内高压成形
基于DYNAFORM的内高压成形中预成形工艺改进
基于DYNAFORM的内高压成形中预成形工艺改进I. 引言A. 研究背景B. 研究目的C. 研究意义II. DYNAFORM的内高压成形技术A. DYNAFORM内高压成形的理论基础B. DYNAFORM内高压成形工艺流程C. DYNAFORM内高压成形工艺缺陷分析III. 预成形工艺在内高压成形中的应用A. 预成形工艺概述B. 预成形工艺在内高压成形中的应用优势C. 实验验证IV. DYNAFORM内高压成形中预成形工艺改进A. 现有工艺存在的问题B. 针对问题的改进方案设计C. 改进方案的实验验证V. 结论与展望A. 实验结果分析B. 成形件性能分析C. 研究开展的意义和价值VI. 参考文献第一章：引言A. 研究背景随着工业技术的不断发展，各种先进的成形工艺被广泛应用于制造业中，其中内高压成形是一种高效、高精度的成形工艺。
内高压成形过程中，通过在管道内注入高压流体，使成形的金属件受到内部的均匀压力，从而获得高精度的成形效果。
然而，内高压成形过程中也存在一些缺陷，如管道膨胀、成形件的壁厚变化不均等问题。
因此，预成形工艺成为解决这些问题的一种有效方法。
B. 研究目的本论文旨在研究预成形工艺在DYNAFORM内高压成形中的应用和改进。
首先，回顾DYNAFORM内高压成形技术的理论基础和工艺流程，分析其中存在的问题与缺陷。
其次，探讨预成形工艺在内高压成形中的应用优势，并进行实验验证。
最后，针对现有工艺存在的问题，提出改进方案，并进行实验验证，为进一步推广DYNAFORM内高压成形工艺提供技术支持和参考。
C. 研究意义本论文的研究对于深入了解DYNAFORM内高压成形技术和预成形工艺的应用和改进具有重要意义。
内高压成形作为一种高效、高精度的成形技术，在制造业中具有广泛的应用前景。
通过本论文对预成形工艺的研究和应用，不仅可以充分发挥其在内高压成形中的优势，同时为进一步推广内高压成形技术提供了有效的技术支持和参考。
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]。
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
THREE
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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
FOUR
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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。
THANKS
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%。
内高压成型工艺
内高压成型工艺内高压成型工艺是一种常见的塑料成型工艺，通过将高温高压的流体塑料注入模具中，使其在模具内形成所需的形状，然后冷却固化，最后取出成品。
内高压成型工艺具有成型速度快、成型精度高、产品表面光滑等优点，被广泛应用于汽车、家电、电子、建筑等领域。
内高压成型工艺的核心是模具的设计和制造。
模具是内高压成型的关键工具，在成型过程中起到承载和塑形的作用。
模具的设计需要考虑产品的形状、尺寸、材料特性等因素，以确保成型后的产品符合要求。
同时，模具的制造需要采用高精度加工设备和工艺，以保证模具的精度和寿命。
在内高压成型过程中，首先需要将塑料料粒加热至熔融状态，形成熔体。
然后，将熔体注入模具中，通过模具的形状和结构使熔体充满整个模腔。
在注入过程中，需要控制注射速度和压力，以确保熔体填充充分且均匀。
注入完成后，需要保持一定的压力，使熔体在模具内冷却和固化。
最后，打开模具，取出成品。
内高压成型工艺可以实现复杂形状和细节的成型，因此被广泛应用于汽车行业。
例如，汽车车身的内饰件、仪表盘、门板等都可以通过内高压成型工艺来制造。
内高压成型可以保证产品的精度和强度，同时具有良好的外观质量，满足汽车对外观和功能的要求。
除了汽车行业，内高压成型工艺还在其他领域有着广泛的应用。
在家电行业，空调壳体、洗衣机外壳等产品都可以使用内高压成型工艺来制造。
在电子领域，电视机外壳、电脑外壳等产品也可以通过内高压成型来实现。
在建筑领域，一些装饰材料、管道等也可以采用内高压成型工艺来生产。
内高压成型工艺相对于其他成型工艺具有一定的优势。
首先，成型速度快，可以大大提高生产效率。
其次，成型精度高，可以生产出尺寸精确的产品。
此外，内高压成型工艺还可以生产出表面光滑、质量稳定的产品，满足市场对产品质量的要求。
内高压成型工艺是一种重要的塑料成型工艺，具有广泛的应用前景。
通过不断改进工艺和技术，可以进一步提高成型效率和产品质量，满足市场对高品质产品的需求。
内高压成形开裂问题的影响因素研究
１
前言
胀形 开 裂及 零 件 质量 （ 厚分 布 均匀 、 形 高 度 、 壁 胀 材 料贴 模性 ） 较大影 响 ， 以准确 编制加 载 路径 至关 有 所
重 要 。加 载 路 径 种 类 有 ：
随 着 汽 车 产 业 的 高 速 发 展 ，环 保 、节 能 、轻 质
皱一 撑胀 开 ” 的频 率 ， 管 材 交 替 处 于 “ 生 微 使 产
收稿 日期 ：０ ２ ０ — １ ２ １ － ３ ２ 作者简介 ： 国桥（９ ７ ， 助工 ， 宋 １ ８一） 男， 从事 内高压成形技术研究
曲一 微 小 皱 曲 被 胀 开 ” 两 种 状 态 。 形 效 果 比 的 成 加载 路径 更佳 。 种 “ 小皱 曲” 有益 皱 曲。 这 微 是 但
等 成 为新 课 题 。 至 ２ ０世 纪 ９ ０年 代 ， 美 国 和 德 国
等 工 业 发 达 国 家 ，研 究 应 用 液 压 胀 形 ５ 艺 生 产 汽 车 １ ２ 零 件 ，如 副 车 架 、纵 梁 、散 热 器 支 架 等 。 其 优 点 是 材 料 利 用 率 高 、 加 工 工 序 少 、制 件 强 度 刚 度 高 、 质
材 料 属 性 是 内 高压 成 形 技 术 最 基 础 的理 论 依 据 ， 定 了 产 品 的成 形 极 限 。 主 要 参 数 有 ： 决
① 硬 化 指 数 ｎ。 当 ｎ值 大 时 ， 材 料 的 变 形 较 均
匀 ， 相 同的 条－ 在 ｒ ｅ下 ， 形 性 能 大 于 凡值 － 成 ＇ 材料。 ｂ的
⑤ 屈 强 比 ， 当 ｒ值 大 时 ， 料 塑 性 越 低 ， 相 ｒ 。 材 在
