下载文档原格式
收稿日期:2004-04-05文章编号:100622343(2004)052065203管件液压成形技术在汽车制造中的应用研究杨 兵, 张卫刚, 林忠钦, 李淑慧(上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200030,E 2mail :yangbing @ ) 摘 要:阐述了管件液压成形的基本概念及其优点,介绍了在汽车制造领域中的应用,综述了管件液压成形技术的研究成果,重点介绍材料、塑性失稳、加载路径优化、预成形等问题;讨论了应用研究中进一步的发展方向。
关键词:管件;液压成形;加载路径中图分类号:TG 394 文献标识码:A 汽车轻量化是目前汽车设计制造的发展方向。
实现汽车轻量化一个重要方面是改进车身结构,采用轻型结构来达到减轻自重的目的。
一个有效途径是对满足力学要求情况下的构件采用空心结构,既可减轻重量节约材料又可充分利用材料的强度和刚度。
另一方面,传统车身零件制造常采用分离成形法,即利用不同压力机分别冲压成形单个零件,然后将各零件焊接组装成目标部件。
这种方法虽然选材、制造灵活,但由于零件数目多,存在装配精度低,焊接量大,车身刚度差,冲压、装配成本高等缺点。
因而,一种既能减轻车身自重,又能提高制造质量、降低生产成本的先进制造技术———管件液压成形技术(又称内高压成形技术)发展起来了。
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。
▲图1 管件液压成形原理图1.管坯 2.上模 3.液体介质4.冲头 5.下模 6.成形件 管件液压成形过程如图1所示。
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入,将管件腔密封,液体介质不断通过冲头内的液体通道流入管件腔;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。
76 今日制造与升级Technology 技术管件液压成形技术最早是在1940年被提出的一种技术，通过对管件液压成形技术的合理应用，成功制造三通管件，在此背景下，管件液压成形技术被广泛应用到管道等不同领域当中。
随着社会的不断发展，促使管件液压成形技术得到一定完善，并且将其应用在汽车零部件制造领域中。
人们生活质量的不断提升，对汽车的需求、要求也不断提高。
在全世界范围内存在能源紧张问题、环保问题，汽车行业作为我国发展的重要行业，各个汽车主机厂对于零部件生产工作给予更多重视。
基于此，通过对管件液压成形技术的合理应用，使得汽车的生产能够跟上时代发展步伐。
1 管件液压成形技术分析1.1 技术基本原理管件液压成形技术通常情况下是将预处理过的定尺管材，按照要求在模具型腔当中放置，同时高压液体需要注入到管件中，在此期间，管件两端补料工作要快速实施。
这样操作能利用模具约束作用实现管件冲模，慢慢地让外壁和模具型腔贴合在一起，以此可以制造出各种形状的中空式零件。
管件液压成形技术适用于不同的复杂结构件中，比如，圆形构件、矩形构件以及异型截面等，在此类构件中应用，能够具备较高精密度。
管件液压成形技术的基本原理如下：（1）已经预处理过，并且符合规定标准的定尺管材，要合理地存放在打开模具型腔中，并对其位置进行明确。
（2）压机作用模具闭合，补料密封头转移至模具内腔，若此时状态下，模具是闭合的，密封头转移，停留补料导向的过渡位置。
（3）在将低压乳化液注入到管件过程中，要合理应用预填充回路，补料会填满管件内腔与模具型腔。
在这一过程中，需要将空气排出，而乳化液会在经过模具泄露孔时，被收集到槽中。
（4）补料密封头会在向模具内腔方向转移过程中封住管件两端，这样可以实现内腔的封闭。
