早在20世紀50年代，液壓脹管已用于生產管路中使用的銅合金T型三通管和自行車車架上的連接件，所用成形壓力小于25MPa,可生產的零件形狀簡單、精度低，主要問題是工藝參數可控性差?，F代內高壓成形與早期的液壓脹管工藝本質區別在于：

　?、俪尚螇毫Ω撸I生產壓力一般達到400MPa,有時達到1000MPa。

　?、诠に噮悼煽?，內壓與軸向位移按給定加載曲線實現計算機閉環控制，超高壓力控制精度達到0.2-0.5MPa,位移控制精度達到0.05mm。零件形狀復雜、精度高，可以整體成形三維曲線異形截面復雜結構件，主要用于汽車和飛機等機器零件的制造。

　　有兩個方面的技術突破促進了內高壓成形的發展：一是水介質超高壓動密封技術，實現生產條件下400MPa以上長時間超高壓穩定密封；

　　二是超高壓計算機閉環控制技術，不但要實現對給定加載曲線高精度的跟蹤，而且控制系統快速響應和反饋，以保證最快在30s左右完成個加工零件。

　　汽車結構減重以節約燃料、降低廢氣排放和提高車身整體安全性的需求促進了內高壓成形技術的快速發展。

　　20世紀80代初，德國和美國的研究機構和有關公司系統地開展了內高壓成形的基礎研究和應用技術。在德國，開展研究的大學主要有帕德伯恩大學和斯圖加特大學，開展設備和零件研制的公司主嬰有 Schuler公司、SPS公司和AP&T公司。在美國，開展研究和應用的主要有俄亥俄州立大學通用汽車公司(GM)、Van-Fom公司和 Hydrodynamic公司。德國帕德伯恩大學的 Dohmann教授是最早開始真正意義上的現代內高壓成形技術基礎研究的學者，他在 Journal of Materials Processing Technology雜志上發表的幾篇代表性論文，成為內高壓成形技術領域的經典之作。

　　內高壓成形技術應用的主要行業有汽車、航空航天、自行車和管路等。汽車是內高壓成形技術應用最廣泛的行業，在汽車上應用零件種類包括：

　?、俚妆P類零件，包括副車架、后軸、縱梁和保險杠等；

　?、谲圀w構件，包括儀表盤支梁、散熱器支架、座椅框、上邊梁和頂梁等；

　　③發動機與驅動系統，包括歧管和排氣管件、凸輪軸和驅動軸等；

　?、苻D向和懸掛系統，包括控制臂和轉向桿等。在飛機上的應用有空心框梁、發動機上中空曲軸和異形管件等。

　　在航天上應用火箭動力系統管路接頭和異形截面進氣道等。1990年，美國Van-Fom公司采用內高壓成形技術為克來斯勒汽車公司的小型商用車生產了儀表盤支果該件是世界上第一個批量生產的汽車內高壓成形結構件。1994年，福特汽車公司的 Conlour和 Mystique車型采用的副車架是北美地區第一個批量生產的汽車內高壓成形底盤件。德國奔馳汽車公司于1993年建立了其內高壓成形車間生產汽車底盤零件和各種結構件，隨后大眾公司和寶馬公司等歐洲汽車廠商開始在多個車型上應用了內高壓成形件。

　　德國、美國和目本等國家的許多學者通過理論分析、數值模擬和工藝實驗系統地研究了失效形式與加載路徑的關系、成形區間與成形極限，壁厚分布，管材性能測試和FLD建立、各向異性的影響、高壓下的摩擦行為及預成形坯優化等基礎理論問題。

　　根據塑性變形特點，本書作者較早提出把內高壓成形分為變徑管、彎曲軸線管和多通管三類進行系統的基礎理論和關鍵技術研究。

　　在變徑管內高壓成形方面,給出了缺陷形成機制、壁厚分布規律和壁厚分界圓，提出了“有益皺紋”作為預制坯的方法，并給出了“有益皺紋”需要滿足的兒何和力學條件，研制了低碳鋼、不銹鋼和鋁合金變徑管；在彎曲軸線管內高壓成形方面,把復雜截面抽象為矩形、梯形和長橢圓形三種典型截面，研究了典型截面過渡圓角充填行為、壁厚分布規律、缺陷形式及防止措施，提出了利用內凹形預成形坯降低整形壓力的方法，并將其應用在汽車結構件的研制中；在多通管內高壓成形方面,針對Y型斜三通管，研究了內壓與位移匹配、補料比和中間沖頭結構形式及后退速度對成形的影響，試制了薄壁不銹鋼和大直徑鋁合金斜三通管。為了揭示內高壓成形的塑性變形規律，針對三類內高壓成形過程，給出了不同成形階段、不同部位應力應變特點和典型點應力軌跡。

