管件液压柔性成形技术及其在汽车制造领域的应用_产品创新数字化(PLM)_综合_524.doc

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1、管件液压柔性成形技术及其在汽车制造领域的应用_产品创新数字化(PLM)_综合   前言：   进入90年代，由于燃料和原材料成本的原因及环保法规对废气排放的严格限制，使汽车结构的轻量化显得日益重要。除了采用轻体材料外如铝合金和镁合金等，减轻重量的另一个重要的途径就是在结构上采用以空代实和变截面等结构件，即对于承受以弯曲或扭转载荷为主的构件，采用空心结构既可以减轻重量、节约材料，又可以充分利用材料的强度和刚度。管件的液压柔性成形正是在这样的背景下开发出来的一种制造空心轻体构件的先进制造技术。此项技术在德国、美国等发达国家

2、已得到广泛的研究和应用，尤其是在汽车领域的应用，主要用来生产排气系统零件、底盘、框架结构和凸轮轴等，其成形内压力一般为200到400Mpa，对于较特殊的零件，其成形内压力有时可以达到1000Mpa，这根据所加工材料的屈服强度、塑性、管厚和要求的胀形量以及零件的最终形状要求（如圆角半径、胀形量、允许减薄量等）而定。本文就此项技术的原理及在汽车领域的应用展开论述。   1管件液压柔性成形技术原理及其分类   液压柔性成形原理是通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形，如图1所示。其基本工艺过程为：首先将管坯1

3、放在下模2内，然后闭合上模3，将管的两端用水平冲头4和5密封，并使管坯内充满液体，在加压胀形的过程中，两端的冲头同时向内推进补料，这样在内压和轴力的联合作用下使管坯贴靠模具而成形为所需的工件。图1有轴向进给的管件内高压成形   在汽车零件的加工中，根据有无轴向进给，可以把管件液压柔性成形分为两类，一类为有轴向进给，如图1所示，主要用来成形壁厚均匀或较大成形量的零件；另一类为无轴向进给，主要用来零件的整形和多个零件的胀接如中空凸轮轴的生产等，对于轴线为曲线的零件，还需要把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形,如图2所示。

4、图2无轴向进给的管件液压柔性成形   2管件液压柔性成形优点及应用范围   用管材液压柔性成形可以一次成形出沿着构件的轴线截面不同的复杂零件，这是管材液压柔性成形的主要优点。另外，与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压柔性成形的主要优点还有以下几个方面。   （1）减轻重量节约材料。对于图3空心轴类可以减轻40~50%，节约材料可达75%。汽车上部分采用冲压工艺与管材液压柔性成形的产品结构重量对比如表1。机加工管材液压柔性成形图3阶梯轴表1汽车上部分冲压件与管材液压柔性成形件的重量对比   （2）减少零件和模具数量，降低模

5、具费用。液压柔性成形件通常仅需要一套模具，而冲压件大多需要多套模具。副车架的组成零件由6个减少到1个；散热器支架的组成零件由17个减少到10个。   （3）可减少后续机械加工和组装焊接量。以散热器支架为例，散热面积增加43%，焊点由174个减少到20个，装备工序由13道减少到6道，生产率提高66%；   （4）提高强度与刚度，尤其疲劳强度。仍以散热器支架强度为例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。   （5）降低生产成本。根据德国某公司对已应用零件统计分析，管材液压柔性件比冲压件平均降低15~20%，模具费用降低

6、20~30%。   （6）成形零件的精度提高。成形零件的尺寸精度从原来的IT14提高到IT10。管材液压柔性成形适用于制造航空、航天和汽车领域的各种异形的空心构件，在汽车领域，德国处于世界研究的最前沿。德国于70年代末开始管材液压柔性成形基础研究，并于90年代初率先开始在工业生产中采用管材液压柔性成形技术制造汽车轻体构件。德国奔驰汽车公司（DAIMLERBENZ）于1993年建立其管材液压柔性成形车间,宝马公司(BMW)已在其几个车型上应用了管材液压柔性成形的零件。目前在汽车上应用有：排气系统；底盘构件；车身框架、座椅

7、框架及散热器支架；凸轮轴等。以下就针对这些方面进行论述。    3管材液压柔性成形技术在汽车排气系统上的应用   管材液压柔性成形技术过去主要用来研究生产一些简单的零件如直壁枝杈管等，距今已有30年的历史。现今汽车的零件生产主要是一些枝杈管，但与过去生产的直壁枝杈管有所不同，形状和成形工艺要更为复杂一些。图4为典型的排气系统三通管。在管材液压柔性成形过程中可以较精确地控制零件的尺寸精度，故可以很方便地在后续工序中与其它零件进行装配。如今，这些工件已在奔驰公司批量生产，用来取代传统的铸造生产或用两个半壳焊在一起的生产方式

8、。与传统的生产工艺相比，利用管材液压柔性成形的方式节约了70%的生产时间，与铸造生产方式相比，大约节约了40%的重量。图4用于汽车排气系统的Y形三通管件(SPS)   图5是汽车上采用的一种接触反应转换器，由一对圆锥体形成。利用管材液压柔性技术成形后，再从中间剖开，从而形成两个零件。利用管材液压柔性成形技术可以获得100%的膨胀量