管件内高压成形技术
液力传动与流体机械在航空航天中的典型应用 ppt
四.飞机液压系统的组成
飞机液压系统是指飞机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行 机构完成特定操纵动作的整套装置。为保证液压系统工作可靠 ，特别是提高飞行操纵系统的液压动力源的可靠性，现代飞机 上大多装有两套(或多套)相互独立的液压系统。它们分别称为 公用液压系统和助力（操纵）液压系统。公用液压系统用于起 落架、襟翼和减速板的收放，前轮转弯操纵，驱动风挡雨刷和 燃油泵的液压马达等；同时还用于驱动部分副翼、升降舵（或 全动平尾）和方向舵的助力器。助力液压系统仅用于驱动上述 飞行操纵系统的助力器和阻尼舵机等，助力液压系统本身也可 包含两套独立的液压系统。为进一步提高液压系统的可靠性， 系统中还并联有应急电动油泵和风动泵，当飞机发动机发生故 障使液压系统失去能源时，可由应急电动油泵或伸出应急风动 泵使液压系统继续工作。
四.飞机液压系统的组成
四.飞机液压系统的组成
液压系统通常由以下部分组成：①供压部分：包括主油泵、应 急油泵和蓄能器等，主油泵装在飞机发动机的传动机匣上，由发 动机带动。蓄能器用于保持整个系统工作平稳。②执行部分：包 括作动筒、液压马达和助力器等。通过它们将油液的压力能转换 为机械能。③控制部分：用于控制系统中的油液流量、压力和执 行元件的运动方向，包括压力阀、流量阀、方向阀和伺服阀等。 ④辅助部分：保证系统正常工作的环境条件，指示工作状态所需 的元件，包括油箱、导管、油滤、压力表和散热器等。 液压系统具有以下优点：单位功率重量小、系统传输效率高、 安装简便灵活、惯性小、动态响应快、控制速度范围宽、油液本 身有润滑作用、运动机件不易磨损。它的缺点是油液容易渗漏、 不耐燃烧、操纵信号不易综合。它的缺点是油液容易渗漏、不耐 燃烧、操纵信号不易综合。与其他机械（如机床、船舶）的液压 系统相比，飞机液压系统的特点是动作速度快、工作温度和工作 压力高。
不规则四边形截面管件内高压成形数值模拟
式 以 及 有 限元 模 拟 方 面 做 了 大 量 工 作 ，系 统 阐述 了 内高压成 形过 程及 其过 程参数 控制 的基 本原 理 。俄 亥 俄 州 立 大 学 Ｔ Ａｈ ｎ教 授 等 嘲 利 用 有 限 元 模 拟 方 ． ａ 人 法 确 定 了不 同管状 结 构 件 液 压 成 形 的最 佳 加 载 路 径 。Ｈｗａ ｇ等 ㈣对 方 截 面 管 的 成 形 过 程 进 行 了分 析 。 ｎ
程 是 ， 先 将 管坯 放 入 下模 ， 合 模 具 ， 后 把 管 坯 首 闭 然
北 美 、 、 等 国 迅 速 得 到 推 广 ［７ 德 国 Ｐ ｄ ｒ ｏｎ 日 韩 ６１ －。 ａ ｅｂ ｒ
大 学 最 早 对 内 高 压 成 形 技 术 进 行 系 统 研 究 ，． Ｆ Ｄｏ ｍａ ｎ教 授 【 内 高 压 成 形 过 程 影 响 因 素 、 效 形 ｈ ｎ ８ 】 在 失
在航 空 、 天 和汽 车工业 等领 域 ， 轻结 构质 量 航 减 以节 约 运 行 中 的能 量 是 人 们 长 期 追 求 的 目标 ，也 是 现 代 先 进 制 造 技 术 发 展 的 趋 势 之 一 。结 构 轻 量 化 有 两条 主要 途径 ： 是 材料 途径 ， 是 结构 途径 。内高 一 二 压成 形 就是从 结构 途径 实现结 构轻 量化 的重 要方 法
为 研 究 对 象 ，对 其 内 高 压 成 形 过 程 进 行 了三 维 数 值 模 拟 研 究 ， 系 统 分 析 了 内 压 和 轴 向进 给 对 成 形 件 的 成形 形状 、 充 填情 况及 壁厚 减薄 的影 响规律 ， 对 角 并
破 裂 和 起 皱 缺 陷 产 生 的原 因进 行 了分 析 。
国内 ， 尔滨 工业 大学 的苑世 剑教 授对几 类零 件 （ 哈 如
内高压成形
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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
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]。
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。
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。
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。
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600-1000MPa
铁素体不锈钢 429 309
铝合金
汽车产品 6000系铝合金
航空航天产品 5000系铝合金
780MPa级别低合金高强钢管 控制臂
钛合金
纯Ti
TC4
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内高压成形材料
连续制管
制管工艺
ERW电阻焊管 DOM 拉拔管
激光焊管 无缝钢管
非连续制管
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液压成形技术是制造工艺轻量化重要的手段之一。
制造工艺轻量化
激光拼焊技术
实心零件 空心零件
等截面零件 变截面零件
热成形技术
液压成形技术
等厚度零件
封闭结构零件
变厚度零件
焊接封闭的半壳件
2021/4/16
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内高压成形技术的研发背景
液压成形种类
液压成形
管材液压成形
内高压成形技术
Internal High Pressure Forming，IHF
内高压成形技术在汽车上主要应用：
➢ 底盘系统 ➢ 车身结构系统 ➢ 传动轴 ➢ 排气系统 ➢ 座椅内饰系统
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内高压成形技术应用的范围
VW 4轮驱动 后桥总成
3个内高压零件代替 7个冲压零件
强度提高60%
焊缝减少80%
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内高压成形技术应用的范围
美国 Vari-Form 公司
内高压成形技术的优点
➢ 提高强度与刚度，尤其是疲劳强度
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14
内高压成形技术的种类和特点
内高压成形技术的优点
➢ 材料利用率高，内高压技 术最高达到95%-98%
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去除材料非常少，材料率用率高
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内高压成形技术的种类和特点
2021/4/16
