内高压成形技术与装备
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内高压成形
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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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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
精选可编辑ppt9 Nhomakorabea2. 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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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。
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。
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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2. 成形设备—内高压成形压力机
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
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]。
需要关注的汽车先进制造技术
有 １ ０ 内 高 压 成 形 生 产 线 ，年 产 约 ２ ０ 万 件 内 ２条 ００
国外的 １ 。与 国外存在 整体 差距表现为 ：轻合金零部件 ／ ３ 品种少 、质量不能满 足使用要 求 ，更重 要的是我 国尚未 开发 出轻 合金近净 成形的专 用装备 ， 键技术和设 备均 关 需要 进 口，受制 于人 ，已成为制约 我国汽车制造技％～３ ％）。同时 ，我国２ １ 目 ３ ４ ００ 年有 可能成为世 界第一碳 排放 国，大 气变暖将威胁 到国 民经济和社会 发展 。发动 机的节能 环保 已是汽 车工业发
塑性成形技术生产的。在欧洲每辆轿车的轻合金用量己
超过 １０ ｇ ２ｋ ，占轿车 自重的１％，在 某些结构部位呈现出 ０ “ 以铝代钢 ”的趋势 。用 铝合金板 材代替钢板 制造汽车
覆盖件 已是 当前汽车行 业的重要 发展趋势之 一。但是 ， 此种 ５ ８ 铝合金板材 只有少数国外公司能批量生产 。 ０３ 在我 国 ，目前每 辆汽车轻 合金用量约 为国外先进水 平 的５ ％左右 ，而 铝合金精 密塑性成 形零件 更少 、只有 ０
展 的瓶 颈之一 。
高 压 件 ；北 美地 区 约 有 １ ０ 生 产 线 ，年 产 ３ ０ ０条 ６０ 万 件 内 高 压 件 ； 南 美 与 亚 洲 地 区 约 有 ２ 条 生 ３
产线 。
传统发动机的节能 环保制造装备
我 国汽车产量超 过 １０ 万辆后 ，节 能环保压 力越 来 ００ 越大 。 目前 ，我 国汽车的汽 油消费量 约 占汽油生产 量的
规 划将为４ ％。 ５
亿元 。预 计 国内近年 轿车 内高压 成形件 需求 约５０ ～ ０万 １０万件／ ，至少需要５ 条 （ ００ 年 ０ 台套 ）内高压成形 生产线 （ 装备 ）。整车厂 家 Ｅ前均对 内高压成形 装备有迫切 需 ｌ
