

          重型卡車發動機油底殼零件特點為大尺寸、薄壁、深腔、復雜曲面等。為進一步提高汽車續航能力和保養周期,需要增大油底殼的儲油容量,在設計上會進一步提高油底殼零件的底部深度,并且在兩側進行外擴以增加容積。因此常規成形工藝不能滿足具有薄壁、大尺寸、深腔及局部復雜特征的新型大容積油底殼零件的發展,需要設計并開發出更為先進的成形工藝。

           

          采用板材復合液壓成形技術開發發動機油底殼產品,是近年來我司與中科院金屬研究所聯合研發的一大成功案例。我們成功的利用一個模具完成了發動機油底殼整體的生產,而且生產的產品主體無需二次焊接或整形。通過此先進成形技術生產出的發動機油底殼零件可提高30升容積,增加儲油量,使保養周期從2萬公里提高到12萬公里。

           

          板材復合液壓成形技術生產發動機油底殼圖文解釋:

           

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          第一步——

          運用板材充液拉深技術,分兩步,使板材分別成形油底殼深腔和淺腔體。

           

           

          我司通過有限元分析
          對利用板材充液拉深技術成形的發動機油底殼
          進行可行性分析

           

          第二步——

          運用板材液壓脹形技術在模腔里使產品成形復雜曲面形狀。

           

          我司通過有限元分析
          對利用板材液壓脹形技術成形的發動機油底殼
          進行可行性分析

           

          采用板材復合液壓成形技術成形發動機油底殼(實物圖)

           

          結論

           

          我司通過先進板材復合液壓成形技術制造的發動機油底殼最終產品與模擬分析的數據相符,而且成品質量達到要求標準,證實了發動機油底殼液壓成形的可行性。相比起傳統技術,在加工過程中省略了焊接環節,不僅減少了生產成本,而且還增加了最終產品的強度和剛性。
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