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          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          2018-03-26 Author:興迪源機械 分類:內高壓成形

           

           

          金屬成形,是利用材料的塑性流變特性或基本物理性能使材料發生幾何外形和組織上的變化的一種方法。

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          金屬成形技術是目前航空、航天、兵器等國防工業的基礎制造技術,同時更是汽車、儀器儀表、機械工業等民用產業的技術支撐。

          隨著工業構件整體化、精密化、復雜化的發展趨勢,對先進金屬成形技術的需求更加迫切;金屬成形技術在工程需求和基礎研究的共同推動下,也在不斷革新和豐富。

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          超塑成形技術

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          在汽車制造業中的應用

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          ? ? ? ?超塑成形是廣泛應用于航空航天領域的金屬成形技術,是利用材料的超塑性,在一定溫度和應變速率條件下獲得均勻大變形量,實現零件成形的一種方法,是目前比較先進的金屬鈑金輕量化制造技術。

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          ? ? ? ?除航空航天外,當前由于環境壓力,汽車工業同樣面臨節能減排的壓力。為有效降低油耗,輕量化結構制造技術成為汽車行業發展的關鍵問題之一。采用鋁合金、鎂合金等輕型材料取代鋼板,是汽車車身減重一個重要方法。

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          ? ? ? ?目前,工業上鋁合金汽車車身結構件和覆蓋件多采用冷沖壓成形,與鋼板相比,鋁合金在室溫條件下回彈較大、塑性較低,使得應用冷沖壓方法成形復雜形狀鋁合金汽車覆蓋件成形較為困難。但鋁合金是一種典型的超塑性材料,在超塑性狀態下,即使變形量達到百分之幾百,成形零件也不會出現回彈。

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          ? ? ? ?因此,近年來鋁合金汽車覆蓋件的超塑成形已經成為當前的一個研究熱點,并已在工業領域獲得應用。在第八屆超塑性國際會議上,日本和瑞士等國的汽車公司介紹了用超塑成形方法生產的大型鋁合金覆蓋件,為超塑成形在汽車工業中的應用開辟了前景,如圖1所示為大型鋁合金汽車覆蓋件。

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          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

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          ? ? ? ?超塑成形具有無回彈、模具結構簡單、單工序、設備載荷低等優點,但目前細晶的超塑鋁合金板材價格遠高于普通板材,這使超塑成形覆蓋件成本居高不下,限制了其大規模應用。

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          ? ? ? ?新興的內高壓成形技術應用的主要行業有汽車、航天、航空、自行車和管路等。

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          ? ? ? ?其中,汽車是內高壓成形技術應用最廣泛的行業,在汽車上應用的零件種類包括:①底盤類零件,包括副車架、后軸、縱梁和保險杠等;②車體構件,包括儀表盤支梁、散熱器支架、座椅框、上邊梁和頂梁等;③發動機和驅動系統,包括岐管和排氣管件、凸輪軸和驅動軸等;④轉向和懸掛系統,包括控制臂和轉向桿等。

          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          興迪源機械研發生產的汽車排氣歧(一出二)管實物圖

           

          ? ? ? ?在飛機上的應用有空心框梁、發動機上中空曲軸和異型管件等。

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          ? ? ? ?在航天上的應用有火箭動力系統管路接頭和異型截面進氣道等。

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          ? ? ? ?內高壓成形技術近十多年來在汽車工業得到廣泛應用,汽車等運輸工具對減輕質量和降低成本的需求又促進了內高壓成形技術的不斷改進,使其技術迅速發展,其發展趨勢:

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          (1)超高壓成形。目前,工業生產中使用的內高壓成形機的增壓器最高壓力一般為400MPa。為了適應更復雜的結構形狀和精度、更大壁厚和高強度材料(超高強鋼、鈦合金和高溫合金等),需要更高內壓,將發展到600MPa,甚至1000MPa。

          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          ?興迪源機械研發生產的發動機中冷管實物圖

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          利用先進液壓(內高壓)成形工藝

          一次成形的發動機中冷管

          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          管材胚料預彎成形

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          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          中冷管液壓(內高壓)成形有限元分析

