内高压成形技术潜力巨大

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拼焊管内高压成形对热影响区性能的影响

作者简介：陈永侃（９６）男，１８一，安徽肥西人．士研究生，硕主要从事现代制造技术研究
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２１０２年第５期
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洪，园培：段拼焊管内高压成形对热影响区性能的影响
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其次，内高压成形技术可以成形截面比较复
杂的空心零件，别是在成形三维空间的零件时特
可一步成形，优势更加明显．刚度和抗扭强度不在
变的前提下，大降低了零件的重量．大因此，有具
并且降低了成本；以得到更为复杂的几何形状可零件，尤其是充分发挥了其内部的力学性能（结构强度和刚度）需要较少的二次操作；少了尺；减
也有一定的缺点，比如：要较长的循环周期；需需
要昂贵的设备；时也缺少对这方面工艺和设计同深入了解的技术人才．
形时还要注意处理顺序（内部压力和轴向进给的
关系）当然离不开所需要的模具，后就是焊缝，最热影响区的特性，也是现阶段处理最复杂的一这
规则零件中具有一定的灵活性．其是在激光焊尤
接过程中，于焊接区域的硬度和狭窄焊缝的处对
理具有一定的效果，是可以制造质量上乘零件这的保证．

常见内高压成形工艺过程及特点

常见内高压成形工艺过程及特点付舒【摘要】Automobile lightweight was one of the current trend in automobile industry. The internal high pressure forming, as one of important methods, has developed fast in recent years. The technology's processes and advantages were discussed.%汽车轻量化是当前汽车工业的发展方向之一.内高压成形技术作为汽车轻量化的重要途径之一,近几年得到了快速发展,本文就内高压成形工艺过程及特点做了一定的探讨.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2011(030)019【总页数】1页(P53-53)【关键词】内高压成形;汽车;工艺过程;特点【作者】付舒【作者单位】辽宁科技大学,鞍山114051;山东交通职业学院,潍坊261206【正文语种】中文【中图分类】U4660 引言伴随着汽车工业的发展，汽车轻量化已成了汽车产业发展中的关键性研究课题之一。

汽车轻量化的主要途径之一是对于承受以扭转或弯曲载荷为主的构件，以实心结构代替空心结构。

内高压成形技术就是一种加工空心构件的先进工艺方法，适合制造空心变截面轻量化构件，既可以减轻重量节约材料又可以充分利用材料的强度和刚度，在汽车工业中的应用日益广泛。

1 内高压成形原理及工艺过程1.1 内高压成形原理以管材作为坯料，通过管材内部施加超高压液体和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需零件。

以金属管材为毛坯，在专用模具与设备上利用液体介质在管坯内部产生超高压,成形工作压力通常为200～400MPa，最高1000MPa。

在施加高内压的同时，轴向活塞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[1]。

内高压成形

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2. 成形分类
③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。
内高压成形概述
图3 排气系统三元催化内高压管
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
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。
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4. 缺陷形式
起皱：轴向力过大，将产生压缩失稳，即起皱。
皱纹
有益皱纹：可以展平的皱纹
有益皱纹不是缺陷，反而可以作为一种预成形的手段。
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。
变径管内高压成形技术
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2. 发展趋势
内高压成形特点及发展趋势
①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。
② 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。
③ 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。
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5. 成形区间及加载路线
C起皱区
变径管内高压成形技术
D成形区
A弹性区
图4 轴向应力和内压之间关系示意图
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B开裂区
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5. 成形区间及加载路线
σz：轴向应力； σθ：环向应力； λ= σz/ σθ ：加载比例参数 η：缺陷因子； Fcr：临界屈曲轴向压应力
变径管内高压成形技术
0 ＜ λ ＜ 1： λ ↑， Fcr ↑ λ ＞1 ： λ ↑， Fcr ↓ 这说明λ= 1.0是一个分水岭值，即无论缺陷因子如何影响，按照λ = 1.0这个比例加载关系进行加载是最理想的加载路径。

6. 汽车轻量化的九大关键工艺

汽车轻量化的九大关键工艺！文章来源：材加网一、激光拼焊（TWB）及不扥厚度轧制板（VRB）1.激光拼焊技术激光拼焊是将不同厚度、不同材质、不同强度、不同冲压性能和不同表面处理状况的板坯拼焊在一起，再进行冲压成形的一种制造技术。

