板料液壓成形分為充液拉深成形液體凸模拉深技術(shù)。充液拉深是用液體介質(zhì)代替凹模,而液體凸模拉深是以液體介質(zhì)作為凸模。本文興迪源機(jī)械帶來(lái)板料液壓成形技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀詳解。

　　一、板料液壓成形技術(shù)的特點(diǎn)：

　　板料液壓成形分為充液拉深成形液體凸模拉深技術(shù)。充液拉深是用液體介質(zhì)代替凹模,而液體凸模拉深是以液體介質(zhì)作為凸模。

　　充液拉深主要優(yōu)點(diǎn)是提高成形極限和減少成形道次。

　　對(duì)于圖(a)所示錐形零件,采用普通拉深工藝需要6道次(圖(b))和6套模具,而且各道次之間還需要退火;而采用充液拉深工藝僅需要1道次,大大簡(jiǎn)化了工藝和節(jié)約模具費(fèi)用。

　　對(duì)于圓筒形件普通拉深1個(gè)道次最大拉深比為2,而充液拉深1個(gè)道次拉深比可達(dá)2.9,如圖(c)所示。

　　充液拉深與普通拉深的道次比較(a)充液拉深;(b)

　　圖(c)幾種工藝的拉深比

　　液體凸模拉深主要優(yōu)點(diǎn)是可以一道次成形深度較大的復(fù)雜型面零件,由于在成形的最后階段可以通過(guò)高壓液體(相當(dāng)于柔性凸模)整形使得板料完全貼靠模具，因此可以成形出帶有較小過(guò)渡圓角的復(fù)雜空間曲面。

　　板料液壓成形技術(shù)的主要缺點(diǎn):

　?、偕a(chǎn)效率偏低。由于液體充放需要時(shí)間,因此成形周期比普通拉深長(zhǎng)。在汽車工業(yè),一般適用于小批量高檔轎車的復(fù)雜零件或高強(qiáng)鋼成形。在國(guó)防工業(yè)中適合于鋁合金等低塑性材料復(fù)雜型面零件的成形。

　?、谠O(shè)備噸位大。由于液體反力的作用,拉深同樣尺寸的零件所需要的成形力大于普通拉深。

　　二、板料液壓成形技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：

　　早在1890年,類似于充液拉深成形的方法是在板材與液體間用一層橡膠膜將二者隔離開(kāi),靠液壓力作用于橡膠膜上來(lái)壓住坯料起壓邊作用,抑制起皺,坯料隨凸模壓入而貼模成形。該成形方法在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期在美國(guó)得到應(yīng)用,主要應(yīng)用于成形鋼質(zhì)頭盔。日本從1950年開(kāi)始也制造這種工藝的成形機(jī),用于實(shí)際生產(chǎn)。由于壓邊不易控制、橡膠容易破裂、質(zhì)量不穩(wěn)定以及生產(chǎn)效率低等問(wèn)題,這種工藝逐漸被淘汰。

　　為了解決上述工藝存在的問(wèn)題和適應(yīng)汽車、航空航天等對(duì)復(fù)雜板材零件的需求,20世紀(jì)60年代,日本學(xué)者春日保男首次提出將液壓直接作用于毛坯上的強(qiáng)制潤(rùn)滑拉深法,這就是現(xiàn)在所說(shuō)的現(xiàn)代充液拉深技術(shù)的原型,并指出凹模圓角處板料垂直拉深力是決定溢流壓力的重要因素,利用數(shù)學(xué)解析方法解釋了摩擦保持效果和溢流潤(rùn)滑效果是提高充液拉深成形極限的根本原因。

