液压成形
橡皮液压成形
A
凸模
B 带压边圈的凸模
橡皮成形模具形式
• 凹模（图 C）。带有大圆角的深冲件的最合适模具是凹模。因为凹模 比凸模有更大的拉伸区。凹模能使板料受压区更好的贴附凹模表面。 • 胀形凹模（图 D）。胀形凹模的功用是把预成形的板料胀形进入模腔 内。这种模具应由几部分组成以便于能够拆开，使成形件能取出。
C
橡皮液压成形
橡皮液压成形
• 橡皮成形是利用橡皮囊作为弹性 凹模（或凸模），用液体作为传 压介质，使金属板料随刚性凸模 （或凹模）成形的一种软模凸模 （或凹模）成形方法。其中使板 料沿着模具成形的部分就是橡皮 囊，另外约束板料成形的一部分 就是刚性模。
图 1 橡皮囊液压机
橡皮成形研究和应用现状
• 橡皮囊成形属于液压成形，该成形方法是从管件液压成形推广而来，提出橡 皮成形最早的一份专利是在 1872 年。是用一块厚橡皮盖在模具和毛料之上 ，用一般压床对橡皮加压使零件成形。这种自由橡皮成形的方法有很多的缺 点：橡皮外流，压力小，分布不均匀，橡皮寿命短。 1938 年美国人盖林提出把一叠厚橡皮装在一个金属容框内进行橡皮成形的 专利。 1955 年美国人惠龙提出一个实现 1949 年提出的原理的新机床方案。 1963 年, 为了减轻成形机框架的重量和增强液室的强度,采用钢带缠绕增强 技术。
橡皮成形应用
• 汽车方面，顶盖、挡泥板、行李箱 盖板、车门、1/4 面板、防风支架、 发动机支架、排气罩、减震器托架、 赛车前轮罩、前增强板、摩托车油 箱。
• 飞机方面：现在在国外的现代化飞 机制造厂, 通过橡皮囊液压成形的 零件已达飞机钣金零件总数的50%以 上, 国内也占到 35%~40%, 且有进 一步增多的趋势。由于飞机钣金零 件一般为单件小批量生产, 因此需 要的成形模具数量很大, 以 L15 飞 机为例, 共有橡皮囊液压成形模 619 项, 占其钣金制造工装的 51.4%。
液压成型
图1 空心异形截面零件引言液压成形技术同冲压，焊接等传统的成形技术相比，是一门新型的金属成形技术。
为了解决汽车，航空航天等领域的一些复杂的工艺问题和技术要求，从20世纪50年代起，德、美、日等国科学家在相关领域内先后提出了内高压成形技术和板料液压成形技术。
1985年我国科学家王仲仁教授发明了球形容器无模液压成形技术，提出了壳体液压成形技术。
近几年，依托于计算机控制技术和高压液压系统的发展，液压成形技术迅速发展。
目前，很多复杂结构的零件都可以通过该技术批量地加工生产。
一、液压成形技术的概述1.1 液压成形的定义和分类液压成形也称为液力成形是指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。
按使用的液体介质不同，液压成形分为水压成型和油压成型；按使用的配料不同，液压成形分为管材液压成形，板料液压成形和壳体液压成形。
板料和壳体液压成形使用的成形压力较低，而管材液压成形使用的压力较高，又称为内高压成形，本文中称管材液压成形为内高压成形。
1.2 液压成形的特点现代液压成形技术的主要特点表现在两个方面：①液压成形技术仅需要凸模和凹模中的一个，或者不使用任何模具，这样可以省去一半，甚至不需要花费制造模具的费用和加工时间，而且液体作为凸模可以成形很多刚性凸模无法成形的复杂零件。
②液体作为传力介质具有实时可控性，通过液压闭环伺服系统和计算机控制系统可以按给定的曲线精确控制压力，确保工艺参数在设定的数值内，并且随时间可变可调，大大提高了工艺柔性。
二、内高压成形技术2.1 内高压成形技术的原理及分类内高压成形技术是用管材作为原材，通过对官腔内施加液体压力及在轴向施加负荷作用，使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成形技术。
内高压成形技术主要可以整体成型轴线为二维或三维曲线的异形截面空心零件，从材料的初始圆截面可以成形为矩形，梯形，椭圆形或其他异形的封闭界面，如图1所示。
波纹管液压成形原理及工艺方法
波纹管液压成形的原理是，将高压液体（如水或液压油）注入预制的管坯中，使管坯在模具中膨胀，然后压缩，管材发生塑性变形，最终得到成形的波纹管。