德国大众最早于1985年将激光拼焊用于汽车。

北美于1993年也大量应用激光拼焊技术。

目前，几乎所有的著名汽车制造商都采用了激光拼焊技术。

采用拼焊板制造的结构件有身侧框架、车门内板、风挡玻璃框架／前风挡框、轮罩板、地板、中间支柱（Ｂ柱）等（见图1）。

最新统计表明，最新型的钢制车身结构中，50%采用了拼焊板制造。

图1 激光拼焊技术在车身上的应用实例激光拼焊技术在20世纪90年代末引入中国，一汽、上汽、长城、奇瑞、吉利等汽车公司在前纵梁、门内板和B柱加强板等都有应用。

宝钢已有23条激光拼焊生产线，年产2 200多万片板坯，占我国市场份额的70%以上，是世界第三、亚洲第一大激光拼焊板生产公司。

鞍钢也在与蒂森克虏伯合作，在长春等地建立激光焊接加工生产线。

2.不等厚度轧制板变厚板是轧钢机通过柔性轧制工艺生产的金属薄板，即在钢板轧制过程中，通过计算机实时控制和调整轧辊的间距，以获得沿轧制方向上按预先定制的厚度连续变化的板料。

图2显示了变厚板生产的工艺原理。

与TWB钢板相比，VRB 钢板仅可为同一种钢种，宽度也不能太宽，更适合制造梁类零部件。

图2 不等厚度轧制板生产原理德国Mubea公司有两条变厚板生产线，年产7万t。

板厚为0.7～3.5m m，原始板料的最高强度为800MP a级别。

目前，欧洲70余个车型使用变厚板或者变厚管产品。

奔驰C级车中通道加强板、前地板纵梁、后保险杠、后地板横梁等11个零件使用了VRB钢板。

我国宝钢和东北大学均开展了VRB钢板的研发和生产工作，目前具备了小批量供货的能力。

借助于强大的材料开发能力，宝钢形成了VRB零件的设计、材料开发、成形过程模拟、模具设计和产品质量评估的能力，并已试制成功前纵梁、仪表板支架、顶盖横梁等零件，同时也轧制成功了1 500MPa级别的非镀层和铝硅镀层的热冲压成形钢板，成功试制了热冲压成形VRB中通道零件。

管材内高压成形技术

目录第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2管材内高压成形基本原理 (1)1.3管材内高压成形的适用领域 (3)第二章管材内高压成形的影响因素 (4)2.1轴向应力的影响 (4)2.2内压力大小的影响 (4)2.3摩擦系数的影响 (5)2.4起皱的影响 (6)第三章管材内高压成形的设备关键技术 (7)第五章管材内高压成形的工程研发案例 (9)第六章管材内高压成形的展望 (11)第一章绪论1.1研究背景近年来，汽车轻量化是汽车制造业的重要发展趋势。

由于世界能源的紧张和环保问题的日趋严重，汽车工业面临着严峻的挑战：减轻汽车自身重量，提高行驶速度，降低能耗。

除了采用轻体材料以外，汽车轻量化的另一个主要途径是以“空代实”。

这就求促使人们不得不改进传统工艺，创造出适应新经济时代要求的新工艺。

通过合理的结构设计，许多零部件都能采用标准的管材，通过液压成形技术成形结构很复杂的单一整体结构件，代替承受弯曲和扭转载荷的构件，既节省了材料，又发挥了材料的最大效能。

在汽车工业中管材液压成形作为一个非常重要的成形技术已得到了广泛应用，主要用于生产汽车动力系统、排气系统、汽车底盘以及一些结构件。

汽车用排气管件大多为形状比较复杂、轴线有很大变化的零件。

传统成形工艺除铸造成形外，主要采用冲压两个半壳而后组焊成形，或采用管坯进行数控弯曲、扩管、缩管加工而后组焊成形。

这样制造的零件模具费用高、生产周期长、成本高，不适应当前汽车行业在减轻自重、降低成本、提高市场竞争力等方面的要求。

而采用内高压技术制造排气管件可以较精确地控制零件的尺寸精度，便于在后续工序中与其他零件进行装配，且能够进一步减轻系统重量，减少焊缝数量，内表面光滑，排气阻力小，使成形后的产品质量和寿命得到进一步提高。

1.2管材内高压成形基本原理内高压成形(Internal High Pressure Forming)是以管材作坯料，通过管材内部施加超高压液体和轴向进给补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需工件。