（5）经过补料密封头的内孔，将高压乳化液注入到管件当中，这时会出现充模胀形。
在此期间，要将轴向补料力施加到管件两端位置。
并将管件端部存在的材料，直接推入到模具型腔当中，这样膨胀过程中所需要的材料才能得到补充。
汽车用铝合金副车架成形工艺及应用现状铝合金作为一种轻量化的材料，自然也应用到了汽车领域。
其中，
铝合金副车架作为汽车重要的部件，更是在轻量化方面功不可没。
本
文将就铝合金副车架的成形工艺及应用现状进行分析。
一、铝合金副车架的成形工艺
铝合金副车架的成形工艺主要有压铸、铸造和锻造三种方式。
其中，
压铸是一种应用比较广泛的工艺。
压铸是指在锁模机上施压，把铝液
注入模腔中，持续一段时间后冷却形成一定的形状。
铸造则是直接将
铝液注入模具中，冷却形成所需的形状。
锻造是将铝坯放入模具中进
行锤击变形，最终形成所需的形状。
这三种成形工艺各有特点，在不
同的应用场景下都有着广泛的应用。
二、铝合金副车架的应用现状
铝合金副车架作为汽车的重要部件，目前在轻量化方面已经得到越来
越广泛的应用。
随着车体重量的减轻，行车能源的损耗也会相应减少，这不仅可以提高车辆的燃油效率，同时也有利于减少对环境的污染。
目前，德国大众、宝马、奥迪等欧洲汽车品牌已经开始采用铝合金副
车架，国内的吉利、比亚迪等汽车生产厂商也在不断推进这方面工艺
升级。
此外，铝合金副车架在运动场合下的应用也日益增多。
F1赛车、摩托
车等运动车辆都采用铝合金副车架，这有利于提高运动车辆的速度和灵活性，同时也更加安全。
对于普通消费者而言，铝合金副车架的应用也将使车辆更加安全可靠。
总的来说，铝合金副车架作为汽车轻量化的关键部件，在未来的发展中将越来越广泛地受到重视和应用。
铝合金副车架的成形技术也将不断地进步和完善，更好地满足人们对轻量化汽车的需求。
管件液压成形技术及其在汽车零部件制造中的运用摘要：随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，我国在汽车工业方面取得长足进步，目前已成为全球最大的汽车生产国和消费国之一。
但是我国汽车产业在技术研发、产品质量等方面仍然存在较大进步空间，特别是近年来频繁发生的交通事故引起社会对汽车安全性问题的广泛关注，使得人们对汽车产品的品质要求越来越高。
关键词：管件液压成形技术；汽车零部件制造；运用引言为了响应我国飞速发展的社会趋势，许多汽车零部件制造企业开始了大规模地生产制造以促进汽车产业的生产发展。
这对于汽车零部件制造企业是一个很大的机遇，也是一个很大的挑战，基于是能够让汽车零部件制造企业在这一时机能大量生产制造汽车零部件来促进自己企业的经济发展，挑战就是随着科学技术的不断进步，汽车零部件制造企业对于技术的要求有了更高的要求，对于汽车零部件的制造质量也有了更高的把控，需要汽车零部件制造企业能对自己的制造质量有严格的控制来满足现代化发展的需要。
1管件液压成形技术在汽车零部件中的应用分析1.1具体应用将管件液压成形技术应用在汽车零部件中之后，使得技术得到快速发展，并且已经成为韩国、日本、美国等先进国家，汽车零部件制造的主流技术。
在宝马、沃尔沃等主机厂推出的中高档车型当中，使用了管件液压成形技术，而国内的合资厂，比如，上海大众、一汽大众等，也能够对管件液压成形技术进行合理应用。
并逐渐推出自主品牌车型，比如，奔腾系列与荣威系列等。
从当前不同汽车车型应用中可以看出，管件液压成形技术通常情况下，会被应用在四大类中，分别是应用在底盘悬架系统零件制造中、应用在车身结构件制造中、应用在发动机零件制造中、应用在支撑框架类零件制造中。
在底盘悬架零件系统中应用，往往是横向稳定杆、转向管柱、控制臂等；在车身结构中的应用，是在A、B、C柱，车顶横梁、挡风玻璃支架等。