　　變徑管的結構特點是中間一處或幾處的管徑大于兩端，常用于汽車排氣管、飛機和火箭管路系統。從結構上看，變徑管又可以分為對稱和非對稱兩種形式，如圖1-7所示。非對稱變徑管又有上下不對稱、左右不對稱和完全不對稱三種結構形式。膨脹率是衡量變徑管內高壓成形技術水平和難度的一個重要指標，是指從原始管材周長成為零件最大截面周長的變化率，它與零件材料成形區長度、潤滑和加載路徑有關。

　　對于塑性好的材料和成形區長度為管徑2倍的對稱結構變徑管，在最佳加載路徑的條件下最大膨脹率可以達到100%，圖1-7(a)所示是德國SPS公司試制的不同膨脹率的變徑管。對于鋁金和低合金高強鋼材料，最大膨脹率通常小于50%。

　　對于同樣材料和成形區長度，非對稱變徑管山于變形的不均勻，成形難度大于對稱結構，低碳鋼非對稱變徑管的膨脹率一般小于60%。圖1-7(b)所示的上下非對稱結構變徑管，通過次預成形后膨脹率為75%。為了獲得較大的膨脹率，非對稱變徑管和低塑性材料通常需要一定形狀的預成形坯。

圖1-7典型變徑管件(來源：德國SPS公司)

　　(a)對稱結構變徑管；(b)不對稱變徑管。

　　采用“有益皺紋”作為預成形壞預先在成形區聚料，使得左右非對稱低碳鋼管的膨脹率達到75%，5A02鋁合金對稱管的膨脹率達到35%，該鋁合金材料延伸率僅為12%?？招妮S是變徑管的種特殊結構，其特點是壁厚大，壁厚范圍在4-8mm;材料強度高，多為低合金高強鋼或中碳鋼，因此成形壓力高、變形不均勻、難度大。德國SPS公司用內高壓成形技術制造 Wankel航空發動機空心曲軸。該軸材料為13CrMo,壁厚6mm,與實心軸相比減重48%。

　　彎曲軸線異形截面空心結構件的軸線是二維或三維曲線，典型截面形狀包括矩形、梯形、橢圓形以及這些形狀之間的過渡形狀。圖1-8是兩個典型的彎曲軸線異形截面空心結構件。副車架主管件是內高壓成形技術最具有代表性的異形截面構件。

　　圖1—8(a)是德國 Schuler公司用內高壓成形技術大批量制造的轎車副車架主管件。該件是一個典型三維曲線異形截面空心結構件與沖壓件相比，內高壓成形件零件數量由6個減少1個、質量減輕30%、生產成本降低20%和模具造價降低60%。圖1-8(b)是一個軸線為二維曲線、截面非常復雜的空心結構件。對于轎車上應用的內高壓成形結構件，管材外徑通常不大于100mm,壁厚一般不超過3mm。

　　目前世界上最長的低碳鋼內高壓成形件是美國通用汽車公司制造的長度12m的卡車縱梁。最長的鋁合金內高壓成形件是volvo大吉普上使用的縱梁，長度達到5m、鋁管直徑達到100mm,如圖1-9所示。直徑和壁厚最大的內高壓成形件是瑞典APT公司制造的長度為1.8m的重型卡車后軸，直徑達到了200m,壁厚達到了10mm,質量達到了60kg。

　　圖1-8彎曲異形截面空心結構件(來源：德國 Schuler公司)

　　(a)副車架主管件；(b)邊框梁。

　　多通管結構形式有T形三通管、Y形三通管、X形(十字)四通管和六通管等。在各種多通管中，Y形三通管為上下左右非對稱結構，成形難度最大。

　　多通管內高壓成形的主要指標是支管高度，T形三通管支管高度可以達到1倍原始管徑，Y形三通管支管高度可以達到0.75倍原始管徑。由于不銹鋼和鋁合金多通管壁厚越來越薄，成形初期容易起皺使得內高壓成形難度加大，對壓力和位移匹配控制精度要求更高。目前，對于外徑在30-50mm范圍的管材，最薄的壁厚能達到約1mm。

　　圖1-9鋁合金內高壓成形件

　　液壓沖孔是完成零件內高壓成形后，在內壓支撐下在零件上直接沖孔。其優點是在零件內部的高壓液體相當于軟凹模，支撐管壁不發生塌陷，在不能放置剛性凹模部位液壓沖孔的優點更為突出。圖1-8(a)所示副車架上的孔就是采用液壓沖孔技術加工的。目前，液壓沖孔最大直徑在20mm左右，沖孔最大壁厚3~4mm,一次同時沖孔數量多達10個以上。

　　液力脹接是以液體介質在軸管內加載產生局部變形，實現軸管和多個套環一次性整體連接的工藝方法，已經用于制造空心凸輪軸等軸類件。

　　【興迪源機械內高壓成形設備優勢】

　　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、南京航空航天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。

部分文段和圖片摘自：

《現代液壓成形技術》

作者：苑世劍

由興迪源機械編輯

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