金属材料成型_3.5_内高压成型技术

图3-28 内高压成型原理
ON形有下料、弯管、预成型、液压成型、切割等五道主要工序组成，根据零件结构要素和精度的不同，工序会有增减。
下料，采用切管机按工艺要求切去要求的长度，同时在管端去除毛刺，避免影响后工序密封。
采用3轴数控预成型机，预成型是内高压成型工序中比较关键的工序，它的作用是提前对胚件材料进行材料分配和阻尼设置，使内高压成形工序顺利得到满足液压成形工序需要的胚件。
7）创新性∶克服传统制程限制，应用于新产品设计开发。。
图3-30 变截面高强度管
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内高压成型典型应用
内高压成形适用于制造航空、航天、汽车行业的沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异型截面空心构件。
图3-31 内高压成型在汽车轻量化应用
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内高压成型重点企业
近年来保隆科技通过学习国内外内高压设备成熟技术，并结合长期从事内高压成形生产经验，自主开发了具有独特创新亮点的3000吨双工位双增压内高压成形机，已经投入批量生产使用效果达到设计预期。
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图3-32 中国内高压成型产线增长情况
兴迪源机械自2010年开始组建超高压液力成形技术团队，突破了成形压力100MPa-250MPa的技术难关，研发出“内高压成型设备”并投入用户生产现场。至今，公司已是创立超过10年的实力企业，已掌握了成形压力为500MPa的技术，并吨、成形压力达500MPa以内的各种规格的内高压成型液压设备数十台套，技术研发成果在国内同行的民营企业中达到优异水平。
5）提高强度、刚性及疲劳强度∶成形过程中液体具冷却作用，使工件被"冷作强化"，获得比一般冲压加工更高的工件强度。以散热器支架为例，垂直方向提高39%∶水平方向提高50%。

内高压成型设备的形变机理与成型工艺分析

内高压成型设备的形变机理与成型工艺分析内高压成型设备是一种常用于金属成型的工艺装备，通过在金属材料内部施加高压力，使其发生塑性变形，从而实现物体的成型。

本文将对内高压成型设备的形变机理与成型工艺进行分析，以便更好地理解和应用这种成型方法。

首先，我们来了解一下内高压成型设备的形变机理。

内高压成型通过施加高压力使金属材料产生塑性变形，这是由于金属材料的塑性本质决定的。

金属材料具有可塑性，即在一定条件下能够发生形状和尺寸的可逆变化。

在内高压成型过程中，金属材料受到高压力的作用，原子间的力发生改变，使得原子间的晶格结构发生塑性变形。

通过改变内部晶格的形态，金属材料得以在内部形成所需的形状，并通过外力的作用而保持该形状。

内高压成型设备的成型工艺包括以下几个关键步骤：模具设计、填充材料选择、压力控制和冷却处理。

首先是模具设计。

模具是内高压成型的重要组成部分，直接决定了成型产品的形状和尺寸。

模具应具备高压承受能力和良好的密封性，以保证金属材料能够在其内部形成所需形状。

在模具设计过程中，需要考虑到成型产品的结构特点，合理安排模具的形状和尺寸，以提高成型的效率和质量。

填充材料的选择也是一个重要的环节。

填充材料在内高压成型中起到填充模具空腔的作用，其性能将直接影响成型产品的质量。

常用的填充材料有铝、铜、镁等金属材料。

在选择填充材料时，需要考虑其塑性和热导性能，以满足成型工艺的要求。

压力控制是内高压成型的核心环节。

在成型过程中，施加的压力应适中，过大会导致金属材料的脆性断裂，过小则无法形成所需形状。

压力控制的关键在于找到一个合适的平衡点，既能保证形状的准确性，又能避免成型材料的失效。

随着设备技术的不断发展，自动化压力控制系统的应用也越来越广泛，有效提高了成型的精度和稳定性。

最后是冷却处理。

在内高压成型后，成型产品需要进行冷却处理，以保持其所需的形状和性能。

冷却处理可以通过自然冷却或加速冷却的方式进行。

自然冷却时间较长，但成型产品的性能稳定性较好；而加速冷却可以通过水冷或风冷等方式进行，可以缩短冷却时间，但易导致成型产品的内部应力较大，需要进行进一步的应力消除处理。

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内高压成形是一项于20世纪70年代首次用于批量生产的技术。