国外的 １ 。与 国外存在 整体 差距表现为 ：轻合金零部件 ／ ３ 品种少 、质量不能满 足使用要 求 ，更重 要的是我 国尚未 开发 出轻 合金近净 成形的专 用装备 ， 键技术和设 备均 关 需要 进 口，受制 于人 ，已成为制约 我国汽车制造技％～３ ％）。同时 ，我国２ １ 目 ３ ４ ００ 年有 可能成为世 界第一碳 排放 国，大 气变暖将威胁 到国 民经济和社会 发展 。发动 机的节能 环保 已是汽 车工业发
塑性成形技术生产的。在欧洲每辆轿车的轻合金用量己
超过 １０ ｇ ２ｋ ，占轿车 自重的１％，在 某些结构部位呈现出 ０ “ 以铝代钢 ”的趋势 。用 铝合金板 材代替钢板 制造汽车
覆盖件 已是 当前汽车行 业的重要 发展趋势之 一。但是 ， 此种 ５ ８ 铝合金板材 只有少数国外公司能批量生产 。 ０３ 在我 国 ，目前每 辆汽车轻 合金用量约 为国外先进水 平 的５ ％左右 ，而 铝合金精 密塑性成 形零件 更少 、只有 ０
展 的瓶 颈之一 。
高 压 件 ；北 美地 区 约 有 １ ０ 生 产 线 ，年 产 ３ ０ ０条 ６０ 万 件 内 高 压 件 ； 南 美 与 亚 洲 地 区 约 有 ２ 条 生 ３
产线 。
传统发动机的节能 环保制造装备
我 国汽车产量超 过 １０ 万辆后 ，节 能环保压 力越 来 ００ 越大 。 目前 ，我 国汽车的汽 油消费量 约 占汽油生产 量的
规 划将为４ ％。 ５
亿元 。预 计 国内近年 轿车 内高压 成形件 需求 约５０ ～ ０万 １０万件／ ，至少需要５ 条 （ ００ 年 ０ 台套 ）内高压成形 生产线 （ 装备 ）。整车厂 家 Ｅ前均对 内高压成形 装备有迫切 需 ｌ
内高压成形产品设计与制造工艺
三个典型工况进行分析 ，校核控制臂体满足整车使 用要求 （ 控制臂体所选材料 厚度ｔ ＝ ３ ． ５ ｍｍ，屈服强 度 。 ＞４ ￣ ２ ０ ＭＰ ａ ），结果如图３ 、表１ 所示 。 曲半径越小 ，即 侧越薄 ， 侧越厚 ，ｔ ／ Ｄ值越小 ，
相 对厚 度 越 薄 ，管 材 、 侧 变化 同 上 。
动 ，以 满 足整 车使 用 要 求 。
整车分析模型 ， 将该臂体装配到 整车姿态 ，在满 载情况下设定转
向 、制 动 、加 速
图２ 控制臂总成
１ 、５ ＿ 牟 自 套总成 ２ ． 弹性板 ３ ． 转向节支架
４ ． 控制臂体
６ ＿ 连支架
７ ０：
参磊
棚工
Ｄ ｔ
其 实 圆角 半 径 不仅 和 材 料 的 性 能 有关 ，还 与 成 形过 程 中的 轴 向补 料 、模具 结 构 、工 艺 参数 有 关 。 理论状态 下 ， 取１ ． ５ ｔ ～３ ｆ 。本 控 制 臂 经 过 设 计 计
分析 ，检测控制臂与周边零部件的距离 ，理论要求
距 离 ≥５ ｍｍ。
形 、多边 形 和 不规 则截 面 ， 由于本 控 制 臂 主 要 由矩 形 和 椭 圆形 两 种 截 面 过 渡 连 接 而 成 ，故 以 矩 形 说
明。
（ ２ ）空 间校核
将控 制臂体装配到整 车模型
状 态 下 ，利 用 Ａ ＤＡＭ Ｓ 建 立 运 动模 型 ，通过 车 轮 上 跳／ 下 跳 极 限 时 和 车 轮 左／ 右转 极 限时 四种 工 况 进 行
２ ． 结构设计
结 构设 计 的 合 理性 直 接 决 定产 品的 可靠 性 和 经 济性 ，本控 制 臂 体主 要 通 过类 比法 、计 算 法 和试 验
相 对厚 度 越 薄 ，管 材 、 侧 变化 同 上 。
动 ，以 满 足整 车使 用 要 求 。
整车分析模型 ， 将该臂体装配到 整车姿态 ，在满 载情况下设定转
向 、制 动 、加 速
图２ 控制臂总成
１ 、５ ＿ 牟 自 套总成 ２ ． 弹性板 ３ ． 转向节支架
４ ． 控制臂体
６ ＿ 连支架
７ ０：
参磊
棚工
Ｄ ｔ
