液压成形101.

介绍

液压成形是一种经济有效的金属加工工艺,可以在管状件中形成复杂的几何形状,在板料件中形成延伸的深拉深孔。

液压成形零件允许零件的巩固,减少子组件的数量降低了装配成本,并增加了最终装配的强度和刚度。公差将根据所选择的应用程序和组件的尺寸而不同,但一般来说,与传统的冲压/组装方法相比,液压成形能够减少公差。

大多数可以使用液压成形的零件也可以使用其他成形工艺或使用多个部件制造,因此考虑每种工艺的成本、优缺点是很重要的。液压成形通常是可行的,当它可以用于减少一个装配式组件的数量。

HFP4 3000吨薄板液压成形机

这个过程

液压成形工艺采用带专用模具的液压机,结合高压流体的集成水和控制系统,使金属毛坯符合模具的形状和轮廓。

工艺参数取决于应用和材料选择,但以薄板液压成形为例,据估计,将金属变形为汽车零部件(如车顶、罩和其他面板)所需的夹紧力在5,000至10,000美国吨之间。

用于管液体,有高压和低压的工艺方法。低压应用通常利用700杆下方的压力,并要求高达2,500吨的压力。高压应用通常使用高达1,500巴的压力,并要求高达10,000吨。有专门的系统,最多可达4,000巴,需要专门的设备和较高的吨位压力机。

材料的选择对于确定工艺参数是非常重要的,因为可以成形的材料根据其成形特性和最终零件形状的要求是有限的(有限元分析“FEA”)。液压成形技术的进步使低延伸率材料如铝和高强度钢的成形成为可能。

温度还参与计算所需的成形力和材料的可成形性限制。通过液压成形如冷的成形操作,室温下材料需要更多的力,因为它们不太可延展。

液压成形通常是冷成型过程,但温暖的液压成形变得越来越普遍。温暖的液滴在温度下使用液体在高于环境条件的几百百度。鉴于过程复杂性,此过程总体上更昂贵。如果温度超过350摄氏度,则在流体的地方使用气体。

液压成形仿真通常采用常用的板料成形可行性分析方法。此外,通过工艺窗口和加载路径的计算,可以建立工艺参数。

过程窗口和负载路径是由模拟开发的(有限元分析“FEA”)和实验,使用所生产部件的材料特性和几何形状。进程Windows提供一系列值,以图形方式显示,以指示在成型过程中指示压力与位移路径之间的压力。过程控制器将使用的值序列,以及应用中需要多少流体压力(和管液中的轴向力)。

形成限制图提供了一种过程功能的无机器视图。通过分析材料在液压成形操作期间延伸的方式产生它们,并允许通过观察材料的限制和过程来定义工艺参数。

另一个对过程参数产生影响的另一个考虑因素是表面和润滑剂的相互作用,这将在整体的液压成形过程的性能下起作用。目标通常是减少摩擦允许材料流动,但是通过控制材料流动并防止在重要区域中的材料变薄来对过程有用。

液压成形类别

有两种不同的液压成形类别:管和板材,用于该过程中使用的空白几何的命名。这些类别可以分为具有不同工艺变量和设备要求的不同过程的子类别。

  • 管:电液,高压四氢液压机,热管液压成形,混合液压成形,脉冲,液压成形,低压四氢液压机,管膨胀,温液压成形,带反冲。
  • 床单:
    • 型腔:双毛坯、电液、热气体液压成形、脉冲液压成形、可动模/反冲、多级、温液压成形。
    • 冲头:热液成形、双毛坯混合成形、单毛坯混合成形、脉冲液压成形、多级成形、温液成形。

根据组分复杂性,循环时间通常为15秒至超过1分钟。压力取决于应用和材料,但在给定较大的活性坯料表面区域的情况下,在片材换热过程中需要更大的力。

管液压成形

从历史上看,管型液滴被保留用于生产水暖部件,但多年来它扩展到包括其他应用。该方法的特征在于将流体压力施加到由模具保持的管内部。管芯在管上封闭,端部被密封,并且管子填充有液压流体,以预定的压力,该压力将迫使管符合管芯。