发动机系统零件中的应用，是在三元催化转化器、排气歧管等；支撑框架类零件中的应用，通常是在仪表板支架、座椅框架等。
《轿车前副车架内高压成形工艺研究》篇一一、引言随着汽车工业的飞速发展，对汽车零部件的制造技术要求也日益提高。
轿车前副车架作为汽车的重要组成部分，其成形工艺对整车性能及安全性具有重要影响。
内高压成形技术作为一种先进的制造方法，在汽车零部件制造中得到了广泛应用。
本文将针对轿车前副车架的内高压成形工艺进行深入研究，探讨其技术原理、工艺流程及优化策略。
二、内高压成形技术的技术原理内高压成形技术是一种通过液体压力在模具内部对管材或型材进行局部或全面压力成形的制造方法。
该技术的主要原理是在特定压力条件下，通过液体介质传递压力，使管材或型材在模具的约束下发生塑性变形，从而达到所需的形状和尺寸。
三、轿车前副车架内高压成形工艺流程轿车前副车架的内高压成形工艺主要包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择合适的管材或型材，根据设计要求进行切割、清洗和预处理。
2. 模具设计：根据前副车架的结构特点，设计合理的模具，确保成形的准确性和效率。
3. 液压系统准备：安装液压系统，确保系统正常运行并具备足够的压力和流量。
4. 内高压成形：将管材或型材放入模具中，通过液压系统施加压力，使材料在模具内发生塑性变形，形成所需的前副车架形状。
5. 后处理：对成形后的前副车架进行去毛刺、焊接、清洗等后处理工作，确保产品质量。
四、内高压成形工艺的优化策略为了进一步提高轿车前副车架的内高压成形质量和效率，可以采取以下优化策略：1. 优化材料选择：选择具有良好塑性、强度和耐腐蚀性的材料，以提高前副车架的性能和使用寿命。
2. 改进模具设计：通过优化模具结构、提高模具精度和表面质量，减少成形过程中的回弹和变形。
3. 优化液压系统：提高液压系统的压力和流量控制精度，确保内高压成形的稳定性和准确性。
4. 引入自动化技术：通过引入自动化设备和控制系统，实现内高压成形的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
5. 加强质量控制：建立严格的质量控制体系，对原材料、半成品和成品进行全面检测和控制，确保产品质量符合要求。
汽车用铝合金副车架成形工艺及应用现状随着汽车工业的不断发展和科技的不断进步，铝合金材料作为一种轻量、高强度、耐腐蚀的材料，被广泛应用于汽车制造中。
而在汽车结构中，副车架是一个非常重要的组成部分，它的作用是承受车身的重量和悬挂系统的力量，保证车辆的稳定性和安全性。
因此，汽车副车架的材料和成形工艺的选择对于整个车辆的性能至关重要。
汽车副车架的主要材料有钢铁、铝合金和碳纤维等。
其中，铝合金材料因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点而被广泛应用于副车架的制造中。
汽车用铝合金副车架的成形工艺也在不断地发展和进步，目前主要有压铸、锻造、铆接等多种方法。
其中，压铸是一种常见的成形工艺，它适用于制造复杂形状、壁薄、高强度的铝合金零件。
压铸的过程包括模具设计、熔铝、浇注、冷却、脱模等多个步骤。
压铸可以生产高精度、高质量的铝合金副车架，但需要较高的成本和技术要求。
锻造是另一种常见的成形工艺，它通过对铝合金材料进行压缩和变形来制造副车架。
锻造可以产生高强度、高韧性的铝合金材料，但需要较高的设备成本和技术要求。
铆接是一种简单、经济的成形工艺，它适用于制造小批量的铝合金副车架。
铆接可以通过铆钉或铆螺母来连接铝合金材料，具有较高的强度和刚度。
国内外的汽车厂商都在研发和应用铝合金副车架。
以国内为例，一汽大众、上汽通用、上汽大众等公司都已经开始在自主生产的车型中应用铝合金副车架。
