液压成形，一种新的先进制造技术

液压成形是指利用液体或模具使工件成形的一种塑形加工技术，也称液力成形。它是用液体的压力代替刚性的凸模或凹模对板料进行塑性加工的方法，如弯曲、拉深、平板毛坯的胀形、空间毛坯形状的胀形等。

相较于传统的冲压、焊接等成形技术，液压成形是一种新的金属成形技术，它可成形各种复杂制件，并具有得到制件表面质量好、减少工序、简化模具和不需特殊的冲压设备等优点。

一开始主要应用于航空航天、汽车制造等领域，随着技术的不断发展成熟，如今在民用制造领域也逐渐应用开来。

按使用的液体介质不同，可将液压成形分为水压成形和油压成形。水压成形使用的介质为纯水或由水添加一定比例乳化油组成的乳化液;油压成形使用的介质为液压传动油或机油。

按使用的坯料不同，液压成形可以分为三种类型：管材液压成形、板料液压成形和壳体液压成形。而管材液压成形使用的压力较高，又称为内高压成形。

三种液压成形技术的比较

注：板料液压成形使用的介质多为液压油，最大成形压力一般不超过100MPa。壳体液压成形使用的介质为纯水，最大成形压力一般不超过50MPa。内高压成形使用的介质多为乳化液，工业生产中使用的最大成形压力一般不超过400MPa。

除了上述一些共有的特点，这三种不同的液压成形技术又有各自的一些特点。

1

管材液压成形(内高压成形)

管材液压成形技术是用管材作为原材，通过对管腔内施加液体压力及在轴向施加负荷作用，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成形技术。是适应汽车和飞机等运输工具结构轻量化发展起来的先进制造技术。

特点是可以整体成形轴线为二维或三维曲线的异型截面空心零件，从管材的初始圆截面可以成形为矩形、梯形、椭圆形或其他异型的封闭截面，如图所示。

空心异形截面零件

优点有：

① 成轻质量，节约材料(框、梁类减轻20%-40%，空心轴可以减轻40%-50%)；

②  减少零件和模具重量，降低模具费用；

③  可减少后续机械加工和组装焊接量，提高生产效率；

④  提高强度和刚度，尤其是疲劳强度；

⑤  材料利用率高(达到90%-95%)；

⑥  降低生产成本。

缺点：

①  内压高，需要大吨位液压机作为合模压力机；

②  高压源及闭环实时控制系统复杂，造价高；

③  零件研发试制费用高。

它的成形工艺大致可分为三个阶段：

第一个阶段，填充阶段，将管材放在下模内，然后闭合上模，使管材内充满液体(并排除气体)，将管的两端用水平冲头压封;

第二个阶段，成形阶段，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材基本贴近模具;

第三个阶段，整形阶段，提高压力使过度区圆角完全贴靠模具而成形为所需的工件，这个阶段基本没有补料，从截面看可以把管材变为矩型、梯型、椭圆型或其他异型截面。

工艺的完整工作过程如下：

它的工艺参数主要有：

①  初始屈服压力

管材开始发生塑性变形时所需要的内压

②  整形压力

用于成形截面过渡圆角，并保证尺寸精度

③  轴向进给力

实现轴向补料 

④  合模力

使模具闭合不产生缝隙

⑤  补料量

减少成形区壁厚减薄，并提高膨胀率

2

板料液压成形

板料的液压成形技术经过二十年来的发展，受到各个领域的普遍重视，在国外工业发达国家已经大量应用到航空、航天、汽车以及家用电器制造中。

板料液压成形是利用液体作为传力介质来传递载荷，使板材成形到单侧模具上的一种板材成形方法。它的优点主要有：

①在摩擦保持效果压力作用下，板料与凸模之间形成摩擦保持效果，这样可增强凸模圆角区板料的承载能力，提高成形极限，从而减少成形次数。

②流体润滑效果液室中液体压力作用使得板料紧贴在凸模上，液体在凹模上表面和板料下表面之间形成流体润滑，这样可减少零件表面划伤，使零件质量好，尺寸精度高，壁厚分布均匀。

③抑制曲面零件起皱，由于成形板料下面的反向液压作用消除了曲面零件等在凹模孔内的悬空区，使坯料紧贴凸模，并形成“凸梗”，减小了半球、锥形等复杂件拉深时的“悬空段”，有效控制了材料内皱等缺陷的发生。

