管件液压成形技术及其在副车架上的应用.pdf

管件液压成形技术及其在副车架上的应用 杨 勇 徐 峰 上海汽车集团股份有限公司技术中心， 上海2 0 1 8 0 4 苏海 波 宝钢股份研究院， 上海2 0 1 9 0 0 倪 海华 上海汇众汽车制造有限公司， 上海2 0 0 1 2 2 【 摘要】 主 要介绍了 液压成形的 技术原理和优点及 其在副车 架中的 应用。 【 A b s t r a c t 】 I n t h e a r t ic l e ， t h e h y d r a u l i c f o r m i n g t e c h n i c a l p r i n c i p l e ， a d v a n t a g e s ， a n d a p p l ic a - t i o n s i n a u t o mo t i v e s u b f r l me a r e i l l us t r a t e d． 【 主题词】 液压成型副车架汽车 0 引言 自上世纪 9 0年代 起 液压 成形 技术 受 到 汽 车界 的极大 瞩 目而蓬勃 发展 ， 目前 已成 为 国际 汽车产业主流制造技术 之一 。液压成 形管具 有 重量轻 、 产 品一 体型 化 、 刚性 强 、 精度 高及 形状 可塑性强等特 点 ； 在生 产过 程 中可减 少半 成 品 零件数量 ， 减 少焊接 、 机械加工与产 品组装等后 加工处理 ， 有 降低生产成本 、 缩短加工周期等优 点。由于液 压成形 技术 研究 起 步晚 、 原 材 料要 求高 、 技术难 度大 、 设 备投 资规模 要求 高 ， 一次 性投人较大 ， 国内至今 尚未实现大规模 产业化 。 1 液压成形原理 如图 1 所示 ， 首先将管坯放在下模 内 图 1 a ， 然后闭合上模 ， 将管 的两 端用水 平冲头密封 图 1 b ， 并使管坯内充满液体 图 1 C ， 在加压胀形 的 过程中， 两端的冲头同时向内推进补料 图 1 e ， 这 样在内压和轴力的联合作用下使管坯贴靠模具而 成形为所需的工件 图 1 f 。 收稿 日期 2 0 0 91 23 0 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3 笆 l in t __ ■■一 ●■ a 】 皇 墨 冒 暑 巴 ■ e 图 1 液压成形原理 对于形状复杂的零件 ， 首先要将管件弯 曲成 接近零件的坯料 ， 并采 用预成形模具将断面成形 为接近零件形状 ， 然后采用模具进行液压成形 ， 最 终实现复杂形状空心轻体件的加工。液压成形的 主要工序包括 弯曲． 预成形一 液压成形一 后处理等。 2 液压成形 主要特点 1 减轻重量 ， 节 约材料。对 于汽车副车架 等典型产品 ， 液压成形件 比冲压件减轻 2 0 ％。对 57 于阶梯轴类件 ， 采用空心结构取代实心结构重量 可以减轻 4 O ％ ～ 5 0 ％。 2 减少零 件和模具数 量 ， 提高工作效 率。 采用冲压焊接工艺生产副车架零件模具数量一般 不少于 6套。采用液压成形技术后 ， 除弯 曲和预 成形等辅助模具外 ， 液压成形模具仅需要 1 套。 传统板金冲压／ 焊接成型制程 传统成型分 6 块工作焊接组合； 模具至少 6套 ； 焊接处强度刚性 较弱； 产生多余废料， 成本浪费约 1 0 ％； 组合成本 浪费 2 4 ％ ； 组合时间 C ． T 8 ra i n 。 管件液压成形制程 一体成型； 仅需一套液压 成形模具 ， 成本较低 ； 无焊接缝道 ， 强度刚性较佳 ； 无多余 废料 两 端定 尺修齐 ； 组合 时间 C ． T 1 rai n。 3 可减少后续机械加工、 组装焊接量和焊 接尾气排放， 并降低焊接热变形 。 4 提高强度 与刚度 ， 尤其疲 劳强度。由于 零件为封闭截面形状 ， 且焊点数量大幅度减少， 零 件的刚度和疲劳强度显著提高。 5 降低生产成本。根据德 国某公 司对 已应 用零件统计分析 ， 液压成形件 比冲压件平均 降低 1 5 ％ ～ 2 0 ％ ， 模具费用降低 2 0 ％ 一 3 0 ％。 6 有利于环保 。液压成形无废弃物排放 ， 且介质循环使用。 7 液压成形可 以大幅度的变曲面／ 变截面 ， 有利于前期设计的布置。 8 有利提高整车的碰撞性能。 图 2是某轿车正面碰撞 3层传力路径 ， 下层 主要是 由前副车架 组成， 吸收了部分从前部传来 的碰撞能量并把其余能量向前纵延伸板和 门槛等 分散传递 ， 使用液压成形的副车架能提高碰撞 中 贡献量 。 