而国外的汽车厂商如奥迪、宝马、奔驰等也都在不断地研发和应用铝合金副车架。
汽车副车架的材料和成形工艺的选择，不仅影响到汽车的性能和安全性，也对环保和节能产生了积极的影响。
铝合金副车架的轻量化和高韧性，可以大大降低车辆的燃油消耗和废气排放，符合现代汽车工业的发展趋势和环保要求。
因此，铝合金副车架将成为未来汽车制造的重要发展方向。
汽车用铝合金副车架的成形工艺和应用已经取得了显著的进展和成果。
随着科技的不断进步和工艺的不断优化，铝合金副车架将会在未来的汽车制造中发挥越来越重要的作用。
工艺材料收稿日期:2009-12-30管件液压成形技术及其在副车架上的应用杨 勇 徐 峰 (上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海 201804)苏海波 (宝钢股份研究院,上海 201900)倪海华 (上海汇众汽车制造有限公司,上海 200122)【摘要】 主要介绍了液压成形的技术原理和优点及其在副车架中的应用。
【A b s t r a c t 】 I n t h e a r t i c l e ,t h e h y d r a u l i c f o r m i n g t e c h n i c a l p r i n c i p l e ,a d v a n t a g e s ,a n d a p p l i c a -t i o n s i n a u t o m o t i v e s u b f r a m e a r e i l l u s t r a t e d .【主题词】 液压成型 副车架 汽车0 引言自上世纪90年代起液压成形技术受到汽车界的极大瞩目而蓬勃发展,目前已成为国际汽车产业主流制造技术之一。
液压成形管具有重量轻、产品一体型化、刚性强、精度高及形状可塑性强等特点;在生产过程中可减少半成品零件数量,减少焊接、机械加工与产品组装等后加工处理,有降低生产成本、缩短加工周期等优点。
由于液压成形技术研究起步晚、原材料要求高、技术难度大、设备投资规模要求高,一次性投入较大,国内至今尚未实现大规模产业化。
1 液压成形原理如图1所示,首先将管坯放在下模内(图1a ),然后闭合上模,将管的两端用水平冲头密封(图1b ),并使管坯内充满液体(图1c ),在加压胀形的过程中,两端的冲头同时向内推进补料(图1e ),这样在内压和轴力的联合作用下使管坯贴靠模具而成形为所需的工件(图1f )。
图1 液压成形原理对于形状复杂的零件,首先要将管件弯曲成接近零件的坯料,并采用预成形模具将断面成形为接近零件形状,然后采用模具进行液压成形,最终实现复杂形状空心轻体件的加工。
液压成形的主要工序包括:弯曲-预成形-液压成形-后处理等。
2 液压成形主要特点(1)减轻重量,节约材料。
对于汽车副车架等典型产品,液压成形件比冲压件减轻20%。
对工艺材料于阶梯轴类件,采用空心结构取代实心结构重量可以减轻40%～50%。
(2)减少零件和模具数量,提高工作效率。
采用冲压焊接工艺生产副车架零件模具数量一般不少于6套。
采用液压成形技术后,除弯曲和预成形等辅助模具外,液压成形模具仅需要1套。
传统板金冲压/焊接成型制程:传统成型分6块工作焊接组合;模具至少6套;焊接处强度刚性较弱;产生多余废料,成本浪费约10%;组合成本浪费24%;组合时间(C.T)8m i n。
管件液压成形制程:一体成型;仅需一套液压成形模具,成本较低;无焊接缝道,强度刚性较佳;无多余废料(两端定尺修齐);组合时间(C.T) 1m i n。
(3)可减少后续机械加工、组装焊接量和焊接尾气排放,并降低焊接热变形。
(4)提高强度与刚度,尤其疲劳强度。
由于零件为封闭截面形状,且焊点数量大幅度减少,零件的刚度和疲劳强度显著提高。
