美国有关大学、研究机构和公司十分重视内高压成形技术的研究与开发。美国三大汽车公司和十大钢铁公司甚至成立了“汽车与钢铁作液力成形工业资源组织”。原美围克莱斯勒公司于１９９０年首先引进内高压技术生产仪表盘支梁并获得成功。通用汽车公司从１９９５年开始应用
该项工艺生产发动机支架，后来扩大到散热器支架、下梁、棚顶托梁和内支架等多个空心轻体件品种。
国内哈尔滨工业大学、南京理工大学、清华大学、济南大学等院校也都开展了内高压成形技术的研究工作，并取得了一定成果。哈尔滨工业大学已成功开发出内高压成形试验线，并具有向生产线建设提供工艺模拟、设备控制等技术支撑的能力。
目前，国内为一汽供应内高压成形产品的企业主要有本特勒长瑞和富奥威泰克两家，前者主要供应一汽大众的奥迪Ａ６，后者为一汽轿车公司的马自达６系列车型配套。这两家企业都有外资背景，技术有保障，主导产品都是轿车副车架。另外，一汽轿车公司、天津顺达、上海宝钢、南京美奇等众多企业正在筹建内高压生产线，其中一汽轿车公司和天津顺达主要生产轿车副车架，上海宝钢主要用于其内高压成形材料试验生产，南京美奇公司主要用于仪表盘支架成形生产。典型汽车内高压零件如图１、图２、图３所示。
图１轿车副车架框架
图２汽车结构件（左：轿车前梁；右：仪表盘支架）
２．２
内高压成形工艺的发展趋势
（１）超高压成形。目前工业生产中使用的内高压
成形机的增压器最高压力一般为４００ＭＰａ。为了适应更复杂的结构形状和高精度、更大壁厚和高强度材料（超高强钢、钛合金和高温合金等），需要更高的内
图３
Ｙ型三通管（左）和排气岐管（右）
压，将发展到６００ＭＰａ，甚至１０００ＭＰａ。超高压成形带来一系列相应的问题需要解决，如超高压管端移动密封、超高压下的摩擦行为、模具材料及超高压液体控制精度等。
（２）热态内压成形。为了解决高性能铝合金、镁合金等轻合金材料室温塑性低、成形闲难的问题，采用加热加压介质成形异型截面零件是内高压成形发展的一个重要方向。目前，以耐热油做为介质的温度可以达到３００。１２，压力达到１００ＭＰａ，完全能满足铝合金和镁合金管材成形的需要。热态内压成形的主要问题是成形时间长、效率低。对于钛合金，需要在温度６００ｑＥ以上成形，目前的耐热油达不到这个温度，采用气体做为成形介质是一个很好解决方案。
（３）超高强度钢成形。随着汽车对结构轻量化需求的进一步提高，车体上使用的钢材强度越来越高，材料塑性降低，例如，钢材强度由２５０ＭＰａ提高到１０００ＭＰａ，塑性由４５％降低到１２％。材料塑性降低使开裂倾向严重，成形难度增大．需对弯曲、预成形、内高压成形工艺、壁厚分布和润滑等进行深入研究。
（４）新成形工艺不断发展。拼焊管内高压成形，将不同厚度或不同材料管材焊接成整体，然后再用内高压成形加工出结构件，可以进一步减轻结构质量；采用二端直径不同的锥形管，制造特殊结构零件，如轿车碰撞时吸收能量结构；双层管内高压成形制造轿车双层排气管件，提高轿车尾气三元催化和净化效果；还可以采用初始截面形状为非圆形的型
材管做为一种预制坯成形出设计要求的零件；内高压成形与连接等工艺复合，把几个管材或经过预成形管材放在内高压成形模具内，通过成形和连接工
艺复合加工为一个零件，进一步减少零件数量和提
４ｂ），对管内液体加压胀形的同时，两端的冲头按照设定加载曲线向内推进补料，在内压和轴向补料的联合作用下使管坯基本贴靠模具，这时除了过渡区圆角外的大部分区域已经成形；整形阶段（图４ｃ），提高压力使过渡区圆角完全贴靠模具而成形为所需的工件，这一阶段基本没有补料。从截面形状（图４ｄ）看。可以把管材的圆截面变为矩形、梯形、椭圆形或其他异型截面。根据受力和变形特点，零件分为成形区和送料区二个区间。成形区是管材发生塑性变形直径发生变化的部分；送料区是在模具内限制管材外径不变，主要作用是向成形区补充材料。
上模Ｆ弋。ｔ．：ｏ．：鳖、＼、、１，管材
左冲头｝：≮专添≮之ｊ０，Ｆ模
（ａ）初始阶段右冲头
（ｂ）成形阶段
（ｃ）整形阶段
（ｄ）截面变化