其 实 圆角 半 径 不仅 和 材 料 的 性 能 有关 ，还 与 成 形过 程 中的 轴 向补 料 、模具 结 构 、工 艺 参数 有 关 。 理论状态 下 ， 取１ ． ５ ｔ ～３ ｆ 。本 控 制 臂 经 过 设 计 计
分析 ，检测控制臂与周边零部件的距离 ，理论要求
距 离 ≥５ ｍｍ。
形 、多边 形 和 不规 则截 面 ， 由于本 控 制 臂 主 要 由矩 形 和 椭 圆形 两 种 截 面 过 渡 连 接 而 成 ，故 以 矩 形 说
明。
（ ２ ）空 间校核
将控 制臂体装配到整 车模型
状 态 下 ，利 用 Ａ ＤＡＭ Ｓ 建 立 运 动模 型 ，通过 车 轮 上 跳／ 下 跳 极 限 时 和 车 轮 左／ 右转 极 限时 四种 工 况 进 行
２ ． 结构设计
结 构设 计 的 合 理性 直 接 决 定产 品的 可靠 性 和 经 济性 ，本控 制 臂 体主 要 通 过类 比法 、计 算 法 和试 验
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。
内高压成形技术在汽车配气凸轮轴加工中的应用研究
Ｌ Ｕ Ｊｎ ｓ ｎ ， Ｅ Ｆ ｎ ｍｉｇ Ｋ Ｉ ｉｇｏ ｇ ＮＩ ｅ ｇ ｎ ， ＡＮＧ Ｚ ａ ， ＨＡＮＧ Ｇｕ ｎ ｐｎ ｈｎＺ ａ ｇ ｉｇ
（ ｆｃ ｆ ｅｅｒｈｏ ｈ ａｒｃｕ ｍ ｎ ＆ Ｏｆ ｅｏ Ｒ ｓａｃ ｎＵ ｒｐｅｉ ａｈｎｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈｎ ｃ ｕ ｑ ｉ ｅ ｔ ｉ ｓ ｏ ｐ
能更 好 的合金材 料 ， 以使 润 滑 油路 更 加 简捷 、 可 紧凑 ， 提 高配气 凸轮 轴 的耐磨 性能 。发 动机空 心凸轮轴 传统 制 造工艺 是采用 圆钢棒 料 、 造 毛坯或铸 造毛坯 ， 锻 其加
Ｄｅ ｓｔ ｎ ｉｙ
发动机 功率 密度 的 提 高 ， 求 配 气 凸轮 轴 的转 速 要 也要 相应提 高 ， 就要 求配气 凸轮轴 不仅要 质量 轻 、 这 润
流畅、 高效 。
滑 良好 ， 而且耐磨性要好。因此， 配气 凸轮轴的结构有 所 改进 ， 用耐磨 金属 和加工性 能 良好 的金 属组 合 、 采 中
Ｉ 罚 ： 辜 铷稳 籀 毫
Ｉ ｏｃＡｏ ａｆｔｎ Ｔｈ ｌｙ ｐｓ ｕ ｎａｕ ｇｅｎｏ Ｔ ｉ： ｔＭ ｕｃ ｉ ｃｏｇ ｒ
内高压 成形 技 术 在 汽车 配 气 凸轮 轴 加 工 中 的应用 研究
刘劲松 聂凤 明 康 战 张广平
（ 长春 设备 工艺研 究所超 精 密加 工技 术研 究室 ， 吉林 长 春 １０ １ ） ３０２ 摘 要： 针对汽 车发动 机的 配气 凸轮轴 ， 行高压 胀 紧组装成 型技术 研 究 ， 进 突破 组装 凸轮轴抗 扭性能提 高 、 相 位角控 制和 高压 密 封及压 力控制等 关键 技术 ， 决新 一 代发 动机 凸轮轴 润 滑和 耐磨 问题 ， 解 为发 动机 更加趋 于紧凑 化 、 量化 ， 轻 以及功 率密度 的进 一步提 高 。 提供 工艺 技术 支撑 。 关键词 ： 内高压成 形 配气 凸轮轴 高压 胀紧 功率 密度
（ ｆｃ ｆ ｅｅｒｈｏ ｈ ａｒｃｕ ｍ ｎ ＆ Ｏｆ ｅｏ Ｒ ｓａｃ ｎＵ ｒｐｅｉ ａｈｎｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈｎ ｃ ｕ ｑ ｉ ｅ ｔ ｉ ｓ ｏ ｐ
能更 好 的合金材 料 ， 以使 润 滑 油路 更 加 简捷 、 可 紧凑 ， 提 高配气 凸轮 轴 的耐磨 性能 。发 动机空 心凸轮轴 传统 制 造工艺 是采用 圆钢棒 料 、 造 毛坯或铸 造毛坯 ， 锻 其加