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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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。
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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，获得最终零件
极大提高成形极限，膨胀率由10%提高 到35%
变径管内高压成形技术
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4. 缺陷形式
变径管内高压成形技术
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。
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：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：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，则主要采用结构减重的途径。
变径管内高压成形技术
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
合模压力机 模具 水平缸
驱动冲头 ，实现管 端密封和 轴向进给
增压器，为成形提供高压
为增压器和水平缸提供动力
按设定曲线对管件进 行加载
提供 管内 液体
高 压 计算机 源 控制系统
液压系统
水压系统
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2. 成形设备—内高压成形压力机
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0 目录
一、内高压成形概述
二、变径管内高压成形技术
三、内高压成形特点及发展趋势
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1. 工艺过程
填充阶段
下料→合模→充液排气→密封
成形阶段
加压胀形→轴向补料
整形阶段
提高压力→圆角贴模
变径管内高压成形技术
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2. 成形设备—内高压成形压力机
变径管内高压成形技术
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2. 成形设备—内高压成形压力机
闭合模具
退回冲头
开模
施加合模力
去合模力
合模压力机
变径管内高压成形技术
程工 作 过
充填加压介质
卸压
模具 水平缸
管端密封
增压整形
高 压 计算机 源 控制系统
液压系统
水压系统
按加载曲线施加内压和轴向进给
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3. 工艺参数
①初始屈服压力Ps
管材开始发生塑性变形时所需要的内压
②整形压力Pc
用于成形截面过渡圆角，并保证尺寸精度
④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。
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内高压成形技术
张**
材料成型及控制工程1班
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一、内高压成形概述 二、变径管内高压成形技术 三、内高压成形特点及发展趋势
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0 目录 一、内高压成形概述
二、变径管内高压成形技术 三、内高压成形特点及发展趋势
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0. 引言
内高压成形概述
➢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
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1. 内高压成形定义
内高压成形概述
内高压成形即管材液压成形（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 。
表1 三种液压成形技术的比较
所用坯料
传力介质
成形压力
壳体液压成形
壳体
纯水
50MPa
板料液压成形
板料
液压油
100MPa
图5 加载比例参数λ和缺陷因子η与临界轴向压应力关系
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0 目录
一、内高压成形概述 二、变径管内高压成形技术
三、内高压成形特点及发展趋势
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1. 特点
内高压成形特点及发展趋势
优点： ① 减轻质量，节约材料； ② 减少零件和模具数量，降低模具费用； ③ 可减少后续机械加工和组装焊接量。
缺点： ① 内压高，需要大吨位液压机作为合模压力机； ② 高压源及闭环实时控制系统复杂，造价高； ③ 零件研发试制费用高。
管材液压成形
管材
乳化液
400MPa
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2. 成形分类
内高压成形概述
① 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2 整体三通管
图1 轿车副车架内高压件
②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 。
③轴向进给力Fa
实现轴向补料
④合模力Fc
使模具闭合不产生缝隙
⑤补料量△l
减少成形区壁厚减薄，并提高膨胀率
变径管内高压成形技术
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4. 缺陷形式
屈曲
起皱
变径管内高压成形技术
开裂
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4. 缺陷形式
变径管内高压成形技术
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。