用于內(nèi)高壓成形的彎曲工藝有壓彎、滾彎和CNC彎曲（繞彎）。對于彎曲半徑大、形狀簡單的二維曲線常常采用壓彎和滾彎工藝。而對于軸線形狀復雜的三維曲線，則需要采用CNC彎曲工藝。

CNC彎曲是一種先進的繞彎工藝，它是先把管材軸線的形狀輸入到彎曲機數(shù)控系統(tǒng)中，然后由數(shù)控程序控制彎曲機利用管材繞模具旋轉運動實現(xiàn)管材自動彎曲的加工方法。CNC彎曲可以實現(xiàn)三維復雜軸線管彎曲，能連續(xù)進行不同角度的彎曲，具有質量好、生產(chǎn)效率高等特點。

以內(nèi)高壓成形技術應用最為廣泛的

汽車行業(yè)作為例子：

汽車零部件多為空心結構件，截面及軸線形狀復雜，相對于傳統(tǒng)的焊接工藝，內(nèi)高壓成形能夠有效地實現(xiàn)部分零件的整合，減少焊縫，零件的可靠性得到大幅提高。而鋁合金質量輕、比強度高，適用于汽車車身、輪轂和副車架等汽車結構件。

汽車車身

應用內(nèi)高壓成形技術和鋁合金管材成形的副車架，通過材料輕量化和結構輕量化2種途徑使汽車質量有效減輕，這種成形工藝已成為汽車節(jié)能減排的重要途徑之一。

副車架

而在內(nèi)高壓成形之前，通常需要通過CNC彎管技術使其預成形為具有空間彎曲軸線的基本形狀，再整體成形出具有復雜截面和空心結構的副車架。應用這種技術，寶馬5系使用了第一款內(nèi)高壓鋁合金底盤件，奧迪A2和A8使用6014鋁合金管制備了車身上的變截面頂蓋橫梁，使構件質量顯著減輕近40%。

以下是我司

利用先進液壓（內(nèi)高壓）成形工藝

一次成形的發(fā)動機中冷管

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管材胚料CNC預彎成形有限元分析

采用液壓（內(nèi)高壓）成形技術

一次成形中冷管的有限元分析

管材在CNC彎曲過程會產(chǎn)生回彈、截面畸變以及內(nèi)側受壓失穩(wěn)起皺、外側受拉開裂等缺陷，對于多道次大角度數(shù)控彎曲，回彈會嚴重影響管件的成形精度，在隨后的內(nèi)高壓成形過程中會產(chǎn)生咬邊缺陷，所以通常需要在CNC彎曲時進行適當角度的補償。

汽車排氣歧管3D示意圖

為了得到管材在CNC彎曲時合適的回彈量，Liao等研究人員采用了各向同性、動態(tài)各向同性和各向異性3種硬化模型進行多級繞彎時的回彈分析，發(fā)現(xiàn)模型的選擇對多級繞彎回彈起著重要的作用，其中動態(tài)各向同性硬化模型預測回彈與實驗值較接近，最大相差為1.11%。

而Li等研究人員則通過數(shù)值模擬及實驗研究了6061-T4鋁合金管材冷彎時的回彈角、回彈半徑與彎角的影響；證實了回彈角隨著彎角增加而線性增加，回彈半徑隨著彎角增加在0°~90°時線性減小，在90°~180°隨著彎角增加基本不發(fā)生變化；并利用各向異性硬化模型對回彈角進行了預測，其預測值略高于實驗值，最大相差1.67%。在CNC彎曲時，截面畸變也是比較容易出現(xiàn)的典型缺陷。在多步成形中，截面畸變直接影響后續(xù)成形的預制坯形狀，從而影響最終件的成形質量。

寇永樂等研究人員則針對CNC彎曲中截面畸變的影響因素進行了研究，指出增加芯頭個數(shù)和芯棒伸出量、壓塊無潤滑有利于減小彎管的截面畸變。CNC彎曲中另一個典型的缺陷是起皺，不僅影響其成形性能，而且影響美觀，所以在CNC彎曲時要盡量避免。

Chen等研究人員通過Dynaform數(shù)值模擬和實驗研究了20mm×2mm的5A02鋁合金管起皺的影響因素，指出管與模具間隙盡量小（小于0.2mm），助推速度不小于彎曲模的線速度，有利于減緩起皺，另外壓模助推位移越小，相對彎曲半徑越大，彎曲速度越小，起皺趨勢就越小。

