更具竞争力的液压成形技术

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与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。
" l) q1 N0 |! @( `5 {; S在汽车工业及航空、航天等领域，减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。液压成形（hydroforming）就是为实现结构轻量化的一种先进制造技术。
) F0 v/ L+ a% i) _8 |液压成形也被称为“内高压成形”，它的基本原理是以管材作为坯料，在管材内部施加超高压液体同时，对管坯的两端施加轴向推力，进行补料。在两种外力的共同作用下，管坯材料发生塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件。
液压成形技术的优点
对于空心变截面结构件，传统的制造工艺是先冲压成形两个半片，然后再焊接成整体，而液压成形则可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心结构件。与冲压焊接工艺相比，液压成形技术和工艺有以下主要优点：
( l5 K3 L$ G! J' L5 v& X/ Y# M$ n□ 减轻质量，节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件比冲压件减轻20%～40%；对于空心阶梯轴类零件，可以减轻40%～50%的重量。
' a2 W  q, L: ?- W; ^6 B5 s□ 减少零件和模具数量，降低模具费用。液压成形件通常只需要1套模具，而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由6个减少到1个，散热器支架零件由17个减少到10个。
□ 可减少后续机械加工和组装的焊接量。以散热器支架为例，散热面积增加43%，焊点由174个减少到20个，工序由13道减少到6道，生产率提高66%。
& L  B0 [7 N( C( f! A□ 提高强度与刚度，尤其是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高39%，水平方向可提高50%。
4 F, j* Q# y- ?; |" H□ 降低生产成本。根据对已应用液压成形零件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低15%～20%,模具费用降低20%～30%。
图1为采用液压成形技术制造的欧宝发动机托架零件与传统冲压件的比较，其零件重量降低了30%，模具费用降低了60%，零件的生产成本降低了20%。
图1  采用液压成形技术制造的欧宝发动机托架零件与传统冲压件的比较
* ]- d. e) S* r: g9 ?5 @' s$ x液压成形工艺的应用
# V; {+ m5 w+ W+ {, F: f液压成形工艺在汽车、航空、航天和管道等行业有着广泛的应用，主要适用于：沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心结构件，如汽车的排气系统异型管件；非圆截面空心框架，如发动机托架、仪表盘支架、车身框架（约占汽车质量的11%～15%）；空心轴类件和复杂管件等。图2即为液压成形工艺应用于汽车工业中所制造出的一些典型零件。
; j2 r6 F, g8 _8 [3 q  x( V' w图2 液压成形的典型汽车零件
液压成形工艺的适用材料包括碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，原则上适用于冷成形的材料均适用于液压成形工艺。
* R% N- E9 I: B! H* q与其他金属塑性成形加工工艺相比，液压成形是一项正处于上升态势且具有良好发展前景的先进制造技术。目前，全球已建成并投产了众多的专业化生产线，形成了相当的生产规模，产品订单持续稳步增长。早在1993年，奔驰公司就建成了液压成形车间，通用、福特、欧宝、宝马等汽车公司也已投资建成了自己的液压成形件生产基地。此外，在汽车上已采用液压成形零件的汽车公司还有奥迪、大众、沃尔沃、戴姆勒-克莱斯勒等。
用于液压成形生产的先进设备
瑞典AP&T在金属成形领域拥有近50年的经验，在液压成形方面可以为用户提供公称压力为100～20000kN的各种规格的液压成形设备，也包括液压成形工艺的设计以及用于液压成形的模具的设计和加工。
" `$ L& x% g( m! ~6 l/ h1、HF型液压机——短行程液压成形压力机
: Q. m4 `* l) l/ HHF型液压机（图3）采用模块组合式结构，可为用户提供1个、2个或3个模块组合的液压机。模块组合式结构使得压机布置非常紧凑，总重量约为传统设计的一半，占地面积也小得多，为用户节约了费用。HF型液压机工作非常灵活，以3模块为例，用户采用1个模块加工小零件的同时，另外2个模块也可以独立工作或组合起来对中型零件进行生产，也可3个模块共同组合用于大型零件的制造。每一个模块都由4个立柱框架整体焊接，每个立柱带有2个预紧拉杆，滑块导向采用AP&T专利的Prisma导向，这些保证了设备的整体刚性，工作时机身变形非常小，可得到高质量加工零件及高的模具寿命。
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* b0 N) z; d% F7 q. C- c. Y图3  HF-100 000-49/16  （3个模块）
此外，HF型液压机还有其他一些独具特色的设计和配置：为取得更好的液压成形工艺效果，该款液压机采用预成形时长行程、终成形时短行程的设计，保证在最终成形时液压油不被压缩；HSP充液系统提供了快速充液及快速增压的保证同时节约了能源；HNC（Hydroform Numeric Control）数控系统可对液体压强、工作压力、工作速度、行程位置及工艺过程等进行闭环伺服控制，极大地提高了加工精度和工作效率。
2、HFC(High pressure Forming Centre) 高压成形中心
, ~6 X: e1 ~9 V1 ZHFC高压成形中心（图4）为刚性结构的专用合模装置，其液压系统包括水系统和油系统，这些系统单独控制HFC的合模、模具缸、冲孔缸以及内高压介质。HNC（Hydroform Numeric Control）数控系统可对液体压强、工作压力、工作速度、行程位置及工艺过程等进行闭环伺服控制，极大地提高了加工精度和工作效率。
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图4   HFC120高压成形中心
9 \% O" o7 T3 r! c此外，与传统液压成形设备相比，HFC具有下列优点：整体投资少；不需要地基；可扩展的模块化设计；占地面积小，重量轻等。

3 J6 J7 s  G6 N* A, X结束语
液压成形具有独特的工艺特点和技术、经济优势。近15年来，在汽车工业得到了迅速的推广和应用，对汽车轻量化的发展进程产生了良好的推动作用，同时也带来了明显的经济和社会效益。【MechNet】
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