1、a1张*材料成型及控制工程1班a2一、内高压成形概述0 目录二、变径管内高压成形技术三、内高压成形特点及发展趋势a3一、内高压成形概述0 目录二、变径管内高压成形技术三、内高压成形特点及发展趋势a4内高压成形概述0. 引言引言内高压成形内高压成形是适应汽车和飞机等运输工具结构轻量化发展起来的一种先进制造技术。结构轻量化有两条主要途径： 一是材料途径材料途径：采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料； 二是结构途径结构途径：采用空心变截面、变厚度薄壁壳体、整体等结构。根据统计，对于一定的减重目标，在航天航空领域，采用轻质材料减重的贡献大约为2/3，结构减重的贡献大约为1/3；而在汽车领域，
2、则主要采用结构减重的途径。a5内高压成形概述 内高压成形即管材液压成形管材液压成形（Tube Hydroforming），属于液压成形的一种，是利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术。所用坯料所用坯料传力介质传力介质成形压力成形压力壳体液压成形壳体液压成形壳体纯水50MPa板料液压成形板料液压成形板料液压油100MPa管材液压成形管材液压成形管材乳化液400MPa表1 三种液压成形技术的比较1. 内高压成形定义内高压成形定义a6内高压成形概述2. 成形分类成形分类 弯曲轴线异型截面管件内高压成形： 图1所示管件具有18个不同形状和尺寸截面，轴线为三维曲线。图1 轿车副车架内高压
3、件图2 整体三通管 薄壁多通管内高压成形： 铝合金薄壁整体三通管内高压成形，消 除传统工艺纵向焊缝，大幅提高构件可靠性。a7内高压成形概述2. 成形分类成形分类图3 排气系统三元催化内高压管 变径管内高压成形：非对称大截面差管件成形困难，通过轴向进给和内压匹配，以及贴模顺序控制，实现截面差120%构件内高压成形，突破100%膨胀率的极限值膨胀率的极限值。极限膨胀率极限膨胀率：零件某一个截面周长相对于初始周长的变化率。 是标志变径管内高压成形技术水平的一个重要指标a8一、内高压成形概述0 目录二、变径管内高压成形技术三、内高压成形特点及发展趋势a9变径管内高压成形技术1. 工艺过程工艺过程填充阶
4、段填充阶段下料合模充液排气密封成形阶段成形阶段 加压胀形轴向补料整形阶段整形阶段 提高压力圆角贴模a10变径管内高压成形技术2. 成形设备成形设备内高压成形压力机内高压成形压力机a11变径管内高压成形技术高高压压源源计算机计算机控制系统控制系统合模压力机合模压力机水压系统水压系统液压系统液压系统模具模具水平缸水平缸2. 成形设备成形设备内高压成形压力机内高压成形压力机闭合模具，防止发生分缝造成零件出现飞边或引起管端密封失败增压器，为成形提供高压驱动冲头，实现管端密封和轴向进给为增压器和水平缸提供动力提供管内液体按设定曲线对管件进行加载a12变径管内高压成形技术2. 成形设备成形设备内高压成形压
5、力机内高压成形压力机高高压压源源计计 算算 机机控控 制制 系系 统统合合 模模 压压 力力 机机水水 压压 系系 统统液液 压压 系系 统统模模 具具水水 平平 缸缸闭合模具施加合模力充填加压介质管端密封按加载曲线施加内压和轴向进给增压整形卸压去合模力退回冲头开模工作过程a13变径管内高压成形技术3. 工艺参数工艺参数初始屈服压力Ps管材开始发生塑性变形时所需要的内压整形压力Pc用于成形截面过渡圆角，并保证尺寸精度轴向进给力Fa合模力Fc使模具闭合不产生缝隙补料量l减少成形区壁厚减薄，并提高膨胀率实现轴向补料a14变径管内高压成形技术4. 缺陷形式缺陷形式开裂屈曲起皱a15变径管内高压成形技
6、术4. 缺陷形式缺陷形式屈曲屈曲：当管材成形区长度过长，在成形初期还没有在管材内建立起足够大的内压时，施加了过大的轴向力。避免屈曲的方法：合理选择管材长度、增加预成形工序、控制工艺参数。a16变径管内高压成形技术4. 缺陷形式缺陷形式起皱起皱：轴向力过大，将产生压缩失稳，即起皱。有益皱纹：可以展平的皱纹 有益皱纹不是缺陷，反而可以作为有益皱纹不是缺陷，反而可以作为 一种预成形的一种预成形的 手段。手段。皱纹死皱：加压整形无法展平的皱纹 死皱是一种缺陷，可以通过调节加载路径防止。a17变径管内高压成形技术有益皱纹的利用有益皱纹的利用先在一定压力下补料获得“有益皱纹”，再增大内压进行整形，获得最终
7、零件极大提高成形极限，膨胀率由10%提高到35%a18变径管内高压成形技术4. 缺陷形式缺陷形式开裂开裂：膨胀率过大时，内压过高使管壁的局部减薄导致管件发生开裂。避免开裂的方法：采用中间预成形坯或退火。a19变径管内高压成形技术5. 成形区间及加载路线成形区间及加载路线A弹性区B开裂区C起皱区D成形区图4 轴向应力和内压之间关系示意图a20变径管内高压成形技术5. 成形区间及加载路线成形区间及加载路线图5 加载比例参数和缺陷因子与临界轴向压应力关系z：轴向应力；：环向应力；= z/ ：加载比例参数：缺陷因子；Fcr：临界屈曲轴向压应力0 1： ， Fcr 1 ： ， Fcr 这说明= 1.0是
8、一个分水岭值，即无论缺陷因子如何影响，按照 = 1.0这个比例加载关系进行加载是最理想的加载路径。a21一、内高压成形概述0 目录二、变径管内高压成形技术三、内高压成形特点及发展趋势a22内高压成形特点及发展趋势1. 特点特点优点： 减轻质量，节约材料；减少零件和模具数量，降低模具费用；可减少后续机械加工和组装焊接量。缺点：内压高，需要大吨位液压机作为合模压力机；高压源及闭环实时控制系统复杂，造价高； 零件研发试制费用高。a232. 发展趋势发展趋势超高压成形 复杂的结构形式和精度、大的壁厚和高强度材料，需要更高的内压，将发展到600MPa，甚至1000MPa。 新的成形工艺 拼焊管内高压成形、双层管内高压成形、内高压成形与连接工艺复合。 超高强度钢成形 随强度增加，塑性降低，将会导致管件开裂，成形难度增大。热态内压成形 高性能铝合金、镁合金等轻合金材料室温塑性低、成形困难，需要采用 加热加压成形。内高压成形特点及发展趋势a24a25
