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液壓技術利用----液壓成形技術

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:310时间:2019-11-14

因應運輸工具輕量化、高性能、省能源之發展趨勢,自1990年代起管件液壓成形(TubeHydroforming)或稱管件內高壓成形(InternalHighPressureForming)技術受到產業界及學術界極大諦視而蓬勃發展,目前已成為國際間汽車產業主流製造技術之一,包括:德國雙B、VW 、AUDI、OPEL ,美國GM、FORD 、CHRYSLER,日本TOYOTA、HONDA 、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI ,韓國KIA 、Hyundai等均已投進生產或試量產,首要利用為底盤件、車身結構件與排氣係統零組件,在其它產業利用亦不斷擴大中,遠景十分廣闊。管件液壓成形技術具有:減輕重量/節省能源、產品一體型化、剛性佳 、進步產品性能/精度及創新性,且在生產過程中可減少半成品零件數目,減少焊接、機械加工與產品組裝道次等後加工處理,有效降低生產本錢、縮短加工周期等優點。 1.技術道理管件液壓成形技術,適用於異厚異形當中空結構管件,顧名思義是先將管材置於具外形的模具中,藉由管件內部加進高壓流體(目前首要以水為主),搭配軸向施加壓力補償管料,把管料壓進到模具腔體內成形。其成形所需之液壓力一般約2000Bar,特殊狀況下甚至高達4000Bar。適用材料和利用範圍:具備良好的可延伸性為液壓成形法的關鍵,原則上適用於冷間成形加工的材料均適用於管件液壓成形技術,目前首要以:碳鋼、特殊鋼、不鏽鋼、鋁合金、銅合金等為主。2.技術特點利用管件內高壓技術可達到減少結構件零件數目、焊接道次並縮短組配時間,達成減輕重量及降低本錢之目標,其優點因產品之不同而有所不同,相較於傳統生產技術的上風包括:1.減輕重量:與車削、搪孔相比,管件液壓成形之空心軸類可減輕40%~50%,有些甚至可達75%;若與衝壓焊接件相比,汽車上用管件液壓成形的空心結構件可減少20%~30%。2.減少半成品零件數目:在成形過程中可一次加工出如引擎托架、頂蓋板架、門框等大型複雜的3D幾何外形的工件。與衝壓焊接件相比,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.降低模具用度:管件液壓成形件通常僅需要一套模具,而衝壓焊接件由多個衝壓件焊接而成,是以需要多套衝壓模具 。4.減少後續機械加工和組裝焊接量:以散熱器支架為例,焊接點由174個減少到20個,製造道次由13道減少到6道,生產效率進步66%。5.進步強度、剛性及疲憊強度:成形過程中液體具冷卻感化,使工件被"冷作強化",獲得比一般衝壓加工更高的工件強度。以散熱器支架為例,垂直方向進步39%;水平方向進步50%。6.降低生產本錢:SchulerHydroforming公司對已利用的產品進行分析,管件液壓成形件比衝壓焊接件本錢均勻降低15%~20%,模具用度降低20%~30%。7.創新性:克服傳統製程限製,利用於新產品設計開發。3.國內外產業利用現況從近10年來的利用發展曆程來看,如【圖2】所示,汽車業無疑地為最大之利用產業,產品也由儀表板支架、引擎支架、散熱器支架等擴大至車架滑軌(FrameRail)、引擎副支架(SubFrame)等項目的使用;另外,在其它車輛產業中,機車之車架、後臂(RearArm)也於2002年正式利用在哈雷、Yamaha等越野車的車款中,自行車的車架、搖臂及上管也有廠商利用的軌跡。至於水龍頭、閥成品、球形容器、超導加速器、管配件等產品,也利用液壓成形技術來達到其質量及消費者需求。以下就液壓成形技術相關利用產品作一具體說明。在機車液壓成形零組件上的利用廠商則屬哈雷及YAMAHA公司。