(5)降低生产成本。
根据德国某公司对已应用零件统计分析,液压成形件比冲压件平均降低15%～20%,模具费用降低20%～30%。
(6)有利于环保。
液压成形无废弃物排放,且介质循环使用。
(7)液压成形可以大幅度的变曲面/变截面,有利于前期设计的布置。
(8)有利提高整车的碰撞性能。
图2是某轿车正面碰撞3层传力路径,下层主要是由前副车架组成,吸收了部分从前部传来的碰撞能量并把其余能量向前纵延伸板和门槛等分散传递,使用液压成形的副车架能提高碰撞中贡献量。
(9)尺寸稳定性高,液压成形工艺六西格玛是冲压成形的2倍左右。
3 液压成形工艺在副车架中的应用液压成形工艺在汽车、航空、航天和管道等行业有着广泛的应用,主要适用于:沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心结构件,如汽车的排图2 正面碰撞3层传力路径气系统异型管件;非圆截面空心框架,如前副车架、仪表盘支架、车身框架;空心轴类件和复杂管件等。
图3为液压成形工艺应用于汽车中所制造出的一些典型零件。
图3 液压成形在汽车上应用零件与其他金属塑性成形加工工艺相比,液压成形是一项正处于上升态势且具有良好发展前景的先进制造技术。
目前,全球已建成并投产了众多的专业化生产线,形成了相当的生产规模,产品订单持续稳步增长。
早在1993年,奔驰公司就建成了液压成形车间,通用、福特、欧宝、宝马等汽车公司也已投资建成了自己的液压成形件生产基地。
下面具体介绍一下液压成形技术在某轿车副车架上的应用。
3.1 零件概况材料牌号:S A P H440,管直径:60m m,管壁厚:4m m,长3703m m,重22k g,16个弯,其中4个弯为三维空间弯,需要特殊设备和特殊工艺。
对零件的每个特征截面进行分析,结果为:截面周长在174～226m m之间,最短截面周长发生在转角之特征造型处,其值为174.7m m,然而数模中所设定的管材外径为60m m,即周长为工艺材料188.5m m ,较174.7m m 为大,使得液压成形时,造型无法完全涨出,而有可能形成皱褶现象。
为解决局部皱褶问题,尝试采用较小的原管外径,分析结果表明,局部皱褶有改善,但其余部位多处发生过度减薄或开裂,仍采用原设计的60m m 管径。
查看实物样品零件,在该部位确实存在皱褶现象。
皱纹对成形的影响是两方面的:一方面,起皱过于严重会形成死皱,无法胀平获得合格零件,或导致某些部位材料不足,减薄开裂;另一方面,合理的皱纹分布可以为整形阶段储备材料,减少成形件的厚度减薄,称之为“有益起皱”,这里皱褶现象属于后者,之后的台架实验和路试也都证实了此皱褶处并无失效。
3.2 液压成形设备和模具德国S c h u l e r 生产的液压成型机H H-5000-3.15＊2.15,最大合模力为5000t ,可提供的最大成形介质压力为400M P a 。
3.3 副车架液压成形工艺3.3.1 弯曲弯曲工序是将管材弯曲到轴线与零件轴线形状相同或相近。
由于副车架零件轴线多为复杂空间曲线,为了保证弯曲件精度,需要采用C N C 弯曲。
弯曲工艺的关键问题是控制外侧减薄和内侧起皱,同时要掌握回弹量控制。
外侧减薄主要通过在绕弯的同时在轴向加上推力抑制轴向拉伸变形以防止过度减薄。
此副车架经过弯曲线重构与优化技术(见图4),利用后续工艺合理补偿,由18次弯曲5个弯曲半径,归并为12次弯曲和1个弯曲半径。
图4 弯曲优化3.3.2 预成形由于副车架空间形状和截面形状变化复杂,很难直接通过液压成形获得最终的零件。
需要预成形工序,采用预成形工艺可以有效分配金属的流动,提高管坯在液压成形工艺的可成形性。
预成形是液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等。