本研究中鋁合金內(nèi)高壓成形的成形工藝為CNC彎曲后內(nèi)高壓成形，其中CNC彎曲作為預彎對鋁合金管件內(nèi)高壓成形起著至關重要的作用。

試件及成形工藝

鋁合金管件首先需要進行CNC預彎，使其具有基本的空間彎曲軸線，可以放入內(nèi)高壓成形模具的型腔中，再進行內(nèi)高壓成形，成形至最終形狀。預彎使用XXX控制臂彎管機，預彎件形狀如圖A所示，芯球與管內(nèi)壁、防皺板與管外壁及內(nèi)高壓成形時模具型腔與管外壁均用航空潤滑油進行潤滑處理。內(nèi)高壓成形后管件形狀如圖A(b)所示。彎曲模具設計為3層，分別與彎管中的3個彎角對應。剛性芯軸外徑為69.00mm，使用一個芯球，其外徑為68.40mm；聚氨酯芯軸外徑為69.00mm。

A. 預彎件(a)和內(nèi)高壓成形管件(b)

本次實驗的內(nèi)高壓成形可運用我司THF系列內(nèi)高壓成形設備進行。

興迪源機械 XD-THF內(nèi)高壓成形液壓設備

廣泛應用于航天航空、核電、

石化、發(fā)動機管件、汽車管件、

自行車管件等生產(chǎn)領域

內(nèi)高壓成形設備主要針對管材成形，

如:飛行器輕體構件、發(fā)動機中空軸件、汽車支管、

單車支架管、排氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等產(chǎn)品

接下來的工作主要針對回彈、截面畸變和起皺3種彎曲缺陷，研究預彎對鋁合金管內(nèi)高壓成形的影響。

回彈的影響

當管材預彎未加以回彈補償時，內(nèi)高壓成形模具合模時在管件一側出現(xiàn)了咬邊缺陷，如圖B所示，若不解決咬邊問題，會使模具邊緣啃傷，需要對彎角進行回彈補償。為了獲得任意角度彎角的回彈值，建立管材塑性彎曲的理論模型和材料的冪指數(shù)模型，結合力矩平衡方程和全應變理論，推導任意彎角的回彈理論值。

B. 6063鋁合金預彎件出現(xiàn)的咬邊缺陷

截面畸變的影響

管材在彎曲時，在彎矩的作用下，中性層外側受到拉應力，內(nèi)側受到壓應力，二者的合力使管件法向直徑減小，橫向直徑增大，管件截面由圓形變?yōu)榻茩E圓，即發(fā)生畸變。在管徑、彎曲半徑及潤滑條件不變的情況下，通過不帶芯頭的聚氨酯芯棒和帶有一個芯頭的剛性芯棒分別進行CNC彎曲，得到了2種具有不同不圓度的截面，如圖C所示。其中聚氨酯芯棒的好處是可以使管件內(nèi)部避免劃痕，但得到的彎管截面不圓度較大；帶有一個芯頭的剛性芯棒的好處是得到的彎管截面不圓度較小，但與管件內(nèi)部發(fā)生硬接觸，容易在彎曲過程產(chǎn)生內(nèi)部劃痕。

C. 彎管截面

（a）使用聚氨酯芯棒；

（b）使用帶有一個芯頭的剛性芯棒

起皺的影響

當管徑較大，彎曲半徑較小時，管壁內(nèi)側所受的切向壓應力大大增加，管壁內(nèi)側極易發(fā)生起皺失穩(wěn)。在不改變彎曲模具和彎曲速度的情況下，模具間隙不合理會導致起皺的產(chǎn)生。如圖D所示，在預彎件的第三個彎角內(nèi)側出現(xiàn)了起皺，皺紋的相鄰波峰之間的平均距離為12.20mm，表面峰谷的平均高度為1.32mm，如圖D（a）所示。

D. 管件起皺現(xiàn)象

（a）CNC彎管；

（b）內(nèi)高壓成形件

將帶有皺紋的預彎件進行內(nèi)高壓成形，此處截面膨脹量為1.92%，成形后管件如圖D（b）所示，內(nèi)高壓成形并沒有使管件的皺紋脹平，此時皺紋的相鄰波峰之間的平均距離為12.24mm，表面峰谷的平均高度為0.64mm。由此可知，此時的內(nèi)高壓成形并沒有消除預彎產(chǎn)生的皺紋，但在脹形的過程中管件不斷貼模，使起皺表面的峰谷的高度降低，使皺紋減輕。

為了使內(nèi)高壓成形件避免出現(xiàn)起皺，需要在預彎過程及時避免。在不改變彎曲模具和彎曲速度的情況下，調整防皺板的位置，使防皺板與管件更加貼合，增加彎管內(nèi)側的壓應力，從而抑制了起皺的發(fā)生。將無皺的預彎件進行內(nèi)高壓成形，最終獲得的內(nèi)高壓成形件如圖E所示。

E. 鋁合金內(nèi)高壓成形件

部分文段和圖片摘自：

《預彎對鋁合金管材內(nèi)高壓成形缺陷與尺寸精度的影響》

作者：蔡洋，王小松，苑世劍

《現(xiàn)代液壓成形技術》

作者：苑世劍

由興迪源機械編輯

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