Ｄｅ ｓｔ ｎ ｉｙ
发动机 功率 密度 的 提 高 ， 求 配 气 凸轮 轴 的转 速 要 也要 相应提 高 ， 就要 求配气 凸轮轴 不仅要 质量 轻 、 这 润
流畅、 高效 。
滑 良好 ， 而且耐磨性要好。因此， 配气 凸轮轴的结构有 所 改进 ， 用耐磨 金属 和加工性 能 良好 的金 属组 合 、 采 中
Ｉ 罚 ： 辜 铷稳 籀 毫
Ｉ ｏｃＡｏ ａｆｔｎ Ｔｈ ｌｙ ｐｓ ｕ ｎａｕ ｇｅｎｏ Ｔ ｉ： ｔＭ ｕｃ ｉ ｃｏｇ ｒ
内高压 成形 技 术 在 汽车 配 气 凸轮 轴 加 工 中 的应用 研究
刘劲松 聂凤 明 康 战 张广平
（ 长春 设备 工艺研 究所超 精 密加 工技 术研 究室 ， 吉林 长 春 １０ １ ） ３０２ 摘 要： 针对汽 车发动 机的 配气 凸轮轴 ， 行高压 胀 紧组装成 型技术 研 究 ， 进 突破 组装 凸轮轴抗 扭性能提 高 、 相 位角控 制和 高压 密 封及压 力控制等 关键 技术 ， 决新 一 代发 动机 凸轮轴 润 滑和 耐磨 问题 ， 解 为发 动机 更加趋 于紧凑 化 、 量化 ， 轻 以及功 率密度 的进 一步提 高 。 提供 工艺 技术 支撑 。 关键词 ： 内高压成 形 配气 凸轮轴 高压 胀紧 功率 密度
轻量化技术助推汽车产业做大做强
来的材料 ”。汽车 轻量化材料的选择将从 本质上实现汽
车的轻量 化。 目前 ，用 于 汽 车 制 造 的 轻 量 化 材 料 主 要 分 两 大 类 ：一类是采 用高强度钢板 ，如双相 钢、相变诱导钢 、 孪生诱导钢等 。在 保证强度的 吲时 降低板 料厚度进而减 少车身的重量 ，主要 用于生产汽车外覆盖 件、白车身 、
同时 ，热处 理技 术 的进 步对 汽车性 能 、寿 命 、轻
量化 的改 善也有很大的 贡献 ，如渗碳 、碳氮共渗技术 、
低压 （ 真空） 技术 、高频热处理技 术以及 复合热处理 渗碳
等。
另外 ，汽 车轻 量 化材料 加 工技 术 的发展 推 动 了多
抓 住汽车锻件市场机遇 ”。拿发动机 、变速箱 、悬挂 系
悬挂件等 。
可减 少大 约５ ／ｍ。铝合金车轮 采用锻造整体成形 ，动 ｇｋ
平衡 只有 ～ｌｇ Ｏ ，同时还可大幅减轻 整车 自重和非 载簧
另一 类 是 轻 质 材 料 ， 如铝 合 金 、镁 合 金 、 钛 合
■ ■ ！兰笪曼 垫竺丝笪些 笪 ！ 塑 至
ｗｗｗ． ｅ ａ ｗｏ ｋｎ ９ ０ｃ ｒ ｍ ｔ ｌ ｒｉ ｇ１ ５ ．ｏ ｎ
量化 、高 质量化 、低 成本化 提供 了可靠 依据 。采用 镁 合金 制造 汽车零 部件 ，其轻 量化 效果更 胜于铝 ，镁是
所有 结构 材料 中最轻 的 金属 ，比钢 铁轻７ ％，比铝轻 ５
３ ％。镁 合金比强度高于铝合金和钢 ，比刚度接近铝合 ３ 金 和钢 ，能够承 受一 定的 负荷 ，具 有高 的抗 冲击性 ，
而且具 有 良好 的铸造性 和尺 寸稳 定性 ，容易加 工 ，废 品 率 低 ，从 而 降 低 生 产成 本 。且 具 有 良好 的 阻 尼 系 数 ，减 振量 大干 铝合金 和铸 铁 ，如用于座 椅 、轮 圈的 生产 ，提高 汽车 的安全 性和 舒适性 。除此 以外 ，铝 、 镁合金都是易于循环利用 的生产原料 。
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
3
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
4
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%。