3.3.3 液压成形影响液压成形工艺过程和产品质量的因素较多,包括摩擦、轴向进给、内压力等。
在成形的初始阶段,若轴向推力过大,内压不足,管坯会出现失稳起皱。
反之,则会出现壁厚过度减薄甚至破裂;在成形过程中,内压与轴向进给的加载控制十分关键。
为避免出现各类缺陷,液压成形过程内压和轴向推力的匹配必须合理。
3.3.4 端部切割由于副车架总成零件需要液压成形管的端部作为基准,端部切割采用了精度更好的激光切割,端部切割还可以采用线切割等其他切割工艺,以功能的需求来选择不同的切割工艺。
4 结语目前国内液压成形尚处于起步阶段。
一方面,国内多种引进车型的原设计均已采用液压成形件技术。
另一方面,国内至今尚未建成具备小批量稳定试制的中试研发设备和具备大批量供货能力的规模生产线,短期内无液压成形的配套能力。
因此,一部分车型已将液压件改成冲压焊接组合件。
但该种处理方式既提高了生产成本、降低了生产效率,更劣化零件的使用性能。
另一部分车型,为维持原设计要求均采用国外进口零件。
在耗费大量外汇的同时增加了采购的风险和成本。
通过液压副车架的研制到批量生产过程,基本掌握用液压成形制造副车架的关键技术,为在国内采用液压成形技术制造汽车结构件进行了探汽车广角B版索,推进了液压成形技术在汽车上的应用,为液压成形技术在副车架上的设计和制造积累了丰富的经验。
参考文献1 鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[j].上海汽车,2007,(6).2 刘钢.大截面差空心件内高压成形研究[J].材料科学与工艺,2004,(8).3 苑世剑.轿车副车架内高压成形[J].煅压技术,2004, (3).4 蒋浩民.管件液压成形技术及其在车身轻量化中的应用[J].汽车材料文摘,2008,(3).浅谈汽车爆胎危害与安全技术防范徐书坤 (马鞍山 240311)1 汽车轮胎爆胎原因及产生危害1.1 汽车产生爆胎原因从汽车爆胎产生原因看,有外界因素也有内在原因,主要有:车轮行驶在路上遇到异物的撞击或被割破;车辆过度超载,车胎安装位变动而挤压、磨擦;由于轮胎老化、胎侧帘线断裂等原因,在轮胎外侧出现鼓包或裂纹,局部强度降低,当高速行驶时如果内部胎压升高,造成爆胎;轮胎气压异常,包括胎压过高或胎压过低,或长期在烈日下曝晒,也是造成爆胎的原因。
1.2 轮胎气压异常对轮胎的影响轮胎气压异常对轮胎的影响主要表现在:当轮胎气压过高时,会引起轮胎伸张变形,胎体弹性降低,汽车在道路上行驶时所收到的动负荷也增大,如遇到路面冲击会产生内裂或爆胎,同样胎压过高还会使轮胎的接地面积减少,使胎冠中部磨损加剧,局部磨擦厉害。
胎压过低,则会使轮胎面的中部区域与路面间接触力量减少,胎肩承受的载荷增加,胎体受扁变形。
此时,轮胎的变性加大,刚度降低,易导致胎体帘布层呈环状断裂,严重时就会引发爆胎。
另外,随着胎压的下降,轮胎与地面的摩擦将成倍增加,胎温急剧升高,使得轮胎变软,强度下降,在这种情况下,如果车辆高速行驶,就可能导致爆胎。
1.3 爆胎产生的危害汽车产生爆胎,危害极大,尤其在重载和高速行驶条件下,会产生恶性交通事故。
据统计,在各种爆胎原因中,轮胎气压过高占20%,轮胎气压不足占57%,其他占23%。
因此,防止轮胎缺气行驶是减少爆胎产生的重要手段之一。
2 汽车轮胎爆胎安全技术防范预防轮胎爆胎的安全技术可分为两大类,一类是预防轮胎因非正常使用而造成爆胎的“预防”技术;另一类是在爆胎后进行挽救,防止车辆因爆胎而发生事故的“补救”技术。
2.1 轮胎压力监测系统(T P M S)由于轮胎气压异常是引发爆胎的最重要原因,因此,通过技术手段检测胎压,保持轮胎在正常胎压状况下行驶,是预防爆胎发生的重要手段。