9 尺寸稳定性 高， 液压成形工艺六西格玛 是冲压成形的2倍左右 。 3 液压成形工艺在副车架中的应用 液压成形工艺在汽车、 航空 、 航 天和管道等行 业有着广泛的应用， 主要适用于 沿构件轴线变化 的圆形、 矩形或异型截面空心结构件 ， 如汽车的排 58 图 2 正面碰撞 3层传力路径 气系统异型管件 ； 非 圆截面空心 框架， 如前副车 架 、 仪表盘支架 、 车身框架； 空心轴类件和复杂管 件等。图3为液压成形工艺应用于汽车中所制造 出的一些典型零件 。 图 3 液 压成形在汽车上应用零 件 与其他金属塑性成形加工工艺相 比， 液压成 形是一项正处于上升态势且具有 良好发展前景的 先进制造技术 。目前 ， 全球 已建成并投产 了众多 的专业化生产线 ， 形成了相当的生产规模， 产品订 单持续稳步增长。早在 1 9 9 3年， 奔驰公司就建成 了液压成形车间， 通用、 福特、 欧宝 、 宝马等汽车公 司也已投资建成了 自己的液压成形件生产基地。 下面具体介绍一下液压成形技术在某轿车副 车架上的应用。 3 ． 1 零件概况 材料 牌 号 S A P H 4 4 0 ， 管直 径 6 0 mlT l ， 管 壁 厚 4 m m， 长3 7 0 3 mm， 重 2 2 k g ， 1 6个 弯， 其 中 4 个弯为三维空间弯， 需要特殊设备和特殊工艺 。 对零件的每个特征截面进行分析 ， 结果为 截 面周长在 1 7 4～2 2 6 m m之间， 最短截面周长发生 在转角之特征造型处 ， 其值为1 7 4 ． 7 m m， 然而数模 中所 设 定 的 管 材 外 径 为 6 0 m m，即 周 长 为 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3 1 8 8 ． 5 m m， 较 1 7 4 ． 7 mm为大 ， 使得 液压 成形时 ， 造型无法完全涨出， 而有可能形成皱褶现象。 为解决局部皱褶 问题 ， 尝试采用较小 的原管 外径 ， 分析结果表明， 局部皱褶有改善 ， 但其余部 位多处发 生过 度减 薄或 开裂 ， 仍采 用原 设计 的 6 0 m m管径。 查看实物样 品零件 ， 在该部位确实存在皱 褶 现象。皱纹对成形的影响是两方面的 一方面， 起 皱过于严重会形成死皱 ， 无法胀平获得合格零件 ， 或导致某些部位材料不足 ， 减薄开裂 ； 另一方面 ， 合理的皱纹分布可 以为整形阶段储备材料 ， 减少 成形件 的厚度减薄 ， 称之为“ 有益起皱” ， 这里皱褶 现象属于后者 ， 之后 的台架实验和路试也都证实 了此皱褶处并无失效 。 3 ． 2 液压成形设备和模具 德国 S c h u l e r 生产的液压成型机 H H一 5 0 0 0 3 ． 1 5 2 ． 1 5 ， 最大合模力为5 0 0 0 t ， 可提供的最大 成形介质压力为4 0 0 MP a 。 3 ． 3 副车架液压成形工艺 3 ． 3 ． 1 弯曲 弯曲工序是将管材弯曲到轴线与零件轴线形 状相同或相近 。由于副车架零件轴线多为复杂空 间曲线 ， 为了保证弯曲件精度 ， 需要采用 C N C弯 曲。弯曲工艺的关键问题是控制外侧减薄和 内侧 起皱 ，同时要掌握回弹量控制。外侧减薄主要通 过在绕弯的同时在轴向加上推力抑制轴 向拉伸变 形以防止过度减薄。 此副车架经过弯 曲线重构 与优化技术 见 图 4 ， 利用后续工艺合理补偿 ， 由 l 8次弯曲 5个弯 曲半径 ， 归并为 1 2次弯曲和 1 个弯曲半径。 J - 图4 弯曲优化 3 ． 3 ． 2 预 成形 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3 由于副车架空间形状和截面形 状变化复杂 ， 很难直接通过液压成形获得最终的零件。 需要预成形工序 ， 采用预成形 工艺可 以有效 分配金属的流动 ， 提高管坯在液压成形工艺的可 成形性。预成形是液压成形工艺 中最关键 工序 ， 预成形管坯形状是否合理直接关系到零件的形状 和尺寸精度及壁厚分布。预成形不仅要解决将管 材顺利放到终成形模 中的问题 ， 更重要 的是通过 合理截面形状预先分配材料 ，以控制壁厚分布、 降 低成形压力 ， 并避免终成形合模 时在分模面处发 生咬边形成飞边等 。 3 ． 3 ． 3 液压 成形 影响液压成形工艺过程和产品质量 的因素较 多， 包括摩擦、 轴 向进给 、 内压力等。