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点焊 ，因此得到的不是封 闭的截面 ，如 图２ 所示 。而采用 内高压成形可加工沿构件轴线截 ａ 面形 状 和尺 寸 不 同的封 闭 空心 截 面零 件 ，如 图２ 所示 。 内高 ｂ 压 成形 工 艺具 有 如 下优 点 ：减 轻 重量 、节约 材料 ；减 少零 件
和 模具 数 量 ，降 低 模具 压成形机 由合模压 力机 、高压 源、水平缸 （ 水
（） 皱 ａ死 （ ）Ｉ ｂ 毛 边
平压 力机 ） 、液压 系统 、水压 系统和计算 机控制 系统 等 六部分组 成。哈 尔滨工业大学 将内高压成 形机分 为合模 压力机和 内高压 系统 两大部分 ，重点开发 了通用 内高 压
压成形机制造提供 了高效的解决方案 。 内高 压成 形 系统 的 核心 是 工业 控 制计 算 机 ，以 独 立 开 发 的内 高压 成 形控 制软 件采集 系统 反馈信 号 ，发
序完成。图５ 给出采用多步法数值模拟获得的各工序减 薄率分布情况。通过合理弯曲和预成形工序 ，有效控制
了变形均匀性 ，避免 了局部膨胀量导 致的开 裂缺陷 ，最
终成形 件如图６ 所示 。
出动作指令。控制软件的主界面如图７ 所示 ，可预设
内高 压成 形 加载 曲线 ，并按 照动 作顺 序 自动控 制 整 个 工艺循 环 。该 系统 最高 压力４ ０ ａ ０ ＭＰ ，压 力控制 精度 达 ０ ＭＰ ，位移控制精 度达 ０ ５ 。 图８ ． ａ ５ ． ｍｍ ０ Ｎ哈尔滨 工业 大
内高压成形弯曲轴线管件的缺陷主要有开裂、死皱
和 飞边 三种 （ 图３ ，常 见的 开裂 部位是 弯 曲段外 侧 见 ） （ 见图３ ），可通 过优化 弯曲工艺避 免过 度减薄 ，从而 ａ
避免 内高压成 形开裂 。死皱的主要 原因是预 成形截面 形 状和 内高压成 形模具分 模面设计 不合理 ，如 图４ 所示 ， ａ 模具截 面Ａ 段长度 小于预成形截 面长 度Ｌ， 。 ，必然在 该 处产 生死皱 。产生飞边 的主要原 因是预成形 截面形状 和
大量采用 ，对汽车轻量化制造起着重要作用 。
弯 曲轴线 异形截面 管件 内高压成形 工艺过程 包括弯 曲、预成形 、内高压成 形等主 要 工序 （ 见图１ ）。由于构件的轴线 为二维或三维 曲线 ，需要先经过 弯曲工序 ，将管材 弯曲
成和零件轴线相 同或相近的形状 。为了确保管材顺利放到模具 内，弯曲后一般要 进行 预成
争
（）内高压成形 Ｃ 图５ 底盘前梁内高压成形过程及减薄率分布
Ｉ Ｉ
（） 曲段开 裂 ａ弯
（） 皱 ｂ死
（） ｃ 飞边
图３ 三种缺陷
； ｉ
。
惜
同 黼＿— ． ＿ －—■ — —
． 圈髓 ． —． 圆 ．—— 。 —－
． ＿＿—－． 蕊 ＿——＿图６ ——
底盘前梁内高压成形件
减 少后 续 切 削加 工和 组 装焊 接
（） ａ 冲压件 ｝点焊
（） ｂ 内高压成形件
图 副车架结构形式比较 ２
代 零 部件
汽车零部 件先进加工技术
量 ；提 高 强 度与 刚度 ，尤其 是 疲劳 强 度 ；材料 利 用率
高 ，生产 成本低。
内高压成形工艺
１ ． 内高压 成形典型缺陷
形 ，然后再 通过 增压成形获得最终形状。
（） ａ 管材
（） ｂ 弯曲
图 １
（） ｃ 预成形
（ ）内高压成形 ｄ
２ ． 优点
内高压 成形技 术的主要 特点是 整体成形轴 线为 曲线的异形 截面空心 零件 。传统制造 工艺一 般为先冲压成形两个或两个以上半片再焊接成整体 ，为 了减少焊接变形 ，一般采用
内高压成形原理和优点
１ 理 ． 原 内高压成形 是以管 材作坯料 ，通过 管材 内部 施加高压 液体和轴 向补料把 管材压 入到 模具型腔使其成形为所需形状 工件 的技 术。根据 塑性 变形特 点 ，内高压成形件可分为变径