④可以在减少模具和无模具的情况下，加工出复杂曲面的汽车板料成形工件，把传统刚性成形工艺的多次拉伸成形工艺改变成为一次性的柔性成形，提高成形件的表面精度和内在强度，能够节约大量的模具设计、制造、调试的人力、物力和时间，尤其在多品种小批量的大型板材成形生产中，能克服费用和时间的限制.使产品更新换代越来越快。

根据液体介质取代凹模或凸模可将之进一步分为充液拉深(用液体介质代替凹模)和液体凸模拉深(以液体介质作为凸模)。

充液拉深：热态充液拉深，将材料的温热性能与充液拉深的技术优势结合起来，可使铝合金及镁合金等成形性能差的轻体材料成形能力得到提高，促进其在航空航天领域的应用。

充液拉深成形技术

(a)充液阶段  (b)施加压力阶段 

(c)成形阶段  (d)成形结束

充液拉深成形技术的优点有提高成形极限和减少形道次，缺点有由于充液需要时间，生产效率低，成形设备的吨位也大，给搬迁安装造成一定不便。

液体凸模拉深：液体凸模拉深成形是以液体介质代替凸模传递载荷，液压作为主驱动力使坯料变形，坯料逐渐流入凹模，最终在高压作用下使坯料贴靠凹模型腔，零件形状尺寸靠凹模来保证。这一成形法通过合理控制压边力可使坯料产生拉-胀成形，应变硬化可提高曲面薄壳零件的刚性、压曲抗力和抗冲击能力。因此，它非常适于铝合金和高强钢等轻合金板料形状复杂(特别是局部带有小圆角)、深度较浅的零件成形。

液体凸模拉深成形技术

液体凸模拉深技术的优点是可成形深度较大的复杂型面零件，缺点和充液拉深技术相似，即充液需要时间，吨位较大。

3

壳体液压成形

壳体液压成形是采用一定形状的封闭多面壳体作为预成形坯，在封闭多面壳体充满液体后，通过液体介质在封闭多面壳体内加压，在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于最终的壳体形状。最终壳体形状可以是球形、椭球形、环壳和其他形状壳体。

球形容器无模液压成形

(a)下料 (b)弯卷 (c)组装焊接 (d)液压胀形

它的成形工艺是先由平板经过焊接形成封闭多面壳体，然后在封闭多面体内充满液体介质(一般为水)，并通过一定加压系统施加压力，在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于球壳。

主要优点有不需要模具和压力机;容易变更壳体壁厚和直径;产品精度高;降低成本，缩短制造周期。

缺点是：

①由于该技术为“先焊接后成形”，封闭多面壳体的焊缝在成形过程中承受一定的塑性变形，如果焊缝质量存在问题，会引起开裂，造成整个壳体报废。对于厚板和低合金钢这种问题更严重。因此，控制焊接质量是关键所在。

②对于大型壳体，成形过程的支撑基础难度大、费用高。例如，直径12.3m的球壳，容积为1000m3，需要解决支撑1000t水及壳体自重的基础。

与普通拉深一样，压力过大，在凸坎与直壁相接处容易成形爆破。

工艺的基本过程是先由平板或经过辊弯的单曲率壳板组焊成封闭多面壳体，然后再封闭多面壳体内充满液体介质(通为水)，并通过一个加压系统向封闭多面壳体内施加内压，在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于球壳。

对于单曲率壳体，该工艺的主要工序为:下料---弯卷---组装焊接---液压成形。

长远看，壳体液压成形将选用轻质传力介质，因为水作为目前的传力介质具有成本低和清洁的优点，但是对于大型壳体，水的质量很大，限制了该技术的发展应用，因此开发密度小于水的介质是壳体液压成型技术的一个主要发展方向。

在焊接环节，将应用高能束焊接技术和自动化工艺焊接封闭壳体。目前封闭壳体多采用手工电弧焊，容易引起焊接接头质量问题导致成形时开裂。

在材料方面，铝合金等轻质材料也是球壳液压成形的一个方向。

注：本文部分内容根据百度百科等网络资料综合整理。

文章来源：明说 液压成形

免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删除！