内高压成形起初主要应用于非汽车领域，如为卫生洁具部门制造铜的管接头。

在20世纪90年代初，汽车工业开始对这种方法感兴趣。

首批零件大多数仅限于排气系统。

用Y形管接头取代较重的铸造件。

汽车底盘零件，接着是形状复杂的发动机架无需再制成两半结构，而是可以用内高压成形整体制造。

这种方法的的巨大潜力，如减轻重量和更有利的生产成本（因加工步骤较少），很快引起更广泛领域的兴趣，如应用到汽车底盘和结构上。

此外，内高压成形在设计组件的制造方面开辟了新的前景，如车顶栏杆或家俱行业的门把手。

舒勒与其客户密切合作，研发所有这些零件，以及所需的制造系统。

汽车工业用的完美成形
目前，汽车工业是内高压成形批量生产的主要用户。

内高压成形为这一领域开辟全新的生产途径，并提供各种各样新的应用可能性。

我们正与我们的客户紧密合作并研发排气、车架/底盘、结构件，发动机和设计组件等等。

内高压成形可用于各种各样尺寸的零件
管接头的制造是内高压成形的许多应用之一。

舒勒早在20世纪80年代就已经为钢质管接头和铜质管接头的制造设计出和提供了第一台压力机。

现今，舒勒的内高压成形生产线即能用在小到几毫米的管接头的生产上，如用于暖卫及安装技术，也能用于石化工业的，直径大到600mm的管接头。

各种规格的铜质管接头（零件规格: 材质: 钢，精炼钢，铜; 直径: 12 –324 （600）
mm; 壁厚: 1.0 - 20 （30）mm）
内高压成形多年来已经广泛应用于排气零件的制造，其中绝大部分涉及极其复杂的形状。

与用传统方法生产的同样零件相比，用内高压成形零件的显著特点是：使用寿命更长、重量较轻、材料的使用成本-效益比更高，开发时间更短。

在强调高效能的今天，这些特点尤为重要。

由数个单个内高压成形件组成的排气系统
(零件规格: 材质: 1.4301 / 1.4828 / 1.4893 / 1.4509 / 1.4512; 直径: 25 –60 mm; 壁厚: 1.0 - 2.5 mm; 初始管长: 250 –1250 mm)
内高压成形降低了对材料的要求
在车架部件的制造领域，内高压成形技术也确保降低对材料的需求，从而降低成本。

例如：前轴组件用常规方法制造，要将6 –8个钣金件焊接在一起。

用内高压成形，单个部件数可大幅降低至大约只要2个或3个零件。

这样就使模具成本更低，并且降低了生产成本，因为无需多次定位和焊接作业。

内高压成形制造车架部件的另一个决定性优点是，精度高，制造过程中最重要的就是重复精度。

从管子到成品的内高压成形步骤: 折弯，用内高压成形技术进行机械预成形, 校定, 穿孔（零件规格: 材质: StW 22, St34, St37; 直径: 65mm; 壁厚: 2.1mm; 初始管
长: 2,600mm）
优化碰撞特性：用于底盘和车身的内高压成形件
用内高压成形方法生产的零件因其优化了碰撞特性而著称。

它们重量更轻，但同时刚性更强、更结实。

这些优点是越来越多的生产商采用内高压成形技术生产底盘和车身零件的原因。

例如，也采用内高压成形技术生产用于越野车/运动型多用途车和轻型卡车的底盘。

就汽车车身而言，内高压成形方法主要用于车架的制造。

例如，仅在美国，内高压成形零件，如车架，的市场每年有几百万件的增长。

与传统工艺相比，内高压成形的优点还在于，例如，能够制造A，B，C和D型支柱，车顶框架和横向轨道。

引擎部件的内高压成形
多年来，内高压成形产品已经在汽车引擎零件领域形成了一个标准。

例如，铝制的涡轮增压器管，在拥有更轻的重量的同时，还可获得更高的强度以及最佳流量特性。

此外，数个汽车零件可直接包括在内高压成形加工中，这样就允许将较轻的基本结构件与复杂的和高应力功能元件结合在一起。

内高压成形提供了强有力的视觉魅力
除了生产汽车工业所需的功能件和结构件外，内高压成形在外饰件的设计和制造方面也起着日益重要的作用。

在这种情况下，内高压成形使整体生产复杂形状的零件成为可能，即无焊缝。

结果在可比生产成本情况下，明显提高整体的视觉印象。

例如一些德国高档车型的车顶栏杆，其中包括奥迪，或戴姆勒克莱斯勒。

由两件用内高压成形件组成的防倾杆（零件规格: 材质: 1.4301; 直径: 38 mm; 壁厚: 2.0 mm; 初始管长: 1,700 –2,500 mm）
非汽车行业的各种零部件
舒勒除向汽车工业提供内高压成形和热成形（热膨胀空气技术）解决方案外，也向非汽车行业提供这种解决方案。

第一批零件，如T型接头和弯头，在20世纪80年代提供给管接头行业。

现今有许多卫生洁具行业、家具行业和自行车行业的公司成为舒勒的客户。

他们运用舒勒的内高压成形工艺生产把手、接头和各种各样的设计件。

(end)。