管、弯曲轴线异型截面管和多通管三类， 其中弯曲轴线异型截面管件在汽车底盘和车身中
（）预成形 ｂ （）弯曲 ａ
内高压成形模具 分模面 设计不 合理 ，造成管 材在模具 闭
合前被挤 出模腔形 成飞边 ，如 图４ 所示 。其 他常见缺 陷 ｂ 还有 多边 形截面过 渡区和焊 缝热影 响区的开 裂等 。针对 上述缺 陷 ，哈 尔滨 工业大学 开发 了不同的预成形 工艺方 法 ，制 定 了模具设 计规范 ，在消除缺 陷的同时确 保 了零 件壁厚分布满足设 计要求。
成形系统 ，可配置于 任何类 型的合模压 力机上 ，为内高
图４ 死皱和飞边形成原因
２内高压 成形典型工艺 ．
为 了适应 空间需要 和承载要 求 ，底盘前 梁、副车 架 等零 件被设计 为空 间弯 曲轴 线的空 心变截面 构件 ，截 面 形状 以矩形为 主 ，且尺 寸沿零件轴 线变化 。某国外 品牌 轿车 底盘前梁需通 过弯 曲、预成形和 内高压成 形三个 工
■ 哈尔滨 工业大学伎Ｕ 钢
韩
聪
王， Ｊ 凇
苑 世剑
内高压成形技术与装备
在汽 车零部件 制造 中 ，对于承 受弯扭载荷 为主的 结构 ，采 用空心 变截面构 件 ，既可
减轻 质量 ，又可充分 利用材料强度 。国外主要车型均采用 内高压成形制造空心变截面轻量
化构件 ， 美年产均达５０余 万件 ，新 型轿车５ ％ 欧 ００ ０ 结构件 为内高压成形件。 内高压成形件 以空心替 代实心 、以变截面取代等截面 、以封 闭截面取代焊接截面 ，比焊接件减轻 １％～ ５ ３％，并大幅提高刚度和疲劳强度 ，是轻量化结构制造技术的实质性进步。 ０
琨 代 零 部件
２Ｈ ０ ｇ劳， ３ 旃 ５
ＷＷＷ， ｍｃ１ ５０ｃ ｍ ９ ．ｏ
学为 国内某汽 车零 部件
企业开发 的５ ０ ｋ ５ ０ ０ Ｎ多
－Ｈ 十奄 嚷 口
团 蕾蕊 睡 ●； ｌ ■ － ｌ■ ｆ
Ｍ
轴数 控 内高压 成形机 ， 最高工作压力４ ０ ａ ０ ＭＰ ， 用于 轿车 副车 架等 大型 内高 压成 形件 的批量 生
和 模具 数 量 ，降 低 模具 压成形机 由合模压 力机 、高压 源、水平缸 （ 水
（） 皱 ａ死 （ ）Ｉ ｂ 毛 边
平压 力机 ） 、液压 系统 、水压 系统和计算 机控制 系统 等 六部分组 成。哈 尔滨工业大学 将内高压成 形机分 为合模 压力机和 内高压 系统 两大部分 ，重点开发 了通用 内高 压
压成形机制造提供 了高效的解决方案 。 内高 压成 形 系统 的 核心 是 工业 控 制计 算 机 ，以 独 立 开 发 的内 高压 成 形控 制软 件采集 系统 反馈信 号 ，发
序完成。图５ 给出采用多步法数值模拟获得的各工序减 薄率分布情况。通过合理弯曲和预成形工序 ，有效控制
了变形均匀性 ，避免 了局部膨胀量导 致的开 裂缺陷 ，最
终成形 件如图６ 所示 。
出动作指令。控制软件的主界面如图７ 所示 ，可预设
内高 压成 形 加载 曲线 ，并按 照动 作顺 序 自动控 制 整 个 工艺循 环 。该 系统 最高 压力４ ０ ａ ０ ＭＰ ，压 力控制 精度 达 ０ ＭＰ ，位移控制精 度达 ０ ５ 。 图８ ． ａ ５ ． ｍｍ ０ Ｎ哈尔滨 工业 大
内高压成形弯曲轴线管件的缺陷主要有开裂、死皱
和 飞边 三种 （ 图３ ，常 见的 开裂 部位是 弯 曲段外 侧 见 ） （ 见图３ ），可通 过优化 弯曲工艺避 免过 度减薄 ，从而 ａ
避免 内高压成 形开裂 。死皱的主要 原因是预 成形截面 形 状和 内高压成 形模具分 模面设计 不合理 ，如 图４ 所示 ， ａ 模具截 面Ａ 段长度 小于预成形截 面长 度Ｌ， 。 ，必然在 该 处产 生死皱 。产生飞边 的主要原 因是预成形 截面形状 和