在成形 的初 始阶段 ， 若 轴向推力过大 ， 内压不足， 管坯会出现 失稳起皱 。反之 ， 则会 出现壁厚过 度减 薄甚至破 裂 ； 在成形过程中， 内压与轴 向进给的加载控制十 分关键 。为避免 出现各类缺陷 ， 液压成形过程 内 压和轴 向推力的匹配必须合理。 3 ． 3 ． 4端部切 割 由于副车架总成零件需要液压成形管的端部 作为基准， 端部切割采用了精度更好的激光切割 ， 端部切割还 可 以采用 线切割 等其他 切割工 艺 ， 以功能的需求来选择不同的切割工艺。 4 结语 目前国内液压成形 尚处于起步阶段 。一方面 ， 国内多种引进 车型的原设计均已采用液压成形件 技术。另一方面， 国内至今尚未建成具备小批量稳 定试制的中试研发设备和具备大批量供货能力的 规模生产线 ， 短期内无液压成形的配套能力。因此， 一 部分车型已将液压件改成冲压焊接组合件。但 该种处理方式既提高了生产成本、 降低了生产效率， 更劣化零件的使用性能。另一部分车型， 为维持原 设计要求均采用国外进口零件。在耗费大量外汇 的同时增加了采购的风险和成本。 通过液压副车架的研制到批量 生产过程 ， 基 本掌握用液压成形制造副车架 的关 键技术 ，为在 国内采用液压成形技术制造汽车结构件进行 了探 59 B版 浅谈汽车爆胎危害与安全技术防范 徐书坤 马鞍山 2 4 0 3 1 1 1 汽车轮胎爆胎原因及产生危害 1 ． 1 汽车产生爆胎原因 从汽车爆胎产生原 因看 ， 有外界 因素也有 内 在原 因， 主要有 车轮行驶在路上 遇到异物 的撞 击或被割破； 车辆过度超 载 ， 车胎 安装位变 动而 挤压、 磨擦； 由于轮胎老化、 胎侧帘线断裂等原 因 ， 在轮胎外侧 出现鼓包或裂纹 ， 局部强度 降低 ， 当高速行驶 时如果 内部胎压 升高 ， 造 成爆胎 ； 轮 胎气压异常 ， 包括胎压过 高或胎压过低 ， 或长期 在烈 日下曝晒 ， 也是造成爆胎的原因。 1 ． 2 轮胎气压异常对轮胎的影响 轮胎气压异 常对 轮 胎 的影 响主 要表 现在 当轮胎气压过 高时 ， 会 引起轮胎伸张变形 ， 胎体 弹性降低 ， 汽 车在道路 上行 驶时所 收 到 的动负 荷也增 大 ， 如遇到路面 冲击会产生 内裂或爆胎 ， 同样胎压过 高还会使 轮胎 的接 地面 积减 少 ， 使 胎冠 中部磨损加剧 ， 局部磨擦厉 害。胎压过低 ， 则会使轮胎面的中部 区域 与路 面间接触力量 减 少 ， 胎 肩 承 受 的 载荷 增 加 ， 胎 体 受 扁变 形 。此 时， 轮胎的变性加大， 刚度降低 ， 易导致胎体帘 布层呈环状断裂 ， 严重 时就会 引发爆胎 。另外 ， 索， 推进 了液压成形技术在汽车上的应用 ， 为液压 成形技术在副车架上 的设计和制造积累了丰富的 经验。 参考文献 1 鲁春艳． 汽车轻量化技术 的发展现状及其实施途径[ j ] ． 上 6 0 随着胎压的下降， 轮胎与地面的摩擦将成倍增 加 ， 胎温急剧升高 ， 使得 轮胎变软 ， 强度下 降 ， 在 这种情 况 下 ， 如 果 车 辆 高速 行驶 ， 就 可 能导 致 爆胎 。 1 ． 3爆胎产生的危害 汽车产生爆胎 ， 危 害极大 ， 尤 其在 重载和高 速行驶条件下 ， 会产 生恶性交 通事故。据统计 ， 在各种爆胎原因中 ， 轮胎气压过高 占 2 0 ％ ， 轮胎 气压不足 占5 7 ％ ， 其他 占2 3 ％。因此 ， 防止轮胎 缺气行驶是减少爆胎产生 的重要手段之一。 2 汽车轮胎爆胎安全技 术防范 预防轮胎爆胎 的安全技术可分为两大类， 一 类是预防轮胎 因非正常使用而造成爆胎的“ 预防” 技术 ； 另一类是在爆胎后进行挽救 ， 防止车辆因爆 胎而发生事故 的“ 补救” 技术。 2 ． 1 轮胎压力监测系统 T P MS 由于轮胎气 压异常是 引发爆胎 的最重要 原 因， 因此 ， 通过技术手段检测胎压， 保持轮胎在正 常胎压状况下行驶 ， 是预防爆胎发生的重要手段。 轮胎压力监测系统 T P MS 是 在汽车行驶或停止 时， 对轮胎的压力和温度进行实时监测 ， 以保证轮 海汽车 ， 2 0 0 7 ， 6 ． 2 刘钢 ． 大截面差空心件 内高压成形研究 [ J ] ． 材料科学与工 艺 ， 2 0 0 4， 8 ． 3 苑世 剑． 轿车 副 车架 内高 压成 形 [ J ] ． 煅 压 技 术， 2 0 0 4， 3 ． 4 蒋浩 民． 管件液 压成形 技术及 其在 车身轻量化 中的应 用 [ J ] ． 汽车材料文摘， 2 0 0 8 ， 3 ． 上海汽车2 0 1 0 ． 0 3