选择的主要工艺参数，由冲头的高压反力、摩擦力和保持管材靼性变形的力３部分组成。合模力是在成形过程中使模具闭合不产生缝隙所需要的力，是合模压力机选型的主要参考指标。补料量是确定水平缸行程的重要参数，理想补料量是建立在管坯壁厚不变的假设下，根据体积不变原则，成形前后工件表面积相等计算补料量，但实际情况下，由于摩擦和加载路径的影响，补料量不能完全送到成形区，成形区壁厚要减薄，因此，实际补料量必然小于理想补料量，一般为６０％～８０％。
内高压成形时管端密封是由冲头和模具挤压形成刚性密封，因此，该处模具容易磨损，通常在模具密封段采用耐磨镶块，来提高模具寿命。
．
目前，汽车工业常用的低碳钢和低合金高强度钢管材，抗拉强度在３００ＭＰａ～４５０ＭＰａ，随着汽车对减重的进一步要求，内高压成形采用的管材抗拉强度将达到５００ＭＰａ一６００ＭＰａ。不锈钢主要有奥氏体不锈钢３０４和１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ等，用于发动机歧管管材采用耐热抗氧化的铁索体不锈钢，如４２９、３０９等。汽车用铝合金管材多为６０００系列。
３．２内高压成形工艺缺陷形式及其控制措施
内高压成形是在内压和轴向进给联合作用下的复杂成形过程，如果内压过高，会导致减薄过度甚至开裂；如果轴向进给过大，会引起屈曲或起皱。主要缺陷如图５所示。只有给出内压力与轴向进给的合理匹配关系，才能获得合格的零件。
（ａ）屈曲（ｂ）起皱（ｃ）开裂
图５变径管内高压成形缺陷形式
屈曲是当管材成形区长度过长，在成形初期还没有在管材内建立起足够大的内压时，施加了过大
压的轴向力造成的。这种缺陷可以通过合理选择管材合
长度、增加预成形工序和控制工艺参数加以解决。
塑当轴向力过大时，工件在成形初期产生的皱纹裂数量、位置和形状与管材几何尺寸和加载条件有关。圆
皱纹可以分为二类：一类是后期加压整形无法展平，缸
这类皱纹称为死皱，它是一种缺陷，可以通过调节加
（ａＪ弯管（ｂ）预成形
图９副车架成形过程中零件形状的变化预成形：对于形状和尺寸相差较大的复杂截面
零件，很难直接通过内高压成形获得最终的零件，一般需要预成形工序。预成形是内高压成形工艺中最关键工序，预成形管坯形状是否合理直接关系到零件的形状和尺寸精度及壁厚分布。预成形不仅要解决将管材顺利放到终成形模中的问题，更重要的是通过合理截面形状预先分配材料，以控制壁厚分布，
降低成形压力，并避免终成形合模时在分模面处发生咬边形成飞边。
内高压终成形：预成形管坯在终成形模具内，通
过冲头引入高压液体加压，使管坯产生塑性变形成形为所设计的零件。在内高压成形过程巾，如果预成形坯形状不合理，减薄主要发生在圃角‘ｊ直边过渡区域，其最小壁厚达不到设计要求，甚至开裂。最终
成形压力主要决定于截面过渡圆角半径和材料性能。
内高压生产线生产节拍６７ｓ／｛牛。弯管机、预成形机、内高压成形机和模具见图１０、１１、１２。内高压成形压力机吨位为３５０００ｋＮ，工作台面尺寸为２５００ｍｍｘ２６００ｍｍ，带前移工作台，方便更换模具。
图ｌＯ数控弯管机
图１１内高压成彤生产线
生产线设８名操作工
人，２名辅助工人，辅助工人
中１名为天车工。生产线主
要设备及其投资：弯管机：
４２，２１４。０００日元，内高压成
形机组：３００．０００，０００日元。
内高压成形车间长（ｃ）内高压终成形
３６，宽３０，柱距为７．２０ｍＢＵｍｌＺｍ和
．觅．１土亚巳爿个Ｕ
７．５ｍ。厂房轨顶标高为１２ｍ，设１台３０ｔ吊钩桥式起重机。车间上艺平面布置如图１３所示。
图１２内高堆成形模具
内高压成形工艺及其在汽车轻量化中的应用
作者：陈建军， CHEN Jianjun
作者单位：机械工业第九设计研究院,吉林,长春,130011
刊名：
锻压装备与制造技术
英文刊名：CHINA METALFORMING EQUIPMENT & MANUFACTURING TECHNOLOGY
年，卷(期)：2010,45(1)
被引用次数：1次
参考文献(3条)
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引证文献(1条)
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/524012176.html,/Periodical_dyjx201001012.aspx