液压成形技术在汽车工业中的应用

摘 要：本文介绍液压成形技术及其重要性，并重点阐述了管材液压成形技术的原理及其技术优点，详细介绍了管材液压成形技术的在汽车工业中的应用。

关键词：管材液压成形技术 原理 优点 应用

一、前言

随着我国经济的快速发展，汽车已经成为人们重要交通工具，汽车行业得到了前所未有的发展。因此，汽车工业技术也在不断进步，汽车自身的轻量化一直是各企业追求的目标，液压成形技术为汽车轻量化的发展提供了重要技术支持。

二、液压成形技术

所谓液压成形是指利用液体传力介质代替凸模或凹模来加工零件的一种塑性加工技术。与普通的加工技术相比，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。汽车轻量化是人们长期以来追求的目标，随着人们环境保护意识的提高、对燃料和原刊料成本的节约要求及环保法规对废气排放的严格限制，汽车自身的轻量化显得日益重要。除了重新设计车体构造、采用轻体材料外，减轻质量的另一个主要途径就是在结构上采用“以空代实”和变截面等强构件，即对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。管件的液压成形技术正是为适应这一要求而开发的一种制造空心轻体构件的先进制造技术。

三、管材液压成形技术原理及优点

1.成形原理

管件液压成形技术通常是用管坯作为原材，通过对管腔内施加液体压力、轴向施加负荷作用，使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的技术。先将管坯放入下模腔内；然后管件两端的柱塞冲头在液压缸的作用下压人，将管件腔密封，液体介质不断通过冲头内的液体通道流人管件腔；此时上模向下移动，与下模共同形成封闭的模腔，最后高压泵与阀门控制液体压力不断增大，冲头向内推动管件，管壁变形并逐渐贴模，最终得到所需形状的零件。

当零件轴线不是直线、零件局部最小截面小于管坯截面时，需进行预弯曲、预冲压等预成形工艺，以便管坯能放人模具中，并使管坯接近零件形状，再充液胀形成形。

2.管材液压成形技术优点

与传统的冲球焊接工艺相比，管件液压成形虽然具有生产周期、液压成形机与模具费用高等缺点，似是却具有以下显著的优点：

（1）减轻重量，节约材料

采用管件液压成形技术可以一次成形复杂形状的零件。减少了结构的零件数量与焊接重量。而且可以使用更少的材料，所以管件液限成形技术的节材减重效果明显。管件液成形件较传统的冲压焊接件减轻20%-30% 。与车削/镗孔零件比较，可减轻40%-50%，最多甚至可达75%。

（2）提高零件产品质量

因在成形过程中发生了加工硬化，提高了强度和刚度，尤其是疲劳强度，而且成品的壁厚均匀，尺寸精度高，整体质量得到改善。以散热器支架为例，垂直方向提高39% ，水平方向提高50%，外形精度也大幅提高。

（3）可减少后续机械加工和组装焊接量

对于复杂形状的部件可减少零件数，节省焊接、组装道次及后处理工作量。以散热器支架为例，散热面积增加43%，焊点由l74个减少到20个，装备工序由6道减少到3道，生产率提高66%。

（4）降低生产成本

一般冲压件需要多套模具才能成形，而管件液压成形通常仅需要一套模具，如采用管件液压成形件后副车架零件由6个减少到1个。美国Ford公司1994年推出的Mondeo车型的前车架结构件，由于采用管件液压成形，模具数量由原来的32副减少至3副，模具费用减少了37%。

四、案例分析――液压成形技术在汽车轻量化中的应用

1.液压成形技术在轻量化中的应用状况

汽车轻量化绝非是将汽车简单的小型化，在减轻汽车自身重量的情况下，既要保证汽车原有的性能不受影响，又要保证汽车的行驶安全性、耐撞性、抗震性及舒适性。同时，汽车本身的造价不被提高，以免给消费者带来经济压力。液压成形技术是一门新型的金属成形技术，广泛应用于汽车各车身结构件中。

2.内高压成形工艺的典型应用

采用内高压成形技术，可制造各种沿轴线变化的圆形、矩形或异性截面的空心结构汽车零件。它采用金属管材为毛坯，在专用设备和模具上通过液体介质在管内产生超高压，成形工作压力通常为200-400MPa，最高可达1，000MPa。通过有效的横截面设计和合理的壁厚设计，将结构件由管件液压胀形后形成结构复杂的整体式结构。达到既减少产品质量，又减少二次操作（如焊接、连接等）与装配工作。例如：美国福特公司的Mondeo轿车的发动机支架采用液压胀形技术后，与传统的加工技术相比，具有显著的优势：①零件数由6个减少为1个；②制造工序由32道减少为3道；③构件的质量由12kg减少为8kg；④每件的成本由20英镑减少为10英镑。

3.金属板料液压成形的典型应用

金属板料液压成形技术是指利用液体介质代替凹模或凸模，靠液体介质的压力使板料成形的一种工艺。金属板料液压成形的优点：（1）提高成形极限、减少成形道次、精减了工装和模具，降低成本。（2）板料液压成形技术能显著地提高产品表面质量；与传统的拉伸工艺相比，液压成型件的几何尺寸精度更高、材料利用率更高、回弹减小及较好的残余应力分布。（3）液压成形技术具有生产的产品质量轻、价格便宜、几何外形复杂等优点。

液压成形技术是近10年被广泛关注的一种近净成形技术，且由于板料液压成形技术具有如上显著优点，已广泛应用于制造汽车零部件。Audi公司生产的侧面车架和油底壳，采用液压成形技术后，减少了原先的组装和焊接工序。其次，模具成本大约为传统工艺的1/3。

随着液压成形技术的不断发展及其独特的工艺特点和技术、经济优势，将广泛应用于汽车轻量化中。用于加工生产各类强度高、自重轻、表面质量好及几何尺寸要求高的汽车零部件。对推动汽车轻量化的进程产生良好的经济社会效益。

五、结束语

近年来在国外液压成形技术已广泛应用于汽车制造业中。我国汽车工业的快 速发展以及对液压成形产品的需求，也将促进该项新技术的快速发展与普及。

参考文献

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