这种成形方式可以确保管壁减薄量适中，因为液压在管壁上的作用是均匀的。
波纹管液压成形的工艺方法可以分为以下步骤：
1. 按照设计尺寸截取管坯，将管坯放置在下半模上，并闭合上、下半模，左右冲头延伸至管坯的两个端口中形成密闭的空腔，同时向管坯内注入液体。
2. 增大管坯内部液体压力，高压液体均匀作用于模腔，左右冲头固定，利用液体压力和模腔的约束形成初波。
3. 在初波成形完成后，施加轴向压力使模具进给，直至贴合，将初波挤进模腔，之后进一步增大管坯内部液体压力，使得管壁与模腔贴合并固定波形。
4. 成形完成后先卸内压力，再卸载轴向推力，分开上下模具，冲头退出，取出波纹管管件。
按照管坯上波纹成形的顺序是否连贯，波纹管液压成形技术可以分为整体式成形和连续式成形。
其中整体成形是管坯在模具中加载一次，就可以成形管件上所有的波纹，而连续成形是指每次成形一个波纹，依次成形管坯上设计的所有波纹。
请注意，具体的工艺参数和操作细节可能会因波纹管的材料、尺寸和设计要求等因素而有所不同。
因此，在实际生产过程中，需要根据具体情况进行调整和优化。
机械产品介绍
近20年来，旋压成形技术突飞猛进，高精度数控和录返旋压机不断出现并迅速推广应用，目前正向着系列化和标准化方向发展。
在许多国家，如美国、俄罗斯、德国、日本和加拿大等国己生产出先进的标准化程度很高的旋压设备，这些旋压设备己基本定型，旋压工艺稳定，产品多种多样，应用范围日益广泛。
了解该产品之前我先来了解一下，液压成形工艺和旋压成形工艺，然后做出一个对比。
一、液压技术液压成形技术就是采用水、油或其它液体介质传递压力,使坯料在液体介质压力作用下紧贴刚性凸模或凹模成形。
与传统板材成形相比,板材液压成形技术的工艺难度大,设备结构复杂。
在国外,液压成形通常有专用的液压成形设备,但其价格昂贵,超过国内很多厂家的购买力。
二、旋压成形工艺介绍旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。
板料旋压成型通用于等断面制件的大批量生产。
由于使用多对辊轮的连续成型，可以滚制出许多壁薄、质轻、刚度大而且断面形状复杂的制件型材。
加上顺序旋压过程中可以与起状、卷筒、等多种工艺装置连动，形成流水作业，故生产效率极高，成本低廉，是现代加工制品中广泛应用和大力推广的特种工艺加工方法。
如自行车钢圈的生产，自来水管的生产，塑料龙骨的生产，波汶板的生产以及国外广为应用的不锈钢窗框的生产基本原理金属旋压技术的基本原理相似于古代的制陶生产技术。
旋压成型的零件一般为回转体筒形件或碟形件，旋压件毛坯通常为厚壁筒形件或圆形板料。
旋压机的原理与结构类似于金属切削车床。
在车床大拖板的位置，设计成带有有轴向运动动力的旋轮架，固定在旋轮架上的旋轮可作径向移动；与主轴同轴联接的是一芯模(轴)，旋压毛坯套在芯模(轴)上；旋轮通过与套在芯模(轴)上的毛坯接触产生的摩擦力反向被动旋转；与此同时，旋轮架在轴向大推力油缸的作用下，作轴向运动。
液压成形工艺
优点：
原始管坯为低碳钢,管坯的外径 为69. 9mm ,厚度为2. 0mm 工艺过程包括弯曲、液力成形、 冲裁和切边等 左右零件同时用液力成形的方法 生产,然后在下道工序中切开
一、基本情况－－成形原理
管件液压成形原理 1 2
合模
充填介质
3
4
液压胀形 轴向进给
脱模
一、基本情况－－工艺流程
光管
分管
弯曲
切割
液压胀型
预成形
一、基本情况－－主要设备
生产线主要设备：
• • • • • • • • •
CNC弯管机 预成形机及模具 润滑系统 液压成形机及模具 零件端面切割、孔加工及检测 清洗和烘干系统 输送单元 主控系统 测量装置
通用汽车的纵梁
原始管件外径为152. 4mm , 壁厚为2. 0mm , 长度为4876. 8mm 过去采用的方法是采用14 个冲压件焊接或铆接在一起而成 的。现采用液力成形件降低了造价,减轻了重量,并且空间结 构尺寸愈加紧凑
资料来源：管件内高压成型及其在汽车工业中的应用现状
二、应用领域
汽车车身框架
二、应用领域
