內高壓成形技術主要的特點是可以整體成形軸線為二維或三維曲線的異型截面空心零件，從管材的初始圓截面可以成形為矩形、梯形、橢圓形或其他異型的封閉截面，本文興迪源機械帶來內高壓成形技術的技術特點、優點及缺點詳解。

　　一、內高壓成形技術的主要特點及結構輕量化途徑：

　　1）內高壓成形主要特點：

　　內高壓成形技術主要的特點是可以整體成形軸線為二維或三維曲線的異型截面空心零件，從管材的初始圓截面可以成形為矩形、梯形、橢圓形或其他異型的封閉截面，如圖所示。傳統制造工藝一般為先沖壓成形兩個或兩個以上半片再焊接成整體，為了減少焊接變形，一般采用點焊，因此得到的不是封閉的截面。此外，沖壓件的截面形狀相對比較簡單，很難滿足結構設計的需要。

　　2）內高壓成形結構輕量化途徑：

　　內高壓成形是適應汽車和飛機等運輸工具結構輕量化發展起來的先進制造技術。結構輕量化有兩條主要途徑：

　　一是材料途徑，采用鋁合金、鎂合金、鈦合金和復合材料等輕質材料；

　　二是結構途徑，采用空心變截面、變厚度薄壁殼體、整體等結構。根據統計，對于一定的減重目標，在航天航空領域，采用輕質材料減重的貢獻大約為2/3，結構減重的貢獻大約為1/3；而在汽車行業，與之相反，主要采用結構減重的途徑。當材料一定時，減重的主要方法是設計合理的輕體結構。對于承受彎扭載荷為主的結構，采用空心變截面構件，既可以減輕質量又可以充分利用材料的強度。

　　空心異形截面零件

　　(1)對于載荷大小變化的情況,在保證強度的基礎上,通過設計合理的變截面,適應不同的載荷,以減輕結構質量。

　　如圖所示,對于一個懸臂梁,根據彎矩載荷特點(圖(a)),有三種不同的設計方案,從強度的角度來看,三種結構的強度均可滿足使用要求。

　　圖(b)所示為等強結構方案,各截面強度相同,材料承載效率最高,質量最輕,但是截面變化形狀為二次曲線,加工難度最大;

　　圖(c)為等截面方案,S2和S3截面強度明顯過剩,所用材料最多比等強結構方案約多1倍,最容易加工;

　　圖(d)為變截面結構方案,本例設計了三個變截面,S2、S3與S1強度相同,該方案與等截面方案比較,節約材料1/3,比等強方案容易加工。一般情況下,等強結構形狀復雜,成形加工難度大因此空心變截面設計是合理結構選擇,既保證了強度要求,又達到節約材料、減輕質量和簡化工藝的目的。

不同結構的懸臂梁(a)彎矩圖;(b)等強結構;(c)等截面結構;(d)變截面結構。

　　(2)在相同質量下,截面形狀不同時其截面模量不同,可通過選擇截面形狀提高結構的剛度和強度。

　　例如在相同質量的前提下,將一個直徑d63.5mm壁厚2mm的圓管,成形為不同的矩形截面,其抗彎模量發生明顯變化,如下表所示。

　　從表中可以看出,將圓形管材成形為正方截面時,抗彎模量提高27%;成形為長寬比為1.5:1的矩形截面時,沿y軸抗彎模量提高66%。這樣僅通過改變截面的形狀就可以提高抗彎強度。

　　不同形狀截面的抗彎模量

　　(3)采用空心結構代替實心結構。下圖所示為一個實心梁和空心梁的比較,在保證強度相同的條件下,采用空心變截面結構,其質量由實心結構的46.2kg(下圖(c))減少到空心結構的16.8kg(下圖(d)),減重64%。對于空心結構的制造,如果采用機械加工,初始棒料的質量為168.3kg,將有90%材料被浪費;如果采用管材通過內高壓成形該空心變截面梁,所用管材的質量僅17.2kg。采用內高壓成形件制造既可以減輕結構質量,又可以節約材料。

實心梁和空心梁比較（mm）（a)簡支梁;(b)彎矩圖;(c)實心梁;(d)空心梁。

　　(4)采用封閉截面結構代替焊接截面結構。在傳統的點焊或搭焊截面結構中,存在著焊接的法蘭邊,質量增加,同時由于焊點的存在,結構的疲勞性能低。

　　例如,對于同一個76.2mm×63.5mm的截面,分別采用三種不同的截面結構設計,如下圖所示,其中圖(a)為氬弧焊搭接結構,圖(b)為法蘭點焊結構,圖(c)為整體封閉截面結構。

　　從減重效果來看,采用封閉截面結構代替搭接結構,可以減重9%;代替法蘭點焊結構減重效果更明顯,可以減重21%。

　　二、內高壓成形優點：

　　由于內高壓成形能加工沿著構件軸線截面形狀和尺寸不同的封閉空心截面零件,可以綜合上述四種輕體結構設計途徑,達到減輕質量、節約材料和簡化工藝的目的。從工藝技術角度,內高壓成形與沖壓焊接工藝相比的主要優點有：

　　(1)減輕質量,節約材料。

　　前面舉例詳細介紹了內高壓成形件實現結構減重的方法。下表是汽車上采用沖壓焊接件與內高壓成形件的產品質量對比總體來說,對于框、梁類結構件,內高壓成形件比沖壓件減輕20%~40%;對于空心軸類件可以減輕40%~50%。

　　(2)減少零件和模具數量,降低模具費用。

　　內高壓成形件通常僅需要一套模具,而沖壓件大多需要多套模具。副車架零件由6個減少到1個;散熱器支架零件由17個減少到10個。

　　(3)可減少后續機械加工和組裝焊接量。

　　以散熱器支架為例,散熱面積增加43%,焊點由174個減少到20個,裝配工序由13道減少到6道,生產率提高66%。

　　(4)提高強度與剛度,尤其提高疲勞強度。

　　仍以散熱器支架為例,垂直方向提高39%,水平方向提高50%。

　　(5)材料利用率高。

　　內高壓成形件的材料利用率為90%-95%,而沖壓件材料利用率僅為60%~70%。

　　(6)降低生產成本。

　　根據德國某公司對已應用零件統計分析,內高壓成形件比沖壓件平均降低15%-20%,模具費用降低20%-30%。

　　封閉截面和搭焊截面結構(mm)(a)MIG焊搭接結構；(b)點焊搭接結構；(c)整體封閉截面結構；

　　沖壓件與內高壓成形件的質量對比

　　三、內高壓成形的主要缺點:

　　①由于內壓高,需要大噸位液壓機作為合模壓力機。例如,對于內徑100m和長度2.5m的管材,當成形壓力100MPa時,合模力25000KN;當成形壓力200MPa時,合模力50000KN

　　②高壓源及閉環實時控制系統復雜,造價高。

　　③由于成形缺陷和壁厚分布與加載路徑密切相關,零件試制研發費用高,必須充分利用數值模擬進行工藝參數優化。

　　【興迪源機械內高壓設備優勢】

　　興迪源機械是以內高壓成形技術為核心，以內高壓成形機、內高壓水脹成形機、內高壓板材充液成形機、內高壓三通機等設備為主導產品的生產廠家。公司建立有液力內高壓成形機械工程技術研究開發中心，并與中國科學院金屬研究所、南京航天航空大學等院校開展長期的科研課題開發合作。

　　自2007年創立以來，興迪源機械一直致力于內高壓成形的技術創新和產品研發。主營產品范圍從生產普通液壓設備，現今發展至生產、研發國內頂尖流體壓力成形技術的鍛壓設備。