16
内高压成形技术应用的范围
2021/4/16
8
内高压成形技术的种类和特点
内高压成形工艺过程
2021/4/16
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内高压成形技术工艺参数
起皱
弯曲
破裂
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内高压成形技术的种类和特点
内高压成形技术的特点
➢ 整体成形轴线是二维或者三维曲线的异形截面空心零件，从管材 的初始圆截面可以成形为矩形、梯形、椭圆形或者其他异型的封 闭截面。
板材液压成形
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壳体液压成形
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内高压成形技术的种类和特点
内高压成形的定义
根据VDI 3146的定义*1：
以金属管材为毛坯，借助专用设备向密封的管腔内注入液体 介质，使其产生高压，在压力的作用下，管坯材料发生塑性 变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到与模具型腔形状相 同的零件。
*1.Source: VDI Richtlinie 3146, Blatt 1
200%，油耗降低8%10%
16-20吨卡车减重1吨，油耗降 低6%-7%
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内高压成形技术的研发背景
汽车轻量化的途径 汽车轻量化是当今世界汽车创新工程的技术发展方向
结构设计轻量化
汽车轻量化技术
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内高压成形技术的研发背景
北美典型车型将有50%的冲压焊接零件由内高压成形零件代替
2021/4/16
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内高压成形技术应用的范围
Volvo 铝合金底盘车架
2021/4/16
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内高压成形技术应用的范围
Porche Boxter 座椅支架
2021/4/16
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内高压成形技术应用的范围
BMW 3系列敞篷车 A柱
2021/4/16
➢ 欧洲各类内高压汽车结构件年需求量在85万吨左右。
1，000，000 800，000 600，000
60万
72万
2000
2001
北美各类内高压汽车结构件年需求量
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83万
2002
96万
产量 产值（美元）
110万
2003
2004
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内高压成形技术的发展趋势
内高压成形技术的发展趋势
超高压成形 国外工业生产中使用的增压器最高压力一 般为400MPa，为了适应更复杂的结构形状和精度、更大壁 厚和高强度材料（超高强度钢、钛合金和高温合金），需要 更高的压力，将高压发展到600MPa，甚至于1000MPa。
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内高压成形技术应用的现状
国外内高压成形装备情况
➢ 最高压力：400MPa ➢ 轿车零件：5000-6000吨 ➢ 卡车零件：12000吨，台面
6m*2.5m ➢ 数控系统：32轴的伺服闭环控制 ➢ 效率：最快26S/件，按每天8小时，
年产副车架25万件
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汽车轻量化技术 ——管件内高压成形技术
目录
内高压成形技术的介绍 内高压成形技术的发展和趋势 内高压成形技术的应用开发 准备开展的工作
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2
内高压成形技术的研发背景
随着对环境保护和能源利用的认识不断深化，要求汽车向 低能耗高动力的方向发展，节能减排成为汽车制造者追求 的目标，并且推动汽车技术向轻量化技术前进。
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内高压成形技术的种类和特点
内高压成形技术的优点
➢ 减轻质量，节约材料
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内高压成形技术的优点
➢ 减少零件数量，保证高精度，降低生产成本
常规装配体 8个半壳体 8条焊缝
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内高压成形技术
1个内高压成形件 1个冲压片体 2条焊缝
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内高压成形技术的种类和特点
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内高压成形技术应用的范围
排气管
一次成形所有支管 相互连通
奥氏体不锈钢 铁素体耐热不锈钢
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内高压成形技术应用的范围
传动轴内高压胀接
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内高压成形材料
材料种类
低碳钢 低合金高强钢
抗拉强度： 300-450MPa
不锈钢
奥氏体不锈钢 304
1Cr18Ni9Ti
内高压成形技术应用的现状
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内高压成形技术应用的现状
内高压成形技术应用的市场
➢ 目前全球共有237条生产线，其中欧洲有115条，大部分安装在 德国。
➢ 从行业上看，汽车行业占有其中的161条。
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内高压成形技术应用的现状
内高压成形汽车零件需求
➢ 北美各类内高压汽车结构件年需求量100万吨以上，2004年已经 达到107.8万吨，产值20亿美元/年
内高压成形技术应用的现状
在国外对内高压成形技术开展研究和应用的国家主 要是德国、美国和日本。
在德国，对内高压成形技术开展研究和应用的高校 主要有帕德博恩大学和斯图加特大学。
开展设备和零件研制的公司有SCHLUER公司、SPS 公司和AP&T公司。
全球应用内高压成形技术大批量制造零件的企业有 ：ThyssenKrupp公司、Benteler公司、Vari-Form 公司。