钣金液压成形：工艺、优势及应用

钣金液压成形

与传统的机械冲压成形不同，钣金液压成形利用流体压力来形成复杂的形状。本质上，它是一种深拉成形工艺，通过控制流体压力将板材拉入模腔。许多行业都采用液压成形来制造由铝、铜、黄铜和不锈钢等延展性材料制成的钣金零件。 

液压成型机有助于减少焊接和装配需求。 精密金属制造此外，液压成形还能更好地控制公差。而且，由于冲头不与金属板材直接接触，液压成形生产出的零件表面没有任何缺陷。 

本文将探讨钣金液压成形的概念、工艺、类型、兼容材料、优点和应用。

让我们开始吧。

 

什么是液压成形？概念和意义

水力成形工艺

这是一种冷成形工艺，利用高压流体将坯料压入模具，从而形成复杂的钣金零件。将金属坯料放置在模具上方，然后通过液压隔膜或冲头将其压向刚性阴模。由此，坯料通过塑性变形贴合模具形状。

液压成形技术发展史

液压成形的概念 钣金成型 液压成形技术由米拉克龙辛辛那提研发中心于1956年以研究规模推出。到了20世纪90年代末，液压成形机开始在工业领域普及。2007年后，数控液压成形机进入市场，其自动化程度和生产能力也随着时间的推移不断提升。

最初，液压成形技术主要用于制造简单的零件，例如反光片、浅型电器外壳和定制面板。然而，如今这项技术已被用于制造高精度、复杂的零件，包括电动汽车零件、轻量化航空航天部件以及汽车底盘的结构加固件。 

在制造中的重要性 

液压成形利用流体背压实现成形过程中应力的均匀分布，从而确保变形的一致性和零件的精确成形。因此，液压成形能够灵活地加工复杂设计，例如深拉成形件、双曲面轮廓件和不规则几何特征件。

 

钣金液压成形工艺 

液压成形工艺利用液压机、专用模具和流体控制系统来成形板材或管材零件。通常，液压机包含一个夹紧油缸、一个轴向压力油缸或一个高压发生器来完成成形过程。 

接下来，我们详细介绍一下液压成形工艺的步骤。 

步骤1：设计和材料选择

液压成形零件设计

首先，通过明确定义形状、特征、方向和尺寸，创建所需成型零件或产品的设计图。然后，考虑所用设备和工装的能力，优化可制造性。进行有限元分析 (FEA) 以验证载荷路径和变形情况。最后，选择最符合应用要求的材料。 

步骤二：机器和刀具的安装

液压成型模具 

下一步是对液压成形机及相关模具进行精确校准。安装下模并用液压活塞固定，以便其向下运动。安装耐磨垫片，确保力传递平稳。随后，安装成形腔、加压流体系统、隔膜和压边圈。 

步骤 3：设置成形参数 

虽然液压成形是一种冷成形工艺，但压力系统中的流体（油或水）可以加热。如果需要加热，请选择合适的温度。接下来，考虑所需的吨位。通常，机器的吨位范围为2,500至10,000吨，可产生700至4,000巴的压力。 

第四步：液压成形制造

液压成形板材制造

设置完成后，将金属板材放置在模腔上，通过控制系统降低液位，然后关闭压机。此时，压力通过橡胶隔膜传递到板材上。成型完成后，释放上模压力，取出成型件。 

第 5 步：后处理和整理 

成型后，在不影响尺寸稳定性的前提下修整零件边缘。之后，根据需要选择并应用合适的表面处理/涂层，以保护表面并提升美观度。例如，抛光、阳极氧化、电镀和粉末涂层。

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金属板与 管液压形成参数

管材液压成形采用封闭式模具和轴向气缸，所需压力高于板材液压成形。工艺方面，它对材料变形的控制要求更高。 

管材液压成形参数 

流体压力 

高压通过膨胀作用确认模具内管材的成形。假设您需要根据成形性确定特定材料的压力极限。同时，您可以在计算机上模拟流体压力和轴向力，以进行优化。

成型压力 (Pf) = T x  tr

其中，T为抗拉强度，r为模腔半径，t为壁厚。

液压缸关闭力

可以通过模拟或给定公式确定活塞闭合力：

闭合力 (Fc) = Pf × L × Di

其中，Pf为成型压力，L为管长，Di为管内径。

内部密封压力 

可以用给定的公式计算管端塞子密封所需的压力。

密封压力(Ps)={π(Dt)。 Fc} + Pf x π 2 x (D-2t)4

其中 Fc 为冲头闭合力，Pf 为成形压力，D 为管径， and t 是厚度s

板材液压成形参数

钣金液压成形的主要参数包括变形力、温度、流体压力和冲头位移。这些参数都可以通过计算机模拟获得。此外，还可以使用以下公式计算所需的变形力。

变形力(Fd)= T x 升² W

其中，W为开口宽度，t为板材厚度，L为管材长度，T为抗拉强度

 

液压成型材料 

液压成形工艺以板材和管材为工件，工件材料多种多样，包括钢、不锈钢、黄铜、铝、铜、镍和青铜。材料的选择会影响成形压力、回弹、壁厚减薄等因素。这是因为液压成形工艺高度依赖于工件材料的极限抗拉强度、屈服强度和成形性。

