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充液成型与内高压成型复合生产线研究安徽江淮汽车股份有限公司 马国礼 夏咪咪 王平 崔礼春 充液成型主要用于铝合金等传统成型困难的轻质材料的拉延生产，内高压成型主要用于管类件胀形及冲孔生产，上述两种生产设备及工艺具备多个共同点，如高压源、大吨位压机、液体介质等。单独生产线的建设费用高，利用其共同点，经过分析确认两种工艺所对应的主要设备可以复合在一套设备中。该复合生产线能够满足前期小批量实验生产，可以有效节约投资，提高设备利用率。 一、引言
随着雾霾天气增多，日益扩大的环境污染成为人们关注的焦点。汽车作为常见污染源的一种，得到人们特别的关注，尤其对汽车环保的要求日益加强。汽车企业从各方面出发，努力实现汽车对环境污染的降低。其中轻量化技术的普遍应用，是解决这些问题的关键途径。所谓轻量化，就是通过使用轻质材料、优化结构设计等方法来达到减重目的一种先进制造技术。轻量化有两个主要途径：一是材料途径，就是采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；二是结构途径，采用空心变截面、变厚度薄壁件等优化结构。本文分别从这两个方面入手，分析实现这两种不同成型类型产品的复合型生产工艺和设备。
二、成型原理
1．充液成型
充液成型是一种利用液体作为传力介质，代替刚性的凹模或凸模直接作用于板材进行成型的方法。其根据加压方式的不同分为两种：被动式和主动式，其原理如图1所示，被动式充液成型：流体作为辅助手段，先在凹模内充满液体，放上拉深坯料，施加一定的压边力，凸模下行进行拉深，同时启动液压系统使液体保持一定的压力，直到拉深结束，然后抬起凸模、压边圈，取出成型零件；主动式充液成型：流体作为主动加压方式，夹持装置与板材之间一般有密封装置，以防止液体的外泄。
对于被动式充液成型技术，即板材充液拉深成型技术，由于流体压力介质辅
助成型，可增加变形坯料与拉深凸模之间的有益摩擦，克服拉深凸模圆角部位坯料的破裂，提高零件的成型性及成型极限，具有节省工序、简化模具结构、降低成本、提高尺寸精度等优点。相比较主动式充液成型，其应用更为广泛。
（a） 被动式
（b） 主动式
图1 板材充液成型原理
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2.内高压成型
内高压成型是一种以管材为坯料，以油液为传压介质，在管材内部施加超
高压的同时，对管坯的两端施加轴向推力进行补料。因两种外力的合力作用，管坯产生塑性变形，最终与模腔内壁贴合，使管坯成为具有三维形状零件的现代塑性加工技术。内高压成型工艺适用于制造沿轴线具有不同截面形状的空心零件，截面形状可以为圆形、矩形或异型截面口。
卢允忠内高压成型工艺过程主要分为三大阶段，如图2所示。
图2 内高压成型原理及工艺过程
图3 SPS公司生产的大型板式充液成型机
图4 AP&T生产的同轴式板式充液成
型机
（1）初始充填阶段(a)：将管坯放入模腔并合模，两端的轴向冲头水平推进，形成密封。通过在预充液体将管内空气排出。
（2）成型阶段(b)：在管坯加压胀形的同时，冲头按设定的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坯基本贴靠模具。此阶段除过渡R 角外的大部分区域已经成型。
（3）整形阶段(c)：提高内压使过渡R角完全贴合模腔，工件完成成型。从截面形状(d)可看出，工件截面可为梯形、矩形、椭圆形或各种非规则形状。
三、工艺流程及设备
骑马机1．充液成型
生产工艺流程如下：金属材料库(定尺板料存放)—机器人上料—涂油—液压机充液成型—机器人下料—清洗—激光切割—冲压件库；
充液成型生产线应配置的基本设备有：涂油机、清洗机、充液成型机、外围设备(如激光切割机等)、自动化装置等。其中，最主要的设备是充液成型液压机，其提供大吨位的压边力、部分成型
力、高压液体介质等。目前国
外大吨位充液成型装备较为成熟，但核心技术严格保密，如图3、图4所示。
国内虽然起步较晚，但经过近几
年的发展，如天锻、合锻等设备制
造厂家也具备了生产大吨位液压机
的能力，部分研制产品已经在各科研单位或生产厂家投入实际生产，如图5所示。
图5 550t、1050t和1600t国产板形
件充液成型液压机
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图6 内高压成型生产线
胶管缠绕机图7 10000T管材充液成型机及其所
配置的超高压源
2．内高压成型
生产工艺流程如下：管类件—弯管机—液压机预成型—液压机终成型—清洗—激光切割—漂洗—涂防锈油—冲压件库。
一条专业的管形件内高压生产线应配置的基本设备有：割管机、弯管机、清洗机、内高压成型机、外围设备(如激光切割机、焊机等)、自动化装置等，如图6所示。其中，最主要
的设备同样是内高压成型液压机，其作用是提供合模力、管端轴向推力、
高压液体介质等，并按照设定的曲线控制内压和轴向推力，如图7所示。
3. 关键设备
大吨位液压机为以上两种工艺关键设备，其中充液成型机需提供给模具压边力和拉伸力，结构为双动，主要特点是滑块分为内外滑块两部分，内滑块提供拉伸力，外滑块提供压边力，以某5000t充液成型液压机为例，其主要参数如表1所示。