　　1961年,德國(guó)E. Buerk提出了一種把密封圈放在凹模表面來(lái)防止液體從凹模流出的新方法,并申請(qǐng)了發(fā)明專利。

　　我國(guó)板材液壓成形技術(shù)起步比較晚,從20世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)這項(xiàng)技術(shù)在板材加工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究,在充液拉深工藝參數(shù)、成形極限、成形機(jī)理等方面取得了一定的成果。目前,世界上系統(tǒng)地開(kāi)展工藝研究的大學(xué)有德國(guó)斯圖加特大學(xué)、丹麥奧堡大學(xué)、日本千葉工業(yè)大學(xué)中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)。能提供工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)行零件研發(fā)的著名公司有美國(guó)ABB公司、德國(guó) Schuler公司、德國(guó)SPS公司、瑞典AP&T公司、日本A-MNO公司等。

　　目前應(yīng)用充液拉深技術(shù)已制造的零件類型有筒形件、錐形件、拋物線形件盒形件以及復(fù)雜型面件等,涉及材料包括碳鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼和鋁合金等,材料厚度為0.2-3.2mm。充液拉深技術(shù)與普通拉深相比成形極限高和拉深比大。對(duì)于低碳鋼筒形件,最大拉深比達(dá)到2.6;對(duì)于不銹鋼筒形件,最大拉深比為2.7;鋁合金最大拉深比為2.5。

　　采取一些特殊工藝措施可以進(jìn)一步提高拉深比,如在板料上下表面充不同壓力液體形成壓差,下表面液體壓力大,上表面液體壓力小,下圖所示零件是采用這種方法成形的零件(直徑100m、厚度0.8mm、材料為碳鋼DCO4),其中錐底筒形件拉深比為2.8(圖(a)),球底筒形件拉深比為2.9(圖(b),雙臺(tái)階平底簡(jiǎn)形件拉深比為3.0(圖(c))。

　　充液拉深零件(a)錐底筒形件;(b)球底筒形件;(c)平底筒形件。

　　日本豐田汽車公司建成了以40000N大型充液拉深專用機(jī)為中心的覆蓋件生產(chǎn)線,成形件為質(zhì)量達(dá)到7kg、平面尺寸950mm×1300mm的大型鈑金覆蓋件。下圖是用充液拉深技術(shù)成形的轎車翼子板,材料為6016鋁合金,厚度為1.1mm。

充液拉深成形的鋁合金翼子板

　　由于充液拉深的很多優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)在各國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中得到足夠的重視并產(chǎn)生了相應(yīng)的充液拉深成形專用設(shè)備的生產(chǎn)廠家。美國(guó)ABB公司、德國(guó)Schuler公司,德國(guó)sPs公司、瑞典AP&T公司、日本 Amino公司等在設(shè)備制造方面已形成系列,充液拉深設(shè)備噸位由幾百kN直到10000N已成系列。

　　國(guó)內(nèi)在成形設(shè)備方面,目前還沒(méi)有專業(yè)化充液拉深設(shè)備廠家。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在1995年開(kāi)發(fā)了配置在通用單動(dòng)液壓機(jī)上的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,主缸拉深力為2000kN,壓邊力為1000kN，成形液壓最高達(dá)到100MPa。1998年開(kāi)發(fā)出基于單動(dòng)壓力機(jī)的充液拉深工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備,主缸拉深力為4000kN,壓邊力為2000kN,造價(jià)遠(yuǎn)低于國(guó)外產(chǎn)品,已投入生產(chǎn)使用。

　　2003年,相繼又開(kāi)發(fā)出基于雙動(dòng)壓力機(jī)的充液拉深成形設(shè)備,性能上相當(dāng)于日本網(wǎng)野鐵工所生產(chǎn)的充液拉深機(jī)的先進(jìn)水平,在控制上更先進(jìn),表現(xiàn)在該設(shè)備的壓邊力及超高壓液室壓力均可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制。

　　德國(guó)SPS公司制造的合模力為100000kN、內(nèi)壓力達(dá)200MPa的板材液壓成形機(jī),是世界上噸位最大的充液拉深機(jī),用于大吉普頂蓋成形。該機(jī)為臥式結(jié)構(gòu),機(jī)架采用鋼絲纏繞施加預(yù)應(yīng)力,采用多點(diǎn)柔性壓邊圈,具備自動(dòng)換模機(jī)構(gòu),內(nèi)壓有30MPa、70MPa和200MPa三個(gè)可調(diào)范圍。

