鈑金液壓成形：製程、優勢及應用

鈑金液壓成形

與傳統的機械沖壓成形不同，鈑金液壓成形利用流體壓力形成複雜的形狀。本質上，它是一種深拉成形工藝，透過控制流體壓力將板材拉入模腔。許多產業都採用液壓成形來製造由鋁、銅、黃銅和不銹鋼等延展性材料製成的鈑金零件。 

液壓成型機有助於減少焊接和組裝需求。 精密金屬製造此外，液壓成形還能更好地控制公差。而且，由於沖頭不與金屬板材直接接觸，液壓成形生產出的零件表面沒有任何缺陷。 

本文將探討鈑金液壓成形的概念、製程、類型、相容材料、優點和應用。

讓我們開始吧。

 

什麼是液壓成形？概念和意義

液壓成形工藝

這是一種冷成形工藝，利用高壓流體將坯料壓入模具，從而形成複雜的鈑金零件。將金屬坯料放置在模具上方，然後透過液壓隔膜或沖頭將其壓向剛性陰模。由此，坯料通過塑性變形貼合模具形狀。

液壓成形技術發展史

液壓成形的概念 鈑金成型 液壓成形技術由米拉克龍辛辛那提研發中心於1956年以研究規模推出。到了1990年代末，液壓成形機開始在工業領域普及。 2007年後，數控液壓成形機進入市場，其自動化程度和生產能力也隨著時間的推移而不斷提升。

最初，液壓成形技術主要用於製造簡單的零件，例如反光片、淺型電器外殼和客製化面板。然而，如今這項技術已被用於製造高精度、複雜的零件，包括電動車零件、輕量化航太零件以及汽車底盤的結構加固件。 

在製造上的重要性 

液壓成形利用流體背壓實現成形過程中應力的均勻分佈，從而確保零件變形的一致性和精確成形。因此，液壓成形能夠靈活應對複雜的結構設計，例如深拉成形件、雙曲面輪廓件和不規則幾何特徵件。

 

鈑金液壓成形工藝 

液壓成形製程利用液壓機、專用模具和流體控制系統來成形板材或管材零件。通常，液壓機包含一個夾緊油缸、一個軸向壓力油缸或一個高壓產生器來完成成形過程。 

接下來，我們詳細介紹一下液壓成形製程的步驟。 

步驟1：設計與材料選擇

液壓成形零件設計

首先，透過明確定義形狀、特徵、方向和尺寸，建立所需成型零件或產品的設計圖。然後，考慮所用設備和工裝的能力，優化可製造性。進行有限元素分析 (FEA) 以驗證載重路徑和變形情況。最後，選​​擇最符合應用要求的材料。 

步驟二：機器和刀具的安裝

液壓成型模具 

下一步是對液壓成形機及相關模具進行精確校準。安裝下模並用液壓活塞固定，以便向下移動。安裝耐磨墊片，確保力道傳遞平穩。隨後，安裝成形腔、加壓流體系統、隔膜和壓邊圈。 

步驟 3：設定成形參數 

雖然液壓成形是一種冷成形工藝，但壓力系統中的流體（油或水）可以加熱。如果需要加熱，請選擇適當的溫度。接下來，考慮所需的噸位。通常，機器的噸位範圍為2,500至10,000噸，可產生700至4,000巴的壓力。 

第四步：液壓成形製造

液壓成形板材製造

設定完成後，將金屬板材放置在模腔上，透過控制系統降低液位，然後關閉壓機。此時，壓力透過橡膠隔膜傳遞到板材上。成型完成後，釋放上模壓力，取出成型件。 

第 5 步：後處理和整理 

成型後，在不影響尺寸穩定性的前提下修整零件邊緣。之後，根據需要選擇並應用合適的表面處理/塗層，以保護表面並提升美觀度。例如，拋光、陽極氧化、電鍍和粉末塗層。

了解更多： 鈑金彎曲技術

金屬板與 管液壓形成參數

管材液壓成形採用封閉式模具和軸向氣壓缸，所需壓力高於板材液壓成形。製程方面，它對材料變形的控制要求更高。 

管材液壓成形參數 

流體壓力 

高壓透過膨脹作用確認模具內管材的成形。假設您需要根據成形性來確定特定材料的壓力極限。同時，您可以在電腦上模擬流體壓力和軸向力，以進行最佳化。

成型壓力 (Pf) = T x  tr

其中，T為抗拉強度，r為模腔半徑，t為壁厚。

油壓缸關閉力

可以透過模擬或給定公式確定活塞閉合力：

閉合力 (Fc) = Pf × L × Di

其中，Pf為成型壓力，L為管長，Di為管內徑。

內部密封壓力 

可以用給定的公式計算管端塞子密封所需的壓力。

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

其中 Fc 為沖頭閉合力，Pf 為成形壓力，D 為管徑， and t 是厚度s

板材液壓成形參數

鈑金液壓成形的主要參數包括變形力、溫度、流體壓力和沖頭位移。這些參數都可以透過電腦模擬來獲得。此外，還可以使用以下公式計算所需的變形力。

變形力(Fd)= T x 升² W

其中，W為開口寬度，t為板材厚度，L為管材長度，T為抗拉強度

 

液壓成型材料 

液壓成形製程以板材和管材為工件，工件材料多種多樣，包括鋼、不銹鋼、黃銅、鋁、銅、鎳和青銅。材料的選擇會影響成形壓力、回彈、壁厚減薄等因素。這是因為液壓成形製程高度依賴工件材料的極限抗拉強度、屈服強度和成形性。