车身 仪表盘支架 散热器支架 座椅架 车顶侧围横梁 车顶纵梁 底盘 发动机支架 梯形臂 副车架 前后桥 转向系 控制臂 转向柱 从动连杆 其它 排气管 凸轮轴 曲轴
二、应用领域
副车架
此件所采用管件外径为69. 9mm ,壁厚为2. 5mm 传统冲压焊接工艺成形需6 个零件,而液压成形 仅需要一个零件,重量节省了34 %
液压成形
液压成形摘要：液压成形是一种先进的塑性成形技术，是利用液体介质代替凸模或凹模，靠液体介质的压力使材料成形的一种加工工艺。
液压成形技术不但能成形复杂零件还能够提高零件质量减少成形工序降低加工成本特别适合于小批量零件的加工生产。
关键字：管件液压成形. 液压胀形. 板材液压成形.1概述现代工业产品由大批量向多品种和中小批量方向发展。
对于批量小、尺寸多变的复杂形状板材零件，采用传统冲压方法成形时，模具设计、制造与调试需要消耗大量的人力、物力与时间，很难适应现代化发展的需要。
这就迫切需要研究一种新的柔性生产方法，达到既降低成本又缩短制造周期的目的。
液压成形技术正是在这种背景下提出来的液压成形是一种先进的塑性成形技术，是利用液体介质代替凸模或凹模，靠液体介质的压力使材料成形的一种加工工艺。
它能够改善工件内部应力状态，提高板料的成形极限，成形形状复杂的零件，且成形件质量好、精度高、回弹小，具有传统拉深无法比拟的优越性。
液压成形技术不但能成形复杂零件还能够提高零件质量减少成形工序降低加工成本特别适合于小批量零件的加工生产。
液压成形技术早在20世纪40 年代就被用于汽车制造业。
如果按照加工过程的特点,可以分为管件液压成形技术、板料液压成形技术等2 管材液压成形2.1管材液压成形的历史及原理管材液压成形起源于19世纪末, 当时主要用于管件的弯曲。
由于相关技术的限制, 在以后相当长一段时间内, 管材液压成形只局限于实验室研究阶段, 在工业上并未得到广泛应用。
但随着计算机控制技术的发展和高液压技术的出现,管材液压成形开始得到大力发展。
上世纪90年代, 伴随着汽车工业的发展以及对汽车轻量化、高质量和环保的要求, 管材液压成形受到人们重视, 并得到广泛应用。
管件液压成形是以金属管材为毛坯，借助专用设备向密封的管坯内注入液体介质，使其产生高压，同时还在管坯的两端施加轴向推力，进行补料，在两种外力的作用下，管坯材料塑性变形，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原理如图1 所示图1 管件液压成形原理示意图当零件轴线不是直线模腔分模面处截面小于管坯截面时，需进行弯管冲压等预工艺，以便管坯能顺利置入模腔中，如有必要，在液压成形之前还需进行退火处理2.2管材液压成形优点：与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压成形工艺具有以下优点:(1 ) 减轻零件质量，节约材料; (2 ) 提高零件的强度和刚度，特别是疲劳强度; ( 3) 减少零件数量节约模具成本；(4) 零件整体成形，可减少后续机械加工和组装焊接量，简化生产流程，提高生产效率; (5) 提高加工精度，减少装配误差积累，可提高产品质量; (6)降低生产成本; (7) 结构形状设计更趋灵活优化。
超高压管材液压成形控制系统的研制
２１ ０ １年 ６ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴ１ ０Ｎ
ＮＯ ３ ．
Ｊｎ ｕ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ １ ０ — ０ ０ ０ １７ —４ ３ ２ １ ）３ ０９ ． ３
高达 １０ ０ＭＰ ） 使金 属管坯 变 形成 为具 有 三维 形状 ０ ａ 零 件 的现 代塑 性加工 技术 ，属 于液力成 形的 范畴。 国际上能够 提供 管材液 压成形 成套 技术 与设 备 的 制造 商 多 数 集 中在 欧 洲 ，其 中， 以 德 国 舒 勒 公 司 、 Ｓ Ｓ 司 和瑞 典 Ａ ＆ Ｐ 公 Ｐ Ｔ公 司为 主要 代表 … 。这些 公 司 的成套 液压成 形设 备价 格 昂贵 ，对 于一般 的实验研 究
