Hydrovormen van plaatmetaal: proces, voordelen en toepassingen

plaatmetaal hydrovormen

In tegenstelling tot conventioneel mechanisch persen, maakt hydrovormen van plaatmetaal gebruik van vloeistofdruk om complexe vormen te creëren. Het is in wezen een dieptrekproces waarbij gecontroleerde druk van een vloeistof de plaat in de matrijs trekt. Verschillende industrieën gebruiken hydrovormen om plaatmetalen onderdelen te vervaardigen uit kneedbare materialen, waaronder aluminium, koper, messing en roestvrij staal. 

Hydrovormpersen helpen de behoefte aan lassen en montage te verminderen. precisie metaalbewerkingEn het biedt bovendien meer controle over toleranties. Daarnaast produceert hydrovormen onderdelen zonder oppervlakte-imperfecties, omdat de stempel niet direct in contact komt met het plaatmetaal. 

In dit artikel worden het concept, het proces, de typen, de compatibele materialen, de voordelen en de toepassingen van plaatmetaalhydrovorming besproken.

Laten we beginnen.

Wat is hydroforming? Concept en betekenis

Hydroformingproces

Het is een koudvervormingsproces dat wordt gebruikt om complexe plaatmetalen onderdelen te vormen door werkstukken met hoge vloeistofdruk in een matrijs te persen. Een metalen plaat wordt over de matrijs geplaatst, waarna een met vloeistof gevuld membraan of stempel de plaat tegen een stijve matrijs drukt. Hierdoor neemt de plaat door plastische vervorming de vorm van de matrijs aan.

Geschiedenis van de hydrovormtechnologie

Het concept van hydrovormen in plaatwerk vormen De hydrovormtechniek werd in 1956 door Milacron R&D Cincinnati op onderzoeksschaal geïntroduceerd. Eind jaren negentig wonnen hydrovormmachines aan populariteit op industriële schaal. Na 2007 kwamen numeriek gestuurde hydraulische vormpersen op de markt, en deze zijn in de loop der tijd steeds verder ontwikkeld op het gebied van automatisering en productiecapaciteit.

Aanvankelijk werd hydrovormen in de industrie gebruikt voor eenvoudige onderdelen, zoals lichtreflectoren, ondiepe behuizingen voor huishoudelijke apparaten en op maat gemaakte panelen. Tegenwoordig worden er echter ook zeer nauwkeurige en complexe onderdelen mee vervaardigd, waaronder onderdelen voor elektrische voertuigen, lichtgewicht componenten voor de lucht- en ruimtevaart en structurele verstevigingen voor autochassis. 

Betekenis in de fabricage 

De vloeistofondersteunde druk zorgt voor een gelijkmatige spanningsverdeling tijdens het vormingsproces. Dit maakt een consistente vervorming en nauwkeurige vormgeving van de ontworpen onderdelen mogelijk. Daardoor is hydrovormen flexibel bij complexe ontwerpen, zoals diepgetrokken onderdelen, dubbelgekromde profielen en onregelmatige geometrische vormen.

Proces van plaatmetaalhydrovorming 

Het hydrovormproces maakt gebruik van een hydraulische pers, speciale matrijzen en een vloeistofregelsysteem om plaat- of buisvormige metalen onderdelen te vormen. De pers bestaat doorgaans uit een klemcilinder, een as-perscilinder of een hogedrukgenerator om het proces uit te voeren. 

Laten we vervolgens de stappen van het hydrovormingsproces nader toelichten. 

Stap 1: Ontwerp en materiaalkeuze

Onderdeelontwerp voor hydrovormen

Ontwerp het onderdeel of product dat u wilt vervaardigen door de vorm, kenmerken, oriëntatie en afmetingen duidelijk te definiëren. Optimaliseer vervolgens de maakbaarheid, rekening houdend met de mogelijkheden van de gebruikte apparatuur en gereedschappen. Voer een eindige-elementenanalyse (FEA) uit om het krachtenpad en de vervorming te valideren. Kies vervolgens het materiaal dat het beste aansluit bij uw toepassingsvereisten. 

Stap 2: Instellen van machine en gereedschap

Hydrovormgereedschap 

De volgende stap is het nauwkeurig kalibreren van de hydrovormpers en de bijbehorende gereedschappen. Monteer de onderste matrijs en zet deze vast met een hydraulische zuiger om de neerwaartse beweging te vergemakkelijken. Installeer een slijtplaat om een ​​soepele krachtoverdracht te garanderen. Stel vervolgens de vormkamer, het drukvloeistofsysteem, het membraan en de plaathouder in. 