大量采用 ，对汽车轻量化制造起着重要作用 。
弯 曲轴线 异形截面 管件 内高压成形 工艺过程 包括弯 曲、预成形 、内高压成 形等主 要 工序 （ 见图１ ）。由于构件的轴线 为二维或三维 曲线 ，需要先经过 弯曲工序 ，将管材 弯曲
成和零件轴线相 同或相近的形状 。为了确保管材顺利放到模具 内，弯曲后一般要 进行 预成
争
（）内高压成形 Ｃ 图５ 底盘前梁内高压成形过程及减薄率分布
Ｉ Ｉ
（） 曲段开 裂 ａ弯
（） 皱 ｂ死
（） ｃ 飞边
图３ 三种缺陷
； ｉ
。
惜
同 黼＿— ． ＿ －—■ — —
． 圈髓 ． —． 圆 ．—— 。 —－
． ＿＿—－． 蕊 ＿——＿图６ ——
底盘前梁内高压成形件
减 少后 续 切 削加 工和 组 装焊 接
（） ａ 冲压件 ｝点焊
（） ｂ 内高压成形件
图 副车架结构形式比较 ２
代 零 部件
汽车零部 件先进加工技术
量 ；提 高 强 度与 刚度 ，尤其 是 疲劳 强 度 ；材料 利 用率
高 ，生产 成本低。
内高压成形工艺
１ ． 内高压 成形典型缺陷
形 ，然后再 通过 增压成形获得最终形状。
（） ａ 管材
（） ｂ 弯曲
图 １
（） ｃ 预成形
（ ）内高压成形 ｄ
２ ． 优点
内高压 成形技 术的主要 特点是 整体成形轴 线为 曲线的异形 截面空心 零件 。传统制造 工艺一 般为先冲压成形两个或两个以上半片再焊接成整体 ，为 了减少焊接变形 ，一般采用
内高压成形原理和优点
１ 理 ． 原 内高压成形 是以管 材作坯料 ，通过 管材 内部 施加高压 液体和轴 向补料把 管材压 入到 模具型腔使其成形为所需形状 工件 的技 术。根据 塑性 变形特 点 ，内高压成形件可分为变径
管、弯曲轴线异型截面管和多通管三类， 其中弯曲轴线异型截面管件在汽车底盘和车身中
（）预成形 ｂ （）弯曲 ａ
内高压成形模具 分模面 设计不 合理 ，造成管 材在模具 闭
合前被挤 出模腔形 成飞边 ，如 图４ 所示 。其 他常见缺 陷 ｂ 还有 多边 形截面过 渡区和焊 缝热影 响区的开 裂等 。针对 上述缺 陷 ，哈 尔滨 工业大学 开发 了不同的预成形 工艺方 法 ，制 定 了模具设 计规范 ，在消除缺 陷的同时确 保 了零 件壁厚分布满足设 计要求。
成形系统 ，可配置于 任何类 型的合模压 力机上 ，为内高
图４ 死皱和飞边形成原因
２内高压 成形典型工艺 ．
为 了适应 空间需要 和承载要 求 ，底盘前 梁、副车 架 等零 件被设计 为空 间弯 曲轴 线的空 心变截面 构件 ，截 面 形状 以矩形为 主 ，且尺 寸沿零件轴 线变化 。某国外 品牌 轿车 底盘前梁需通 过弯 曲、预成形和 内高压成 形三个 工
■ 哈尔滨 工业大学伎Ｕ 钢
韩
聪
王， Ｊ 凇
苑 世剑
内高压成形技术与装备
在汽 车零部件 制造 中 ，对于承 受弯扭载荷 为主的 结构 ，采 用空心 变截面构 件 ，既可
减轻 质量 ，又可充分 利用材料强度 。国外主要车型均采用 内高压成形制造空心变截面轻量
化构件 ， 美年产均达５０余 万件 ，新 型轿车５ ％ 欧 ００ ０ 结构件 为内高压成形件。 内高压成形件 以空心替 代实心 、以变截面取代等截面 、以封 闭截面取代焊接截面 ，比焊接件减轻 １％～ ５ ３％，并大幅提高刚度和疲劳强度 ，是轻量化结构制造技术的实质性进步。 ０
琨 代 零 部件
２Ｈ ０ ｇ劳， ３ 旃 ５
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轴数 控 内高压 成形机 ， 最高工作压力４ ０ ａ ０ ＭＰ ， 用于 轿车 副车 架等 大型 内高 压成 形件 的批量 生