在YAMAHA方麵,首要將其液壓成形技術利用於2002年的WR250F(四行程之越野車)的搖臂ngarm)方麵,以減輕重量並進步剛性。至於在哈雷公司的利用方麵,則是由哈雷產品發展中間(Harley\'sProductDevelopmentCentre)將液壓成形技術利用於該2002年的V-Rod車款之車架中 ,以形成無焊接性且具剛性之結構,該車架采用1.5吋管件在預彎後以高壓成形方式製成複雜的三次元結構。4.管件液壓成形技術研究發展動向目前的研究重點為如何進步液壓成形技術的競爭力 ,包括:降低本錢支出(起始設備投資) 、進步生產率及產量、進步材料使用率、製程公道化 、不良率降低和一體型液壓成形零件開發等 ,首要研究發展項目說明如下:4.1管材成形性分析技術首要為材料特性基礎數據與實驗方法之建立,包括:鼓脹分析(Bulgingtest)、活動應力(K、nvalue)、管件成形極限圖(FLD)等。.2管件液壓成形CAD/CAE技術的利用為了降低本錢、縮短產品開發時程、進步開發成功率,CAD/CAE對新的液壓成形技術也愈來愈首要。數值模擬能精確地反映管件液壓成形過程、展看成形缺陷、顯示工件貼模與成形情況 、計算出壁厚分布。而且可以方便的調整內壓與軸向位移的搭配關係,研究其對成形缺陷和壁厚分布的影響,以獲得最好的加載曲線。是以管件液壓成形的CAE模擬亦受到各國研究者和產業界的重視 。5.液壓成產業發展趨勢以目前液壓成形技術的利用市場來看,無疑地,汽車業為未來最大的開發市場。液壓成形技術最成功的利用應屬汽車底盤,其廣受歡迎的主因是:高剛性 、尺寸精度與穩定性高、較為耐蝕、工件數少、製程簡化、降低本錢。是以,管液壓成形組件需求戲劇性的快速增加 。此一需求將迫使液壓成形設備生產者和底盤係統供貨商加速開發相關技術 。未來北美市場之汽車車體架構可能由液壓成型組件取代,其理由包括:(1)當局法規—企業均勻燃料經濟(CAFE) :此一法規已讓北美的汽車生產廠商大為緊張 。在一加侖油花費不到一瓶飲用水的年代,消費者是不願意放棄犧牲汽車寬敞 、性能表現或者安全來節省燃料。然而當CAFE法規與顧客期看相互矛盾時,工程師必須發展更具燃油效率和重量更輕的車輛。(2)安全:撞擊試驗標準愈來愈多,加上顧客對車輛安全的認知與重視,促使OEM廠商必須在不犧牲燃料效率下改進車體安全。(3)車輛的性能表現:在美國公路上的均勻限速是每小時68.5英裏,歐洲更有很多國家高速公路無速限限製,車輛性能必須跟得上顧客的期看。(4)加速進進市場:過往一輛新車從產品概念到市場推出通常需要4-6年的時間 。車輛性能表現、款式和對市場需求的滿足點子是早在發展過程剛開始就已確立。所以這段時間拖得越長,代表觀念越輕易過期、市場風險越高,不利產品在市場銷售。為了保證將來車輛載具的成功,OEM業者須將此一時程縮短百分之50或更多。而管件液壓成形技術即是能滿足顧客在安全、輕量化及時效要求的關鍵技術之一。(5)根據美國鋼鐵研究院汽車利用委員會的調查結果,在北美製造的轎車中,空心輕體件在轎車總量的比例已從15年前的10%上升到16% ,而在中型商用車、大吉普車和小貨車的比例還要更高。估計到2004年北美生產的典型車型中將有50%結構體零件采用管件液壓成形技術製造 。(6)DaimlerChrysler預估,2005年管件液壓成形零組件將較2000年景長3倍。(7)Dana公司(汽車零組件國際大廠)預估,2004年管件液壓成形零組件將占汽車底盤零組件的50%,為此 ,Dana將於未來五年內於加州、泰國、巴西、委內瑞拉及阿根廷等國家最少建立起12台以上的液壓成形機生產線的能量。(8)GlobalTradeConsulting最新的報告指出,美國汽車用液壓成形零組件在1998年產值為7.3億美元,2000年約達16億美元,2001年有約達19億美元,而在未來3年(2002~2004年)內,年均勻成長率將可達到20%。1頁

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