计 。本 文 设 计 的 超 高 压 液 压 系统 主 要 用 于 管 材 液 压 成
水平 缸 的活塞 杆在 液压 油 的推动 下及 时进 给 ，直 至在 端 口处建 立新 的受 力平 衡 。两 端 冲头 的及 时进给 既保
（ ）整 形 阶段 ｃ
图 ｌ 液 压 成 形 原 理 图
作 者 简介 ：孟 艳 敏 （ ９ ７） 女 ， 宁 鞍 山 人 ， １６ － ， 辽 工程 师 ， 士 ， 硕 主要 研 究 方 向 ： 计算 机 控 制 与 自动 化 。
Байду номын сангаас
２１ ０ １年 第 ３期
盂 艳 敏 ， 等 ：超 高 压 管 材 液 压 成 形 控 制 系 统 的研 制
向 的 载 荷 进 行 补 料 。 在 两 种 外 力 的共 同 作 用 下 使 管 材
讲一讲将板材“玩弄”于模具之中的液压成形技术
讲一讲将板材“玩弄”于模具之中的液压成形技术中国航空制造厂的橡皮囊液压成形设备能加工出航空领域中最为常见的各种形式的蒙皮，再经过相应的加工工艺后就可以满足飞机的不同部位的特殊要求，下图左一是焊接后的成型S形进气道蒙皮焊接件，右一为马鞍形蒙皮。
液压成形技术同冲压，焊接等传统的成形技术相比，是一门新型的金属成形技术。
为了解决航空航天,汽车等领域的一些复杂的工艺问题和技术要求，从20世纪50年代起，德、美、日等国科学家在相关领域内先后提出了内高压成形技术和板料液压成形技术。
1985年我国科学家王仲仁教授发明了球形容器无模液压成形技术，提出了壳体液压成形技术。
近几年，依托于计算机控制技术和高压液压系统的发展，液压成形技术迅速发展。
目前，很多复杂结构的零件都可以通过该技术批量地加工生产。
液压成形技术的发展历史液压成形开始于十九世纪末期，当时主要用于管件的成形，由于相关技术的限制在相当长一段时间内，管材液压成形只局限与实验室研究阶段，在工业上没有得到广泛应用。
板材液压成形由管件液压成形引申而来，最初出现的是橡皮膜液压成形。
美国、德国和日本相继于五、六十年代开发出了橡皮囊液压成形技术。
日本学者保日春男首先对此进行了改进，开发出了对向液压拉深技术。
随后欧、没等国家也相继开展这方面的工艺研究及设备的开发工作。
1967年，德国SMG公司提出液压机械拉深技术。
板材液压成形技术在九十年代后得到人们的重视和大力研究。
九十年代后，制造业迅猛发展，零件的形状日趋复杂，加之有大量采用铝、镁等质量较轻、但塑性较差的新材料，使得人们将注意力转向了板材液压成形技术。
到了九十年代后期，德国有关学者提出了一种板材成形新工艺--板材成对液压成形。
相对于国外来说，国内对于液压成形的研究较晚。
上世纪九十年代后，国内众多高校开始对液压成形进行研究，例如哈尔滨工业大学、燕山大学、华南理工大学、上海交通大学等分别对液压成形进行了理论分析和实验研究，总结了很多液压成形的数据和经验，但是对板材成对液压成形的研究相对较少，处于最初的探索阶段。
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充液拉伸：在凹模中充满了液体，利用凸模（带动板料） 进入凹模时所建立的反向液压而成形的方法。 特点： 1.由于反向液压的作用，使板料与凸模紧紧贴合，所以拉 伸件内测精度提高；同时，由于产生“摩擦保持效果”， 缓 和了板料在凸模圆角处的径向应力，提高了传力区的承载 能力； 2.在凹模圆角处，板料不直接与凹模接触，而是与液体接 触，所以此处无摩擦应力； 3.由于反向液压的作用，使板料的变形处于压应力值较高 的应力状态，提高了变形能力； 4.成形过程中，凹模圆角半径由大变小，降低材料通过凹 模圆角时的弯曲变形阻力，提高了成形性能。 5.零件表面不易划伤；
5）简单圆凹模成形复杂件 如对内表面要求很高的灯罩，以往采用旋压法加工只能 是抛物面、锥面等轴对称件，采用充液拉伸法可加工异型 面。此外，适合加工航空领域用零部件、汽车零部件等 充液拉伸新工艺 1）带径向液压的充液拉伸法 板周多了径向压力，降低传力区负荷，从而增加了变形 程度，同时双面润滑液有利于提高变形程度。 2）外周带液压的充液反拉伸 该法拉伸超深筒形件极为有效。 3）充液变薄拉伸 分为反向、正向及双向变薄拉伸。 4）充液内孔翻边 此方法可以直接得到很高的竖边。