Stap 3: Vormingsparameters instellen 

Hoewel hydrovormen een koudvormingsproces is, kan de vloeistof (olie of water) in het druksysteem worden verwarmd. Kies in dat geval de juiste temperatuur. Houd vervolgens rekening met het benodigde tonnage. Machines hebben doorgaans een capaciteit van 2,500 tot 10,000 ton en produceren een druk van 700 tot 4,000 bar. 

Stap 4: Fabricage door middel van hydrovormen

Hydroforming plaatfabricage

Na de voorbereiding plaatst u de plaat over de matrijs, verlaagt u het vloeistofniveau via het besturingssysteem en sluit u de pers. Vervolgens wordt de druk via het rubberen membraan op de plaat overgebracht. Zodra het proces is voltooid, laat u de druk in de bovenste matrijs los en werpt u het gevormde onderdeel uit. 

Stap 5: Nabewerking en afwerking 

Na het vormen, snijdt u de randen van het onderdeel bij zonder de maatvastheid aan te tasten. Kies vervolgens een geschikte oppervlakteafwerking/coating voor oppervlaktebescherming en esthetische doeleinden, indien gewenst. Denk bijvoorbeeld aan polijsten, anodiseren, galvaniseren of poedercoaten.

Lees verder: Buigtechnieken voor plaatwerk

Metaalplaat versus Buishydrauliekvormingsparameters

Bij buishydrovormen worden gesloten matrijzen en een axiale cilinder gebruikt, en de druk is hoger dan bij plaathydrovormen. Qua proces vereist het een nauwkeurigere materiaalcontrole om vervorming te voorkomen. 

Parameters voor buishydrovorming 

Vloeistofdruk 

Hoge druk zorgt ervoor dat de buis in de matrijs uitzet en de vorm ervan behoudt. Stel dat u de maximale druk van een specifiek materiaal wilt bepalen op basis van de vervormbaarheid. U kunt dan de vloeistofdruk en de axiale kracht simuleren op een computer om deze te optimaliseren.

Vormingsdruk (Pf) = T x  tr

Waarbij T de treksterkte is, r de matrijsradius en t de wanddikte.

Ram sluitkracht

De sluitkracht van de ram kan worden bepaald door middel van simulatie of met behulp van de gegeven formule:

Sluitkracht (Fc) = Pf x L x Di

Waarbij Pf de vormingsdruk is, L de buislengte en Di de binnendiameter van de buis.

Interne afdichtingsdruk 

De druk die nodig is voor het afdichten van de uiteinden van buizen kan worden berekend met de gegeven formule.

Afdichtingsdruk( Ps)= {π(Dt) . Fc} + Pf x π 2 x (D-2t)4

Waarbij Fc de sluitkracht van de ram is, Pf de vormingsdruk en D de buisdiameter. aen t is de diktes

Parameters voor plaathydrovorming

De vervormingskracht, temperatuur, vloeistofdruk en verplaatsing van de stempel zijn de belangrijkste parameters bij het hydrovormen van plaatmetaal. Al deze parameters kunnen worden bepaald met behulp van computersimulaties. Bovendien kunt u de benodigde vervormingskracht berekenen met de volgende formule.

Vervormingskracht (Fd) = T x Lt² W

Waarbij W de openingsbreedte is, t de plaatdikte, L de buislengte en T de treksterkte.

Hydrovormmaterialen 

Het hydrovormproces omvat het bewerken van platen en buizen van diverse materialen, waaronder staal, roestvrij staal, messing, aluminium, koper, nikkel en brons. De materiaalkeuze beïnvloedt de vormdruk, de terugvering, de wandverdunning en andere factoren. Dit komt doordat het hydrovormproces sterk afhankelijk is van de treksterkte, de vloeigrens en de vervormbaarheid van het werkstukmateriaal.

Hieronder vindt u een lijst met de belangrijkste materialen die geschikt zijn voor hydrovorming:

Voordelen van hydroforming

Hydrovormen produceert complexe onderdelen met een hoge structurele stijfheid. Het vereist eenvoudige gereedschappen en is sneller dan conventioneel trekken, waardoor de productie-efficiëntie wordt verhoogd en de kosten worden verlaagd. 

