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(fā)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(shù)是目前航空、航天、兵器等國防工業(yè)的基礎(chǔ)制造技術(shù)，同時(shí)更是汽車、儀器儀表、機(jī)械工業(yè)等民用產(chǎn)業(yè)的技術(shù)支撐。

隨著工業(yè)構(gòu)件整體化、精密化、復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)先進(jìn)金屬成形技術(shù)的需求更加迫切；金屬成形技術(shù)在工程需求和基礎(chǔ)研究的共同推動(dòng)下，也在不斷革新和豐富。

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超塑成形技術(shù)

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在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用

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

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? ? ? ?除航空航天外，當(dāng)前由于環(huán)境壓力，汽車工業(yè)同樣面臨節(jié)能減排的壓力。為有效降低油耗，輕量化結(jié)構(gòu)制造技術(shù)成為汽車行業(yè)發(fā)展的關(guān)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(gè)重要方法。

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? ? ? ?目前，工業(yè)上鋁合金汽車車身結(jié)構(gòu)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(yīng)用冷沖壓方法成形復(fù)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(tài)下，即使變形量達(dá)到百分之幾百，成形零件也不會(huì)出現(xiàn)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(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，并已在工業(yè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。在第八屆超塑性國際會(huì)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(chǎn)的大型鋁合金覆蓋件，為超塑成形在汽車工業(yè)中的應(yīng)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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? ? ? ?超塑成形具有無回彈、模具結(jié)構(gòu)簡單、單工序、設(shè)備載荷低等優(yōu)點(diǎn)，但目前細(xì)晶的超塑鋁合金板材價(jià)格遠(yuǎn)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(guī)模應(yīng)用。

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? ? ? ?新興的內(nèi)高壓成形技術(shù)應(yīng)用的主要行業(yè)有汽車、航天、航空、自行車和管路等。

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? ? ? ?其中，汽車是內(nèi)高壓成形技術(shù)應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，在汽車上應(yīng)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(xiǎn)杠等；②車體構(gòu)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(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括岐管和排氣管件、凸輪軸和驅(qū)動(dòng)軸等；④轉(zhuǎn)向和懸掛系統(tǒng)，包括控制臂和轉(zhuǎn)向桿等。

興迪源機(jī)械研發(fā)生產(chǎn)的汽車排氣歧（一出二）管實(shí)物圖

? ? ? ?在飛機(jī)上的應(yīng)用有空心框梁、發(fā)動(dòng)機(jī)上中空曲軸和異型管件等。

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? ? ? ?在航天上的應(yīng)用有火箭動(dòng)力系統(tǒng)管路接頭和異型截面進(jìn)氣道等。

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? ? ? ?內(nèi)高壓成形技術(shù)近十多年來在汽車工業(yè)得到廣泛應(yīng)用，汽車等運(yùn)輸工具對(duì)減輕質(zhì)量和降低成本的需求又促進(jìn)了內(nèi)高壓成形技術(shù)的不斷改進(jìn)，使其技術(shù)迅速發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)：

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（1）超高壓成形。目前，工業(yè)生產(chǎn)中使用的內(nèi)高壓成形機(jī)的增壓器最高壓力一般為400MPa。為了適應(yīng)更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀和精度、更大壁厚和高強(qiáng)度材料（超高強(qiáng)鋼、鈦合金和高溫合金等），需要更高內(nèi)壓，將發(fā)展到600MPa，甚至1000MPa。

?興迪源機(jī)械研發(fā)生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中冷管實(shí)物圖

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利用先進(jìn)液壓（內(nèi)高壓）成形工藝

一次成形的發(fā)動(dòng)機(jī)中冷管

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管材胚料預(yù)彎成形

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中冷管液壓（內(nèi)高壓）成形有限元分析

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（2）新成形工藝。拼焊管內(nèi)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(nèi)高壓成形加工出結(jié)構(gòu)件，可以進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量；采用兩端直徑不同的錐形管，制造特殊結(jié)構(gòu)零件，如轎車碰撞時(shí)吸收能量結(jié)構(gòu)；雙層管內(nèi)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(yù)制胚成形出設(shè)計(jì)要求的零件；外壓成形和內(nèi)外壓結(jié)合成形；內(nèi)高壓成形與連接等工藝復(fù)合，把幾個(gè)管材或經(jīng)過預(yù)成型管材放在內(nèi)高壓成形模具內(nèi)，通過成形和連接工藝復(fù)合加工為一個(gè)零件，進(jìn)一步減少零件數(shù)量，提高構(gòu)件整體性。

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（3）超高強(qiáng)度鋼成形。隨著汽車對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化需求的進(jìn)一步提高，車體上使用的鋼材強(qiáng)度越來越高，材料塑形降低，例如，鋼材強(qiáng)度由250MPa提高到1000MPa，塑性由45%降低到12%。材料塑性降低導(dǎo)致開裂傾向嚴(yán)重，成形難度增大，需要對(duì)彎曲、預(yù)成形、內(nèi)高壓成形工藝、壁厚分布和潤滑等進(jìn)行深入研究。

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（4）熱態(tài)內(nèi)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(zhì)成形異型截面零件是內(nèi)高壓成形發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前，以耐熱油作為介質(zhì)的溫度可以達(dá)到300℃，壓力達(dá)到100MPa，完全能滿足鋁合金和鎂合金管材成形的需要。熱態(tài)內(nèi)壓成形的主要問題是成形時(shí)間長、效率低。對(duì)于鈦合金，需要在600℃以上溫度成形，目的耐熱油達(dá)不到這個(gè)溫度，采用氣體作為成形介質(zhì)是一個(gè)很好的解決方案。

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? ? ? ?金屬成形技術(shù)作為一項(xiàng)關(guān)鍵的基礎(chǔ)制造技術(shù)，隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)?gòu)件制造要求的不斷提高和新型材料的廣泛應(yīng)用，對(duì)先進(jìn)金屬成形技術(shù)的需求更加迫切。

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? ? ? 一方面,金屬成形技術(shù)專業(yè)需要在需求牽引下進(jìn)一步創(chuàng)新和豐富，適應(yīng)不同工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)；

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? ? ? ?另一方面，通過基礎(chǔ)研究，孵化先進(jìn)成形技術(shù)，帶動(dòng)新材料及新結(jié)構(gòu)的工程化應(yīng)用，為設(shè)計(jì)提供更大的自由度，重視金屬成形技術(shù)在民用工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用和市場(chǎng)拓展，提升價(jià)值創(chuàng)造能力，創(chuàng)造技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

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部分文段摘自《先進(jìn)金屬成形技術(shù)在民用工業(yè)領(lǐng)域的

應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

作者：中航工業(yè)北京航空制造工程研究所 韓秀全，杜立華，邵杰

由興迪源機(jī)械編輯

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興迪源機(jī)械 XD-THF內(nèi)高壓成形液壓設(shè)備

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廣泛應(yīng)用于航天航空、核電、

石化、發(fā)動(dòng)機(jī)管件、汽車管件、

自行車管件等生產(chǎn)領(lǐng)域

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內(nèi)高壓成形設(shè)備主要針對(duì)管材成形，

如:飛行器輕體構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)中空軸件、汽車支管、

單車支架管、排氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等產(chǎn)品

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興迪源機(jī)械為客戶開發(fā)的汽車底盤U型梁?

有限元模擬分析