內(nèi)高壓成形工藝與設備

目前主要由歐洲與日本的一些大型設備廠商設計和制造，如舒勒、SPS、APT及川崎油工、Opton等，而國內(nèi)正處于起步階段，哈爾濱工業(yè)大學、中國一重、興迪源機械、齊齊哈爾二機床及合肥鍛壓等已開始了內(nèi)高壓成形設備與工藝的研究和設計。為滿足工藝的特殊要求，內(nèi)高壓成形生產(chǎn)線通常需進行專業(yè)的設計開發(fā)，其發(fā)展趨勢是大型化、自動化、柔性化和智能化，超高壓裝置和伺服控制系統(tǒng)將成為設備開發(fā)的核心技術與攻關難點。

內(nèi)高壓成形機 3D模擬

5000t 內(nèi)高壓成形液壓機

內(nèi)高壓成形，是一種制造空心整體構件的先進制造技術，以管材為坯料、以油液為傳壓介質(zhì)，在管材內(nèi)部施加超高壓的同時，對管坯的兩端施加軸向推力進行補料。

因兩種外力的合力作用，管坯產(chǎn)生塑性變形，最終與模腔內(nèi)壁貼合，使管坯成為具有三維形狀零件的現(xiàn)代塑性加工技術。按管坯成形特點，零件分為成形區(qū)和送料區(qū)。成形區(qū)是管坯發(fā)生塑性變形直徑變化的部分；送料區(qū)是向成形區(qū)補料的部分。

內(nèi)高壓成形時管端密封是由沖頭和模具擠壓形成剛性密封，因此該處模具容易磨損，通常在模具密封段采用耐磨鑲塊，來提高模具壽命。在零件成形后，依靠模具內(nèi)的輔助液壓缸完成開槽、沖孔等后續(xù)工序。然后油液卸壓，軸向沖頭回程，液壓機滑塊上行，即可取出零件。

　　內(nèi)高壓成形工藝過程主要分為三個階段：

（1）初始充填階段 將管坯放入模腔并合模，兩端的軸向沖頭水平推進，形成密封。通過預充液體將管內(nèi)空氣排出；

（2）成形階段 在管坯加壓脹形的同時，沖頭按設定的加載曲線向內(nèi)推進補料，在內(nèi)壓和軸向補料的聯(lián)合作用下使管坯基本貼靠模具。此階段除過渡R角外的大部分區(qū)域已經(jīng)成形；

（3）整形階段 提高內(nèi)壓使過渡R角完全貼合模腔，工件完成成形。

內(nèi)高壓成形的主要技術參數(shù)有初始屈服壓力、開裂壓力、成形壓力、軸向進給力、合模力和補料量。

（1）初始屈服壓力 管坯產(chǎn)生塑性變形所需的壓力；

（2）開裂壓力 管坯發(fā)生開裂時的壓力；

（3）整形壓力 在后期整形階段，為保證零件完全成形所需要的壓力；

（4）軸向進給力 軸向推進缸選型的依據(jù)，具體由保證管坯塑性變形的力、沖頭高壓反力和摩擦力等三部分決定；

（5）合模力 在成形過程中使模具閉合所需要的力，是液壓機選型的主要依據(jù)；

（6）補料量 確定水平缸行程的重要參數(shù)。由于加載路徑與摩擦力的影響，補料量無法完全送到成形區(qū)，成形區(qū)壁厚要減薄，實際補料量通常為理想補料量的60%～80%。

相對于傳統(tǒng)的薄板沖壓與焊接工藝，內(nèi)高壓成形以管材為加工對象，具有以下特點：

1）內(nèi)高壓成形工藝可減少開發(fā)與制造成本，降低車身重量，提高材料利用率。內(nèi)高壓成形件通常只需一副模具，而薄板沖壓往往需要三道及以上的工序，工裝開發(fā)及后續(xù)的制造成本將會大大提高。工序減少了，其工藝廢料也會相應減少。在滿足零件使用要求的情況下，內(nèi)高壓成形的空心零件較沖壓焊接組合件可實現(xiàn)減重20%～30%，材料利用率提高30%～50%；

2）內(nèi)高壓成形工藝可提高零件加工精度與車身安全性能。針對形狀復雜的零件，內(nèi)高壓成形可實現(xiàn)一次成形，避免了零件在多序加工過程中產(chǎn)生的累積誤差，從而提高零件精度。內(nèi)高壓成形屬于冷加工工藝，通過變形過程中的加工硬化可大大提高零件強度，且原始管坯的整體性較好，其整體剛度也能得到保證，因此應用于汽車車身的承載結構件中可提升車身的安全性能；

3）由于內(nèi)高壓成形所需壓力較高，所以合模壓力機所需噸位也較大，通常在3500t以上，其高壓生成源及電氣控制系統(tǒng)相對復雜，設備制造成本也高。另外，因零件成形質(zhì)量和壁厚分布與加載路徑密切相關，其研發(fā)與試制費用較高。這些因素在一定程度上限制了內(nèi)高壓成形工藝的發(fā)展與普及。

內(nèi)高壓成形生產(chǎn)線

基于內(nèi)高壓成形工藝過程，內(nèi)高壓成形生產(chǎn)線主要可分為四大模塊：合模壓力機、成形模具、高壓生成系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。

近幾年來，由于管類零件內(nèi)高壓成形技術具備的工藝和成本優(yōu)勢，在汽車工業(yè)中得到了迅速推廣。為了進一步推動汽車輕量化設計，將會在車身上開發(fā)更多的空心部件。隨著內(nèi)高壓成形零件逐步應用于車身各個位置后，可能會顛覆人們對汽車造型與車身的認識。

輕量化