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          (2)新成形工藝。拼焊管內高壓成形,將不同厚度或不同材料管材焊接成整體,然后再用內高壓成形加工出結構件,可以進一步減輕結構質量;采用兩端直徑不同的錐形管,制造特殊結構零件,如轎車碰撞時吸收能量結構;雙層管內高壓成形制造轎車雙層排氣管件,提高轎車尾氣三元催化和凈化效果;采用初始截面形狀為非圓形的型材管作為一種預制胚成形出設計要求的零件;外壓成形和內外壓結合成形;內高壓成形與連接等工藝復合,把幾個管材或經過預成型管材放在內高壓成形模具內,通過成形和連接工藝復合加工為一個零件,進一步減少零件數量,提高構件整體性。

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          (3)超高強度鋼成形。隨著汽車對結構輕量化需求的進一步提高,車體上使用的鋼材強度越來越高,材料塑形降低,例如,鋼材強度由250MPa提高到1000MPa,塑性由45%降低到12%。材料塑性降低導致開裂傾向嚴重,成形難度增大,需要對彎曲、預成形、內高壓成形工藝、壁厚分布和潤滑等進行深入研究。

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          (4)熱態內壓成形。為了解決高性能鋁合金、鎂合金等輕合金材料室溫塑性低、成形困難的問題,采用加熱加壓介質成形異型截面零件是內高壓成形發展的一個重要方向。目前,以耐熱油作為介質的溫度可以達到300℃,壓力達到100MPa,完全能滿足鋁合金和鎂合金管材成形的需要。熱態內壓成形的主要問題是成形時間長、效率低。對于鈦合金,需要在600℃以上溫度成形,目的耐熱油達不到這個溫度,采用氣體作為成形介質是一個很好的解決方案。

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          ? ? ? ?金屬成形技術作為一項關鍵的基礎制造技術,隨著工業領域對構件制造要求的不斷提高和新型材料的廣泛應用,對先進金屬成形技術的需求更加迫切。

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          ? ? ? 一方面,金屬成形技術專業需要在需求牽引下進一步創新和豐富,適應不同工業領域的發展趨勢;

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          ? ? ? ?另一方面,通過基礎研究,孵化先進成形技術,帶動新材料及新結構的工程化應用,為設計提供更大的自由度,重視金屬成形技術在民用工業領域的推廣應用和市場拓展,提升價值創造能力,創造技術和經濟效益。

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          部分文段摘自《先進金屬成形技術在民用工業領域的

          應用現狀和發展潛力》

          作者:中航工業北京航空制造工程研究所 韓秀全,杜立華,邵杰

          由興迪源機械編輯

          版權歸原作者所有

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          先進金屬成形技術之一——內高壓成形技術

          ? ? ? ?興迪源機械(Xingdi Machinery)是一家專注內高壓(液壓)成形技術的鍛壓設備制造企業。自2007年創立以來,我司一直致力于內高壓(液壓)成形的技術創新和產品研發。企業2010年開始組建超高壓液力成形技術團隊,突破了成形壓力100MPa-250MPa的技術難關,研發出“內高壓成形設備”并投入用戶生產現場。

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          ? ? ? ?經過數十年的技術研發和經驗積累,我司已掌握了成形壓力為500MPa的技術成果,并向市場提供了合模力4000噸、成形壓力達500MPa以內的各種規格的內高壓成形設備數十臺套。

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          ? ? ? ?至今,我司在國內同行的民營企業中達到領先水平,成為國內集產品研發、設備生產、模具設計和工藝指導于一體的頂尖內高壓成形鍛壓設備制造企業。

           

          興迪源機械 XD-THF內高壓成形液壓設備

          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          廣泛應用于航天航空、核電、

          石化、發動機管件、汽車管件、

          自行車管件等生產領域

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          “先進金屬成形技術”的應用現況和發展趨勢

          內高壓成形設備主要針對管材成形,

          如:飛行器輕體構件、發動機中空軸件、汽車支管、

          單車支架管、排氣系統、排水系統等產品

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          興迪源機械為客戶開發的汽車底盤U型梁?

          有限元模擬分析

           

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