以下是适用于液压成形加工的主要材料列表：

材料	年级	关键属性
低碳钢	AISI 1008、1010、1018、1020	良好的延展性、焊接性和优异的成形性
合金钢	AISI 4130、4140、ASTM A572	强度高，成形性好
精钢	AISI 301、304、316、409L	防腐蚀、高强度、良好的成形性
铝板	合金 3003、3004、5052、6061 和 6063	轻质、强度高、成形性好
铜/黄铜	合金 C110、C122、C260、C360	易于液压成型，导电导热性能好，且外观美观。
镍合金	镍200和201，因科镍合金600和625	耐腐蚀性、热稳定性、良好的成形性和应变控制能力

 

液压成形的优点

液压成形能够生产结构刚度高的复杂零件。它所需的模具简单，速度比传统拉拔工艺更快，从而提高了生产效率并降低了成本。 

液压成形的其他优点包括：

• 零件复杂性： 这种方法可以产生 钣金弯曲 它还可以在一次操作中成型具有复杂曲率和其他精细几何特征的零件，并且减少（或消除）装配需求。 
• 轻量化部件： 薄板可以进行液压成型，从而制造轻质零件。 
• 更快的循环： 与传统冲压工艺相比，它可以将冲压时间缩短高达 70%。 
• 表面缺陷极少： 由于板材与冲压机之间没有金属与金属的接触，液压成形最大限度地减少了（消除了）表面缺陷。 
• 精确： 液压成形工艺能够更好地控制压力，从而生产出精度极高的零件，压力控制精度可达±0.005″或更低。

 

液压成形的工业应用

液压成型钣金件

各行各业的制造商都利用液压成形工艺的高精度和高重复性。与传统成形工艺相比，该工艺能够更快地制造出具有复杂轮廓、接头和螺纹的零件，并且还能减少焊接和后处理的需求。 

板材液压成型适用于汽车车身面板、门板、电器外壳、建筑立面、管道、厨房水槽等。同时，管材液压成型适用于制造排气歧管、摩托车摇臂、结构管材和家具框架。

接下来，我们一起来探讨管材和板材液压成形技术在各行业的应用。 

行业	板材液压成形	管材液压成形
汽车	车门内饰板、后备箱盖、发动机盖内板和地板。	悬架控制臂、副车架、排气歧管和底盘侧梁
航空航天	风管面板（ECS）、检修面板、内衬板、隔音衬里	起落架管路、发动机进气道、结构梁
新能源	压力容器部件、法兰盘、仪表安装支架	热交换器管、液压控制管路、风力涡轮机管路
医疗行业	设备外壳、面板、可消毒盖和手术托盘面板	导管轴、器械管路、医用气体管路和内窥镜插入管
国防	支撑板、设备外壳、车身蒙皮	武器系统支架、液压管路、燃料管路和导弹结构管
照明	反射碗、泛光灯灯体、装饰灯具面板	照明臂、安装柱、可调节臂管、电线导管
食品加工	输送机盖板、检修面板、设备外壳	换热器管、CIP管线、不锈钢输送管和分配歧管

决定金属液压成形成本的因素

金属液压成形的具体成本取决于材料类型和所需零件规格。此外，外包服务的地区和生产规模也会影响成本。 

让我们来看看决定金属液压成形成本的因素：

1. 原材料等级和成本
2. 工具复杂性
3. 零件几何形状和涉及的复杂特征 
4. 所需的公差和表面光洁度
5. 金属厚度
6. 生产量 
7. 劳动力和管理费用

 

深拉冲压与液压成形工艺

深拉冲压工艺采用级进模压机，可同时进行多种成形和剪切操作。该工艺适用于大批量生产几何形状一致的轴对称零件。

让我们通过下表来分析深拉伸和冲压工艺之间的区别。 

标准	深冲压	液压成型
流程	金属薄片在机械力的作用下被拉入模具中。	流体压力将坯料压入模具中形成形状。
材料种类	延展性金属和合金，例如低碳钢、不锈钢、铝和黄铜。	需要均匀应变的材料，例如铝、不锈钢和低碳钢。
零件复杂度	适中的轴对称部件。	高度复杂、非轴对称且不规则的轮廓
生产量	快速高效，适用于大批量生产	低至中等流量
公差	公差要求严格，可能需要二次精加工。	对复杂几何形状具有强大的尺寸控制能力。
厚度控制	弯道难以控制	厚度均匀

结语

液压成形可应用于各种材料的板材和管材，以生产您所需的零件或产品设计。通过对模具、工艺参数、压力水平和载荷路径的精心设计，可确保加工精度高、无缺陷。无论身处哪个行业，液压成形都能帮助您制造具有复杂几何特征的零件。

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常见问题

液压成形的局限性是什么？

液压成形的局限性在于控制复杂、与韧性合金的兼容性差、材料变薄的风险以及小批量生产成本高。

主动式液压成形和片材液压成形有什么区别？

主动式液压成形使用冲头、气缸或其他内部装有流体的机构来控制压力，而片材液压成形则使用流体支撑的橡胶隔膜。