　　德國(guó) Schuler公司提出預(yù)脹充液拉深技術(shù),具有壁厚均勻和零件頂部硬化提高抗凹陷能力的特點(diǎn),其設(shè)備充液系統(tǒng)的流量達(dá)到12000L/min,壓力比為16MPa,充液系統(tǒng)的流量為當(dāng)時(shí)世界之最。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,旨在進(jìn)一步提高成形極限的充液拉深新技術(shù)也不斷出現(xiàn),如可控徑向加壓充液拉深技術(shù)、外周帶液壓的充液反拉深技術(shù)、差溫充液拉深技術(shù)、變薄充液拉深技術(shù)等,零件的成形極限得到有效提高。

　　例如,采用帶周向液壓的充液拉深,A1100鋁合金筒形件的拉深比可以從2.6提高到3.3,盒形件的拉深比(圓形坯料直徑與盒形件邊長(zhǎng)比)可以從2.9提高到3.6,外周帶液壓的充液反拉深的總拉深比可達(dá)到4.9。

　　隨著壓邊力伺服控制技術(shù)和高壓密封的進(jìn)步,近年來(lái),以液體作為凸模的拉深技術(shù)得到了迅速發(fā)展。在德國(guó),這種技術(shù)也稱為板料高壓成形。其主要工藝特點(diǎn)是合模力隨內(nèi)壓實(shí)時(shí)變化,在成形初期,內(nèi)壓較低時(shí),合模力較小,以利于板料拉入模具;在成形后期,當(dāng)板料全部拉到模具內(nèi)時(shí),提高合模力保證密封,這時(shí)增加內(nèi)壓對(duì)零件進(jìn)行整形,整形最高壓力可達(dá)150MPa,因此可以獲得深度較大、形狀復(fù)雜、尤其局部具有小過(guò)渡圓角的零件。

　　過(guò)去類似的工藝,由于合模力實(shí)時(shí)控制困難,為了保證密封,初期施加的合模力較大,使得板料拉入模具內(nèi)困難,實(shí)際上成為了純脹形,因此深度小、壁厚減薄不均勻且形狀簡(jiǎn)單。

　　【興迪源板料液壓成形設(shè)備優(yōu)勢(shì)】

　　興迪源機(jī)械(Xingdi Machinery)是一家專注流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備制造企業(yè)。自2007年創(chuàng)立以來(lái)，公司一直致力于內(nèi)高壓成形的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)。主營(yíng)產(chǎn)品范圍從生產(chǎn)普通液壓設(shè)備，現(xiàn)今發(fā)展至生產(chǎn)、研發(fā)國(guó)內(nèi)頂尖流體壓力成形技術(shù)的鍛壓設(shè)備。

　　XD-SHF系列板材充液成形設(shè)備　　

    興迪源機(jī)械自2010年開(kāi)始組建超高壓液力成形技術(shù)團(tuán)隊(duì)，突破了成形壓力100MPa-250MPa的技術(shù)難關(guān)，研發(fā)出“內(nèi)高壓成型設(shè)備”并投入用戶生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。至今，公司已是創(chuàng)立超過(guò)10年的實(shí)力企業(yè)，已掌握了成形壓力為500MPa的技術(shù)，并向市場(chǎng)提供了合模力4000噸、成形壓力達(dá)500MPa以內(nèi)的各種規(guī)格的內(nèi)高壓成型液壓設(shè)備數(shù)十臺(tái)套，技術(shù)研發(fā)成果在國(guó)內(nèi)同行的民營(yíng)企業(yè)中達(dá)到優(yōu)異水平。

部分文段和圖片摘自：

《現(xiàn)代液壓成形技術(shù)》

作者：苑世劍

由興迪源機(jī)械編輯

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