随着内部压力增加,轴向力施加到端部密封塞上,在轴向方向上产生压缩应力以使管变形。根据通过形成模拟识别的工艺参数,通常用压力增强器精确地控制压力。

过程参数

工艺参数是通过模拟和经验手段建立的,并寻求建立流体压力和轴向力之间的平衡,以确定一个“工作区”,在此区域内零件将以最佳方式生产,而不会发生屈曲、破裂或密封失效。

管液压成形过程中的主要工艺变量是流体压力设置、轴向压力或密封塞的位移、润滑,在某些情况下还有温度。在某些区域压扁管子的预成形过程有时是必要的,以便管子将适当地适应液压成形模具。预成型还用于塑造管端,以匹配密封塞,可以是相同的截面形状作为最终形成的部分。

管内液压成形主要有两种做法,即“高压”和“低压”。

在高压成形系统中,管是完全封闭在一个模具之前,对管加压。管的周长一般比模具略小,以防止起皱或屈曲。高的内部压力允许管确认模具形状与管在材料的成形范围内膨胀。如果超过成形极限,材料膨胀通常会导致材料变薄,甚至材料开裂。高压工艺一般仅限于强度较低、成形性较高的材料,需要进行彻底的模拟分析,以确保不会出现劈裂。

在低压成型系统中,在芯片的闭合期间,管稍微加压,导致管确认模具形状,因为模具闭合。该过程首先通过加压流体填充管,然后使用压机的关闭力来形成管。由于管形式直接形成圆形,因此不具有膨胀,更高的强度,可以形成更高的材料的部件形状,而可以形成高压工艺。随着“低压”过程,需要形成模拟的需求,因为材料分裂的几乎没有机会。然而,部件设计的圆周必须是非常准确的匹配原始圆管的圆周。

低压应用需要更小的压力机,它们消耗更少的能源,有更短的周期时间,占用更少的地板空间。

如何确定扩展金属管所需的压力:

Pmax = Rm.t / R
Rm =材料的抗拉强度
T =标称壁厚
r =在要扩展管的区域中的模腔的半径
pmax =形成压力

管材液压成形过程中关闭力的确定方法:

RAM力= PMAX·管长度·管内直径(近似)
冲压力= Pmax·基于CAD的管内投影面积(准确)

压力机施加的压力必须平衡由作用在管状坯料内的液压产生的力的效果。

如何确定管式密封塞的轴向密封力:

轴向力对密封塞有三个作用:

保持与管末端的接触以密封管以进行加压
在管子的末端施加压缩应力,使管子进入扩张区域


克服密封塞内部压力的液压力
为了计算:确定由于内部成形压力引起的管端和液压所需的压缩应力对应的力之和。

f =[π (d-t)·t·Rc]+[π (d-2t)2/4]
FS =密封塞力
管径
T =壁厚
RC =管端的所需压缩应力

管材液压成形需考虑的其他工艺步骤:

增厚和减薄在任何冷成形过程中都是常见的,通过设置准确的参数,可以防止在材料范围内发生或保持。虽然这些问题可以通过优化工艺参数来解决,但有一些设计特性需要考虑:

  1. 管弯位置:在管液中,在管末端附近的弯曲设计减少了轴向进给运动,替代管膨胀期间的材料。带末端进料的管膨胀仅在管端和第一弯曲之间实际。其次,为了经济弯曲,需要在弯曲之间是管的直线。最小直长度为1.5倍管直径。直线长度少于这是可能的,但需要轮廓夹在弯管上
  2. 小半径弯曲:在管弯曲过程中发生的材料变化可能对水综合作用过程中的形成能力有影响。当弯曲半径小于管直径的1.5倍时,重要的是在沿着弯曲的外部进行评估。
  3. 锐截面半径:半径越小,成形所需压力越大,工艺越复杂,成形压力越大,模具力越大。较高的成型压力要求较高的压力机吨位,从而产生较大的成本。
    一般的拇指规则是将半径保持在高压过程的材料厚度至少三到四倍,用于低压过程七次或更多次。
  4. 过度膨胀:材料的物理膨胀取决于材料的性质,但也取决于初始管的尺寸和最终的几何形状。估计材料失效前最大膨胀点的一个好方法是进行成形模拟。

薄荷液

薄板液压成形自20世纪40年代以来一直被认为是美国的标准制造设备,尽管其历史可以追溯到更早。在其发展过程中,板料液压成形大大提高了其拉深的能力。液压成形机现在可以达到±0.002英寸的拉伸深度±2%。

