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              什么是汽車管內高壓成形技術及其應用
              發布時間:2017-09-27     閱讀:1488

              一、內高壓成形基本原理 

              內高壓成形是把管件作為加工對象,在管件內充入高壓液體,使其對管件內壁產生壓力,用沖頭密封管件兩端,利用軸向進給為管件成形提供補料,使管件外壁完全貼緊模具型腔,從而獲得所需形狀零件的技術。管件的內高壓成形過程通常可分為以下幾步: 

              (1)將管件放入模具型腔,閉合模具,管件端部采用沖頭密封,見圖1-1a); 

              (2)將液體由密封沖頭充入管件內部,對管件內部的液體施加壓力,則管件在內

              壓力和軸向補料的作用下發生變形,使管件外壁逐漸貼緊模具型腔,見圖1-1b); 

              (3)等管件外壁大部分部位貼緊模具型腔,再采用較大的內壓力,使管件圓角等

              不易成形的部位也逐漸貼緊模具型腔,以得到所需形狀的成形件。

              二、與沖壓焊接所得零件比較,內高壓成形件有很多優點

              1、重量輕 

              內高壓成形的初始加工對象是空心管件。據統計,在滿足強度和剛度等要求的

              基礎上,內高壓成形所得零件的重量要比傳統沖壓焊接所得零件的重量輕 15%-50%

               1-1 所示是汽車上三種典型零件采用不同成形方式所得產品的重量比較

              不同成形方式所得零件重量比較

              2、成形工序少 

              內高壓成形過程中,沖頭對管件有密封作用,而其對管件軸向上施加的力為管件成形進行補料,提高了管件的成形能力,對于多截面零件也能夠實現一次成形。另外,由于內高壓成形件有著較好的整體性,所以使內高壓成形件的焊接量減少,甚至有些內高壓成形件不需要組裝焊接。

               

              3、所需模具少 

              由于內高壓成形件是一次成形,所以成形過程所需模具數量較少。例如,有些內高壓成形零件上分布有裝配孔,則該類零件就可以在內高壓成形之后實施液壓沖孔。液壓沖孔時,管件內部的高壓液體起到了凸模或凹模的作用,因此就不再需要單獨制造凸模或者凹模,節約模具制造費用,從而降低了零件的生產成本。表1-2所示是汽車上兩種零件分別采用沖壓焊接成形和內高壓成形的成本比較。 

              1-2  不同成形方式所得零件的成本比較

              4、成形質量好 

              采用內高壓成形所得零件,由于整體性比較好,所以其強度和剛度也較高。另

              外,內高壓成形件的焊接數量較少,出現應力集中的焊接接頭位置也隨之變少,使

              內高壓成形得到的零件質量較好。 

              5、污染小 

              內高壓成形技術是一種環保的成形技術,相對于傳統沖壓焊接,其噪聲污染小6、工作環境較好,另外內高壓成形所需的高壓液體能夠循環利用,對環境影響較小。 

              除了以上所述優點之外,內高壓成形技術還有一些弊端。例如,內高壓成形技

              術缺少規范的行業標準;前期的生產設備投資較大,內高壓成形件的生產需要的設

              備有數控彎管機、內高壓成形機和激光切割機等,而這些設備的造價都比較昂貴。

              另外,加載路徑的好壞直接影響零件成形質量的優劣,零件的前期研發費用較高。

              這些不利因素在一定程度上影響了內高壓成形技術的發展。

               

              三、內高壓成形分類和基本步驟 

              按照成形件的形狀分類,內高壓成形件可劃分成彎曲軸線異形截面管、變徑管和多通管三大類。其中彎曲軸線異形截面管在汽車上大量采用,如扭力梁、縱梁等。 彎曲軸線異形截面管件的成形過程主要有彎曲、預成形和內高壓成形等工序,如圖。這種零件的軸線一般為二維或三維曲線,因此其首先要進行彎曲,管件彎曲后的形狀要與成形件軸線形狀基本一致。彎曲件還要進行預成形處理,以保證管件能夠放入內高壓成形模具型腔,然后通過內高壓成形獲得最終成形件。 



              四、內高壓成形應用 

              近些年,隨著成形技術的發展進步,內高壓成形技術已經逐步在汽車、航空航天和衛浴等工業中得到應用,其中汽車工業上內高壓成形的應用最為廣泛。奔馳、通用、福特和寶馬等汽車企業都已經擁有自己的專業化內高壓成形生產線。日本的本田、豐田、馬自達公司和韓國現代等汽車企業也相繼建立了內高壓成形生產線。國內采用內高壓成形生產汽車零件的企業也開始出現,一汽轎車和上海寶鋼等企業正在籌建內高壓成形生產線。 汽車上采用內高壓成形技術制造的零件大致可以分為四大類:車身類、底盤類、懸架與轉向系類以及發動機與驅動系類。


              五、內高壓成形發展趨勢 

                  隨著內高壓成形技術廣泛應用于汽車和航空航天等高端產業上,在此基礎上也出現了很多改進型的內高壓成形技術。內高壓成形技術的發展趨勢有: 超高壓成形現在工業生產中采用的內高壓成形機最高壓力可以達到400 MPa。如果結構形狀更加復雜、管壁過厚以及高強度材料的管件成形時,就需要提供更高的內壓力,內壓力將升高到600 MPa,甚至高達1000 MPa

               1、 內高壓熱成形

              鋁鎂合金等輕質合金材料在室溫下塑性較低,成形能力較差。溫度達到一定溫度值時,這些輕質合金材料的成形能力會出現迅速增強的現象,因此采用內高壓熱成形方法可得到成形效果很好的輕質合金零件。 

               2、 拼焊管內高壓成形 

              將不同厚度或不同材料管件焊接成差厚管件,再采用內高壓成形加工出所需差厚零件,該成形方式也能夠通過改變初始的管件壁厚分布得到所需的差厚零件。


              六、應用案例簡單分析

                 后副車架是汽車底盤的重要結構部件之一,后副車架的成形方式影響其強度和剛度。因為內高壓成形具有重量輕、整體性好的特點,使其逐漸取代傳統的沖壓焊接成形,越來越多的應用在后副車架生產上。另外,數值模擬方法的完善對后副車架內高壓成形提供了技術支撐。采用數值模擬軟件對后副車架各組成部分內高壓成形過程進行模擬,預測它們的成形效果,檢驗各個成形參數對成形效果的影響,進而優化成形參數,為后副車架生產提供優化的成形參數,對縮短后副車架開發周期具有重要意義。 

                  研究對象為某SUV汽車的后副車架。該后副車架由橫梁和縱臂焊接而成,其數學模型如圖1-3所示。采用的材料是型號為SPH440,壁厚為2.3 mm的電阻焊管。將采用數值模擬軟件AUTOFORM對橫梁和縱臂的成形過程分別進行數值模擬,分析其成形過程中產生的成形缺陷問題以及影響因素,根據分析結果,優化各個成形參數,最終獲得符合工藝要求的成形件。 





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