液压胀形 用液体取代凸模在凹模内成形，用于大中型零 件的胀形。胀形时的液体压力可按下式计算： 对于管状零件： 2t0 p= σ D 式中：
p − 液压力；t0 − 壁厚；D − 管件内径；σ − 变形抗力。 对于球形件： 2t0 σ p= R 式中：R − 球的半径。
几种典型的液压胀形工艺 1.T形管液压胀形 通常用于管接头的制作，当胀出高度较大时，应在 管轴向加推力，以提高变形程度。 2.波纹管液压胀形 用可移动半环模，原始节距可按零件母线的展开长 度初步估算。 3.薄壁封头类零件液压胀形 4.球形容器整体无模胀形 传统方法是先成形、后焊接，新方法是先焊接、后 胀形。
3.拉伸 以聚氨酯（放在容框内）作为凹模（或凸模），仅制 作一刚性凸模便可进行拉伸。限于压边情况，只适用于 浅拉伸。一些专用聚氨酯成形设备可用于复杂件、深拉 伸件，其拉伸变形程度高于普通拉伸，类似于充液拉伸 时的效果。 4.胀形 胀形是聚氨酯成形的典型工艺之一，虽然胀形时的内 压力不如液压均匀，但其工装简单方便，故广泛用于小 件生产中。 通常先将聚氨酯做成零件的大致形状，然后通过刚性 凸模压缩聚氨酯，使坯料变形。
聚氨酯成形 利用聚氨酯在加压时所表现出来的高粘性流体性质，把 它作为凸模或凹模的板料成形方式。 聚氨酯取代传统天然橡胶，其优点在于： 1）硬度高，弹性大，但使用状态及形状对其压缩应力、 应变曲线影响较大； 2）抗拉强度与负荷能力强； 3）抗疲劳性好，耐油性与抗老化性高，寿命长； 4）容易机械加工。 聚氨酯成形工艺 1.冲裁 冲孔料厚小于1.5mm时，断面比较光洁；料厚大于1.5mm 时，断面粗糙。与金属模冲裁相比，塌角虽大，但几乎无 毛刺。一般孔间距不小于10~20倍料厚，与板边距取10倍 料厚或大于孔径之半。也可实现管件侧壁冲孔。
4）凹模圆角半径：数值越大，成形极限越高；但当其值 较小时，易与凹模圆角形成密封，使液压升高。 5）凸模圆角半径：数值越大，成形极限越高，但达到某 一值时，继续增大对成形极限无影响。 充液拉伸工艺 1）筒形件的充液拉伸 采用不锈钢材料，一次可拉伸的拉伸比高达3.36，而普 通拉伸为2.31，减少了拉伸道次或直接一次成型。 2）凸模圆角为零的筒形件充液拉伸 SPCC板材用充液拉伸法成功地拉伸成清角筒件，其拉伸 比可达2.4左右。 3）锥形件拉伸 可一次性拉伸铝、不锈钢等材料的圆锥形、方锥形件。 4）带反向预胀形的成形 此法可提高成形深度，而且壁厚均匀，已成功拉伸出深 锥形件。
最小冲孔直径Dmin（mm）与聚氨酯压力p（Pa）、料 τ 厚t0（mm）及材料抗剪或抗拉强度 τ 、 有关，可用下式 σ 估算：
b
Dmin
4×10 t0σ b = p
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.弯曲 用聚氨酯作凹模的V形弯曲，板料始终承受背压，弯曲 件几乎没有回弹和翘曲，避免划伤和冲击痕迹。 弯曲时，凸模宽度不能超过聚氨酯橡胶模垫宽度的75﹪， 聚氨酯橡胶模垫的高度要大于压入深度的3倍。 弯边时，为避免压力不足，应保证最小边宽。 当聚氨酯压力p≤30Mpa时，铝合金（LY12）最小边宽可 取为b≥ 1.6mm+2.5t0；不锈钢可取b≥ 5mm+4.5t0.
缺点： 1）设备比普通冲床复杂、昂贵，使用、维护、保养比较 困难； 2）由于充液需要时间，故生产率较低。 适用范围：生产批量不大、质量要求较高的深筒件、锥 形、抛物线形等复杂曲面零件及盒形件的成形。 影响充液拉伸的因素： 影响充液拉伸的因素： 1）加压方式：自由增压与强制增压； 2）压边力：起皱、拉裂；充液拉伸时的压边力过小时，也 会产生断裂，因为摩擦效果不足。压边力过高，可导致一 些软材料在凹模圆角处反向胀裂。一般取刚性压边圈与凹 模面之间的间隙为1.1倍的料厚左右； 3）溢流阀所调定的压力p：随着液压力调高，成形极限增 大；但压力过高时，易在凹模圆角处产生反向胀裂，同 时，从经济角度来说不合理。