表1 某5000T充液成型液压机主要参数
序号规格单位参数1总公称力/kN 500002拉深滑块公称力/kN 350003压边滑块公称力
/kN 150004回程力/kN 35005设备系统压力/MPa 31
6工作台台面/mm 4500×25007
拉深滑块台面
/mm
1800×1600
内高压成型机需提供给模具合模力，结构为单动，需求吨位一般为3500t以上，其参数和普通液压机类似。
四、充液成型与内高压成型比较分析
本地摄像头依据成型原理，两种成型都以高压液体为传力介质，使材料根据模具的形状贴合，最终形成需要的工件。该高压液体为水基乳化液（在水中添加防腐剂等材料形成），通过特定的增压装置（高压源）使
其在密闭的环境中达到需求的压力，在使用过程中存在溢出损耗，需不定时增加。
生产线设备方面，都需要大吨位液压机设备以及高压源、自动化、涂油机、清洗机等相关辅助设备。上述两种生产线核心装备为大吨位液压机，在充液成型中需要压机内滑块提供主拉伸力，为双动结构，内高压成型时需要将内外滑块锁在一起即单动结构，共同施压，液压机其他部位无区别。
两种成型的主要差别在于成型液体压力，充液成型需求为0~60MPa，而内高压成型需求为200~250MPa。高压源为液体增压装置，提供以上需求压力，
也可以根据不同的需求配置不同的高压源装置。同时还有工艺流程的部分区别，如内高压需求弯管机和预成型，而充液成型则更贴近普通冲压生产的成型工序。
根据上述两种成型的原理和工艺设备的相同点，为我们将两种成型工艺和设备复合在一起提供了充分的条件。同一条生产线既可以生产充液成型的板形件，又可以生产内高压成型的管形件，对于中小批量的实验试制，将节约超过40%的一次性投入。
五、复合生产线工艺布局
根据上述对两种成型的对比分析，组成复合生产线是可行的，而且在成本投入上有较为可观的减少。本设备主要针对中小批量的生产、试验，如需要大批量生产，投入专业生产线更为合理。因为两种成
型的复合，如果将两种成型的所有设备都整合在一起，生产线既复杂又成本高，所以需要选择性的偏向一
种成型，将一种功能开发到最大，另一种成型兼顾，关键节约点为主设备共
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用，故在工艺布局方面根据不同偏向有两种不同的工艺布局，下面将分别进行叙述。
1. 以内高压为主生产工艺
此工艺布局是偏向于内高压成型，占地约18米×55米，以某种型号管形件为例，工艺流程为：管类原材料—弯管机—800T液压机预成型—5000T终成型—清洗—激光切割—漂洗—涂防锈油—冲压件库。以某种型号板形件为例，工艺流程为：铝板原材料—涂油—5000T成型—激光切割—冲压件库，其中主要差别为板形件涂油工序，该工序可以就近手工涂油完成。
图8 内高压成型工艺布局图
图9 板形件充液成型工艺布局图
2. 以充液成型为主生产工艺
此工艺布局是偏向于充液成型，占地约22米×40米，以某种型号板形件
为例，工艺流程为：铝板原材料—涂油—5000T成型—激光切割—冲压件库。以某种型号管形件为例，工艺流程为：管类半成品件—5000T终成型—冲压件库，其中主要差别为管形件预成型、成型后清洗、切割、涂油等工序需生产线外完成。
六、总结
两种不同生产工艺，毕竟差别较大，所以只能尽可能的优化布局，但还是需要牺牲掉某一种批量更小生产工艺的自动化率，用线下手工生产满足缺少部分工艺，从投资者角度考虑，使关键设备具有两种生产模式，可以有效节约设备一次性投入的同时，也减少了厂房、设备基础、水电气等其他辅助性投资，并可以满足中小批量生产和试验的能力，是一种较为可行的工艺改进手段，也响应国家节能减排的号召，为新车型轻量化提供有效的验证资源和小批量生产能力。 □
参考文献：
[1] 杜长胜、何成《汽车制造业》2015年第07期《铝合金覆盖件充液成形技术工艺研究》；
[2] 裴华军、马国礼、崔礼春 《现代零部件》2013年第6期《内高压成型工艺及设备概述》；
[3] 王春明、李立丰《金属加工 冷加工》2012年第12期《内高压成型机液压控制系统的研究》；
[4] 孟宝、万敏、吴向东、袁胜、许旭东、刘杰《机械工程学报》2013年12月《板材充液拉深动态加载系统开发及应用》；
[5] 宋鹏 《哈尔滨工业大学》2010年《5A02铝合金弯曲轴线超薄异型管内高压成型研究》；
[6] 滕宏春《锻压技术》2008年02期《圆管受轴压和充液内高压成型极限的理论解析》；
[7] 赵德春、任再青《装备制造技术》2006年03期《超高压液压系统的设计》；
[8] 刘钢、韩聪、王小松、苑世剑《现代零部件》2011年第3期《内高压成型技术与装备》；
[9] 王会廷、高霖、沈晓辉、陈明和《中国有金属学报》2010年05期《铝合金2A12-O的动态充液拉深》；
[10] 苑世剑、何祝斌、刘钢、王小松、韩聪《中国有金属学报》2011年10期《内高压成形理论与技术的新发展》。
[11] 张帆、郎利辉、程鹏志、王韬、武海《锻压技术》2014年3月《异形截面构件多工序充液成形工艺及过程优化》；
[12] 曹婷婷、薛克敏、李萍、陈龙 《锻造与冲压》2011年11月《拼焊板汽车覆盖件的充液拉深成形》。
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