用一个工具而不是两个工具操作板材液压成形操作,这与其他冷成型工艺相比减少了模具成本。

轧制金属板切割到尺寸,用作片材液压成形过程中的坯料,其尺寸和形状由模拟结果确定,这将进行以确定优化材料流程的过程参数。


平板液压成形通常使用腔模或冲头进行。冲床液压成形也称为流体机械深图。为了确定是否使用冲头或腔,必须考虑形成的部件的几何复杂性和吸引深度。

如果零件具有像凸起和冲头的复杂表面特征,则选择腔模块,如果零件具有圆柱形几何形状和简单的表面,则适用。由于通常具有较小的床尺寸并且只能绘制更简单的形状,打印机是不利的。优点更深层次的吸引和更少的材料变薄。

HFP2 3000吨液压成形压力机

过程参数

关键工艺参数包括压力、压力随时间的变化和温度,但在使用冲头液压成形工艺时,也要考虑冲头位移。

如何确定板料变形所需的力:

F=(UTS)
T.=薄板厚度
W.=模具开口的宽度
L.=弯道总长度
众信=材料的极限抗拉强度

设置变量:

  • 使用垫片或珠子。
  • 反击的压力,如果可以的话。
  • 空白持有力(在空白的实例上)。
  • 润滑条件和摩擦。
    空白的形状。
  • 使用内胆或直接液体接触(DFC)。

膀胱与直接液体接触(DFC)

板料液压成形可以使用柔性气囊来防止流体与坯料接触,或者使用直接与材料接触的流体,这往往导致需要进行二次加工,如脱脂,从而获得更好的表面质量。

气囊可以防止润滑剂与工作流体混合,并可以使用某些成形技术,如可以收紧半径的圆形压力增强器。如果没有内胆,这是不可能的,因为内胆可以防止液体在压力增强器周围泄漏,而不是施加一个坚定的力。

虽然膀胱与DFC工艺一定确实存在,但膀胱具有有限的寿命,并且在破碎时需要固定,从而降低过程效率。它还需要较重的压力机。然而,无论哪个选定,它会对拉伸比产生很小。

液压成形应用

管液压成形通常选择用于汽车悬架支架,A柱,车身结构部件,排气组件,旋转发动机部件和保险杠等应用。管型液压成形允许具有可变横截面的组件,而无需次要过程,如焊接。这减少了产生最终部分所需的组件数量。

片材液压成形是有吸引力的,因为可成形性和表面光洁度它可以实现为近净形状制造过程。它用于生产门板,屋顶和身体侧挡板。

材料

不同的金属将在不同的过程中产生不同的结果。因此,材料选择在确定用于液压成形过程的过程参数时起着重要作用。例如,材料越强,产生所需几何形状所需的压力越大。

在其他冷成型工艺中使用的材料可升级,包括铝,黄铜,钢,不锈钢,铜,Inconel,像Hastelloy和高镍钢一样的外部,钴,铅,镀锌钢和青铜。

有利于液压成形工艺的具体材料特性是:高的塑性、均匀的延伸率、大的应变硬化系数、细小的晶粒组织以及屈服和抗拉强度之间的显著差异。

材料成型性和压力要求:

在处理参数的计算中,感兴趣的材料特性是最终拉伸强度(UTS),常规屈服应力,最大力下的比例伸长,以及低于最大力的总伸长率。

与其他传统压制工艺相比,例如冲压,液压成形更适合加工钛,铜和其他高镍合金等金属。高伸长型钢比低碳钢更好,但它也处于更大的价格标签。同样,由于其可成形性和延展性,不锈钢等材料将允许更深的吸附而不是其他材料。

铬热工作钢的工作硬度为400和500 HV,使其成为韧性和坚韧的工具钢,因为它具有持续暴露于高达540摄氏度的温度,并且可以保持〜5MPa的拉伸强度水平温度。铝和镁锻造合金提供不可治疗合金的最高强度,其UTS为230-280MPa,拉伸收益率为130-180MPa。

液压成形的优点

液压成形的主要优点是部件的巩固,多个部件可以重新设计为一个单一的部件,减少或消除装配和焊接过程。在5月的应用部分强度和刚度增加,因为截面是均匀的,而不是焊接半壳。许多新型液压成形系统通过形成管端对端,消除了截止管端的工艺废料,从而进一步降低了成本。

液压成形工艺的优点是能够根据优化后的加载路径和其他工艺参数来控制和改变压力。来自流体的压力也均匀地施加于整个毛坯表面,以促进材料的均匀膨胀,并在与成形方向相反的方向提供成形力,从而创造出额外的突出特征。

与其他冷成型过程一样,液压成形导致高水平的工作硬化,这增加了基材的屈服强度。

液压成形组件重量轻,硬度和强度比组装冲压件,因此经常用于汽车车顶导轨,以防止汽车翻车时车顶压碎。