以下是適用於液壓成形加工的主要材料清單：

材料	等級	關鍵屬性
低碳鋼	AISI 1008、1010、1018、1020	良好的延展性、焊接性和優異的成形性
合金鋼	AISI 4130、4140、ASTM A572	強度高，成形性佳
不銹鋼	AISI 301、304、316、409L	防腐蝕、高強度、良好的成形性
鋁板	合金 3003、3004、5052、6061 和 6063	輕質、強度高、成形性佳
銅/黃銅	合金 C110、C122、C260、C360	易於液壓成型，導電導熱性能好，且外觀美觀。
鎳合金	鎳200和201，因科鎳合金600和625	耐腐蝕性、熱穩定性、良好的成形性和應變控制能力

 

液壓成形的優勢

液壓成形能夠生產結構剛度高的複雜零件。它所需的模具簡單，速度比傳統拉拔工藝更快，從而提高了生產效率並降低了成本。 

液壓成形的其他優點包括：

• 零件複雜度： 這種方法可以產生 鈑金折彎 它還可以在一次操作中成型具有複雜曲率和其他精細幾何特徵的零件，並且減少（或消除）組裝需求。 
• 輕量化部件： 薄板可以進行液壓成型，從而製造輕質零件。 
• 更快的循環： 與傳統沖壓製程相比，它可以將沖壓時間縮短高達 70%。 
• 表面缺陷極少： 由於板材與沖壓機之間沒有金屬與金屬的接觸，液壓成形最大限度地減少了（消除了）表面缺陷。 
• 精確： 液壓成形製程能夠更好地控制壓力，從而生產出精準度極高的零件，壓力控制精度可達±0.005″或更低。

 

液壓成形的工業應用

油壓成型鈑金件

各行各業的製造商都利用液壓成形製程的高精度和高重複性。與傳統成形製程相比，此製程能夠更快地製造出具有複雜輪廓、接頭和螺紋的零件，並且還能減少焊接和後處理的需求。 

板材液壓成型適用於汽車車身面板、門板、電器外殼、建築立面、管道、廚房水槽等。同時，管材液壓成型適用於製造排氣歧管、摩托車搖臂、結構管材和家具框架。

接下來，我們一起來探討管材和板材液壓成形技術在各行業的應用。 

行業	片材液壓成形	管材液壓成型
汽車業	車門內裝板、後行李箱蓋、引擎蓋內板和地板。	懸吊控制臂、副車架、排氣歧管和底盤側梁
航太	風管面板（ECS）、檢修面板、內襯板、隔音襯裡	起落架管路、引擎進氣道、結構梁
能源	壓力容器部件、法蘭盤、儀表安裝支架	熱交換器管、液壓控制管路、風力渦輪機管路
Medical	設備外殼、面板、可消毒蓋和手術托盤面板	導管軸、器械管路、醫用氣體管路和內視鏡插入管
防禦	支撐板、設備外殼、車身蒙皮	武器系統支架、液壓管路、燃料管路和飛彈結構管
燈飾	反射碗、泛光燈燈體、裝飾燈具面板	照明臂、安裝管柱、可調式臂管、電線導管
食品加工	輸送機蓋板、檢修面板、設備外殼	熱交換器管、CIP管線、不銹鋼輸送管和分配歧管

影響金屬液壓成形成本的因素

金屬液壓成形的具體成本取決於材料類型和所需零件規格。此外，外包服務的地區和生產規模也會影響成本。 

讓我們來看看決定金屬液壓成形成本的因素：

1. 原料等級和成本
2. 工具複雜性
3. 零件幾何形狀和涉及的複雜特徵 
4. 所需的公差和表面光潔度
5. 金屬厚度
6. 生產量 
7. 人工和管理費用

 

深拉沖壓與液壓成形工藝

深拉沖壓製程採用級進模壓機，可同時進行多種成形和剪切操作。此工藝適用於大批量生產幾何形狀一致的軸對稱零件。

讓我們透過下表來分析深拉伸和沖壓製程之間的差異。 

標準	深沖壓	液壓成型
過程	金屬薄片在機械力的作用下被拉入模具中。	流體壓力將坯料壓入模具中形成形狀。
材料種類	延展性金屬和合金，例如低碳鋼、不銹鋼、鋁和黃銅。	需要均勻應變的材料，例如鋁、不銹鋼和低碳鋼。
零件複雜度	適中的軸對稱部件。	高度複雜、非軸對稱且不規則的輪廓
生產量	快速高效，適用於大量生產	低至中等流量
公差	公差要求嚴格，可能需要二次精加工。	對複雜幾何形狀具有強大的尺寸控制能力。
厚度控制	彎道難以控制	厚度均勻

結語

液壓成形可應用於各種材料的板材和管材，以生產您所需的零件或產品設計。透過對模具、製程參數、壓力水平和載重路徑的精心設計，可確保加工精度高、無缺陷。無論身處哪個產業，液壓成形都能幫助您製造具有複雜幾何特徵的零件。

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常見問題

液壓成形的限制是什麼？

液壓成形的限制在於控制複雜、與韌性合金的兼容性差、材料變薄的風險以及小批量生產成本高。

主動式液壓成形和片材液壓成形有什麼不同？

主動式液壓成形使用沖頭、氣缸或其他內部裝有流體的機構來控制壓力，而片材液壓成形則使用流體支撐的橡膠隔膜。