Andere voordelen van hydrovormen zijn:

• Complexiteit van de onderdelen: Deze methode kan produceren plaatwerk buigen en het vervaardigen van onderdelen met complexe krommingen en andere ingewikkelde geometrische kenmerken in één enkele bewerking. Het vermindert (of elimineert) ook de noodzaak tot assemblage. 
• Lichtgewicht onderdelen: Dunne platen kunnen door middel van hydrovorming worden vervaardigd, waardoor lichtgewicht onderdelen kunnen worden geproduceerd. 
• Snellere cycli: Het verkort de perstijd met wel 70% in vergelijking met conventionele stempelprocessen. 
• Minimale oppervlaktedefecten: Omdat er geen metaal-op-metaalcontact is tussen de plaat en de stempelpers, minimaliseert (elimineert) hydrovormen oppervlakte-imperfecties. 
• precisie: Hydrovormen produceert nauwkeurige onderdelen omdat het proces een betere controle over de druk mogelijk maakt, met een tolerantie van ±0.005 inch of lager.

Industriële toepassingen van hydrovormen

Hydrogevormde plaatmetalen onderdelen

Fabrikanten in diverse industriële sectoren maken gebruik van hydrovormen vanwege de precisie en herhaalbaarheid. Dit proces maakt het mogelijk om onderdelen met complexe contouren, verbindingen en schroefdraad sneller te produceren dan met conventionele vormmethoden, en vermindert bovendien de behoefte aan lassen en nabewerking. 

Plaat-hydrovormen wordt gebruikt voor carrosseriepanelen, deurpanelen, behuizingen voor apparaten, gevels, luchtkanalen, keukenspoelbakken, enzovoort. Buis-hydrovormen is daarentegen geschikt voor de fabricage van uitlaatspruitstukken, achterbruggen van motorfietsen, constructiebuizen en meubelframes.

Laten we vervolgens gezamenlijk de toepassingen van buis- en plaathydrovorming in verschillende industrieën bespreken. 

Factoren die de kosten van metaalhydrovormen bepalen

De exacte kosten van metaalhydrovormen zijn afhankelijk van het materiaalsoort en de vereiste specificaties van het onderdeel. Daarnaast hebben de regio waar u de service uitbesteedt en het productievolume ook invloed op de prijs. 

Laten we eens kijken naar de factoren die de kosten van metaalhydrovormen bepalen:

1. Kwaliteit en kosten van de grondstoffen
2. Tooling-complexiteit
3. Deelgeometrie en betrokken ingewikkelde kenmerken 
4. Gewenste toleranties en afwerking
5. Metaaldikte:
6. Productie volume 
7. Arbeids- en overheadkosten

Dieptrekstempelen versus hydrovormproces

Dieptrekstansen omvat een progressieve matrijsopstelling, waarbij meerdere vorm- en snijbewerkingen gelijktijdig worden uitgevoerd. Het is de voorkeurstechniek voor grote volumes axiaal symmetrische onderdelen met een consistente geometrie.

Laten we de verschillen tussen het dieptrek- en het stempelproces in de onderstaande tabel eens nader bekijken. 

Conclusie

Hydrovormen kan worden toegepast op platen en buizen van diverse materialen om het gewenste ontwerp voor uw onderdeel of product te realiseren. Door rekening te houden met de gereedschappen, procesvariabelen, drukniveau en belastingstraject wordt een uiterst nauwkeurige en foutloze fabricage gegarandeerd. Ongeacht de branche stelt het u in staat complexe onderdelen met ingewikkelde geometrische vormen te creëren.

Neem contact op met ProleanTech als u behoefte heeft aan advies of hoogwaardige oplossingen. plaatwerk buigservice Voor uw project. We hebben meer dan tien jaar ervaring in de fabricage en een gespecialiseerd team van ingenieurs voor maatwerk in metaalvorming.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de beperkingen van hydroforming?

De beperkingen van hydrovormen zijn de complexiteit van de besturing, de geringe compatibiliteit met harde legeringen, het risico op materiaalverdunning en de hoge kosten bij kleine volumes.

Wat is het verschil tussen actief hydrovormen en plaathydrovormen?

Bij actief hydrovormen wordt gebruikgemaakt van een stempel, cilinders of andere mechanismen met vloeistof erin om de druk te regelen, terwijl bij plaathydrovormen een met vloeistof gevuld rubberen membraan wordt gebruikt.