管件液壓柔性成形技術(shù)及其在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

1、管件液壓柔性成形技術(shù)及其在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用 前言： 進(jìn)入90 年代，由于燃料和原材料成本的原因及環(huán)保法規(guī)對廢氣排放的嚴(yán)格限制，使汽車結(jié)構(gòu)的輕量化顯得日益重要。除了采用輕體材料外如鋁合金和鎂合金等，減輕重量的另一個(gè)重要的途徑就是在結(jié)構(gòu)上采用以空代實(shí)和變截面等結(jié)構(gòu)件，即對于承受以彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷為主的構(gòu)件，采用空心結(jié)構(gòu)既可以減輕重量、節(jié)約材料，又可以充分利用材料的強(qiáng)度和剛度。管件的液壓柔性成形正是在這樣的背景下開發(fā)出來的一種制造空心輕體構(gòu)件的先進(jìn)制造技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)在德國、美國等發(fā)達(dá)國家已得到廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，主要用來生產(chǎn)排氣系統(tǒng)零件、底盤、框架結(jié)構(gòu)和凸輪軸等，其成形內(nèi)壓力一

2、般為200 到400Mpa，對于較特殊的零件，其成形內(nèi)壓力有時(shí)可以達(dá)到1000Mpa，這根據(jù)所加工材料的屈服強(qiáng)度、塑性、管厚和要求的脹形量以及零件的最終形狀要求（如圓角半徑、脹形量、允許減薄量等）而定。本文就此項(xiàng)技術(shù)的原理及在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用展開論述。 1 管件液壓柔性成形技術(shù)原理及其分類 液壓柔性成形原理是通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形，如圖1 所示。其基本工藝過程為：首先將管坯1 放在下模2 內(nèi)，然后閉合上模3，將管的兩端用水平?jīng)_頭4 和5 密封，并使管坯內(nèi)充滿液體，在加壓脹形的過程中，兩端的沖頭同時(shí)向內(nèi)推進(jìn)補(bǔ)料，這樣在內(nèi)壓和軸力的聯(lián)合作用下使管坯貼靠模具而成形為所需

3、的工件。圖1 有軸向進(jìn)給的管件內(nèi)高壓成形 在汽車零件的加工中，根據(jù)有無軸向進(jìn)給，可以把管件液壓柔性成形分為兩類，一類為有軸向進(jìn)給，如圖1 所示，主要用來成形壁厚均勻或較大成形量的零件；另一類為無軸向進(jìn)給，主要用來零件的整形和多個(gè)零件的脹接如中空凸輪軸的生產(chǎn)等，對于軸線為曲線的零件，還需要把管坯預(yù)彎成接近零件形狀，然后加壓成形, 如圖2 所示。圖2 無軸向進(jìn)給的管件液壓柔性成形 2 管件液壓柔性成形優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍 用管材液壓柔性成形可以一次成形出沿著構(gòu)件的軸線截面不同的復(fù)雜零件，這是管材液壓柔性成形的主要優(yōu)點(diǎn)。另外，與傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比，管件液壓柔性成形的主要優(yōu)點(diǎn)還有以下幾個(gè)方面。 （1）

4、減輕重量節(jié)約材料。對于圖3 空心軸類可以減輕4050%，節(jié)約材料可達(dá)75%。汽車上部分采用沖壓工藝與管材液壓柔性成形的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重量對比如表1。機(jī)加工管材液壓柔性成形圖3 階梯軸表1 汽車上部分沖壓件與管材液壓柔性成形件的重量對比 （2） 減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用。液壓柔性成形件通常僅需要一套模具，而沖壓件大多需要多套模具。副車架的組成零件由6 個(gè)減少到1 個(gè)；散熱器支架的組成零件由17 個(gè)減少到10 個(gè)。 （3） 可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174 個(gè)減少到20 個(gè)，裝備工序由13 道減少到6 道，生產(chǎn)率提高66%； （4） 提高強(qiáng)度與剛

5、度，尤其疲勞強(qiáng)度。仍以散熱器支架強(qiáng)度為例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。 （5） 降低生產(chǎn)成本。根據(jù)德國某公司對已應(yīng)用零件統(tǒng)計(jì)分析，管材液壓柔性件比沖壓件平均降低1520%，模具費(fèi)用降低2030%。 （6） 成形零件的精度提高。成形零件的尺寸精度從原來的IT14 提高到IT10。管材液壓柔性成形適用于制造航空、航天和汽車領(lǐng)域的各種異形的空心構(gòu)件，在汽車領(lǐng)域，德國處于世界研究的最前沿。德國于70 年代末開始管材液壓柔性成形基礎(chǔ)研究，并于90 年代初率先開始在工業(yè)生產(chǎn)中采用管材液壓柔性成形技術(shù)制造汽車輕體構(gòu)件。德國奔馳汽車公司（DAIMLERBENZ）于1993 年建立其管材液壓柔性成形車間,寶馬公司(BMW