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高能率成形工艺技术

   日期:2017-06-23     来源:中国汽车制造网    作者:i汽车制造    浏览:55    评论:0    
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高能率成形工艺技术-汽车制造网

高能率成形工艺技术可在短时间内释放出较高的化学能、电能或磁力,使金属板材变形,形成我们所需的形状。这种工艺技术解决了常规金属成形工艺不能解决的问题。其中,爆炸成形可以获得极大的变形,许多过去需要多次拉伸的零件,可以通过爆炸成形一次拉伸成功;电磁成形技术的出现几乎完全解决了常规铝材冲压过程中常常遇到的难题。

冲压生产的工艺和设备在不断地发展,除传统的使用压力机和钢制模具制造冲压件外,液压成形以及旋压成形、超塑成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形等各种特种冲压成形工艺也在迅速发展,从而把冲压技术水平提高到了一个新的高度。在使用金属板材的机械行业,采用冲压、弯曲、膨胀、拉深等工艺可将金属板材加工成所需的形状。传统成形加工工艺采用相对较低的变形速度,而高能率成形工艺技术则是在相对较短的时间内释放出较高的能量,使金属板材发生变形,这种工艺技术解决了常规金属成形工艺所不能解决的一些问题,例如,在汽车工业常常使用一些难于成形的材料,采用高能率成形可以用难于加工的材料生产出大型、复杂的零部件。可以成形的材料包括铝合金、低碳钢板材、不锈钢和耐热金属材料等。下面重点介绍两种具有代表性的高能率成形工艺:爆炸成形工艺和电磁成形工艺。

爆炸成形工艺

在爆炸成形工艺中,模具是最大的一个部件,坯料压板是模具的重要组成部分之一。成形零件数量较少时,可以使用强度较差、价格不太昂贵的材料制作模具。如果生产批量大时,则需要使用强度较高的材料制作模具。

1.原理

爆炸成形使用炸药爆炸时产生的化学能通过介质(多数是水)形成冲击波,冲击波以非常高的速度撞击毛坯材料,使其变形。

使用何种炸药取决于需要成形材料的厚度和屈服强度。爆炸成形按照炸药的装填位置可以分成两类:

● 间接爆炸工艺

在这种工艺中,炸药的装填量依据工件到能源之间预先确定好的距离,能量通过空气、水和油等介质传递。对于爆炸成形而言,水是最好的介质,其价格低廉、效果优良。事实上,要在工件上产生高的峰值压力,水是最理想的介质。

本文图中所示的是间接爆炸成形工艺的布置情况。工件放置在模具上,坯料压板置于工件之上,然后把模具型腔内的抽成真空。炸药填料放置在工件中央上方,与坯料保持一定的距离。整个装置被一起浸入水池中,模腔中的空气被排被除。为了确定某一具体成形工序所需的炸药装填量,必须计算出金属材料塑性变形的应变能量。

● 接触式爆炸工艺

这种工艺是当发生变形时,炸药填料直接与坯料接触,其局限是爆炸时产生的能量波会穿过材料,可能使金属材料产生位移、变形,甚至可能会出现断裂。

2.优越性

爆炸成形的优越性有:①回弹基本上被消除了,成形零件可以达到成品尺寸;②改变炸药装填量的多少可以很容易地增加或减少成形零件所需的能量;③可以获得极大的变形,而不至于使零件出现故障,许多过去需要多次拉伸的零件现在可以通过爆炸成形一次拉伸成功;④只需要一个模具,模具可以采用相对便宜的材料,如浇注环氧树脂和锌基低熔点合金等,因此可以通过使用不十分昂贵的设备获得较好的经济效益;⑤省去了成本昂贵的焊缝;⑥在一定范围内,采用高速变形可增加零件的韧性;⑦对于工件尺寸没有什么限制。

3.局限性

爆炸成形的局限性主要体现在如下几个方面:①脆性金属或延伸率为1%~2%的金属成形性能还有待改善;② 如何选择装填炸药的类型、数量和形状是一门艺术,能量过小可能导致零件无法成形,能量过大又可能会使零件断裂;③仅适合于小批量、大型零件的生产。

4. 用途

爆炸成形的用途多种多样,主要包括压力容器封头的成形、大型板金穹顶、热交换器板、锅炉顶部覆盖件等的成形以及管道的膨胀等。

电磁成形工艺

这种工艺利用高密度电磁力对材料进行成形加工,越来越多地被应用于大批量生产铝合金汽车零件。近年来,车辆燃油经济性要求越来越高,铝合金的用量也在不断增加。采用传统铝合金冲压工艺会产生反弹、板金皱纹、材料开裂等缺陷,而电磁成形的出现几乎完全解决了与传统铝合金冲压工艺有关的问题。

1.原理

电容器组通过线圈突然放电产生高强度且短暂的磁场。磁场在工件中感应产生涡流,涡流反过来产生反向磁场。在两个相反的磁场间形成的排斥力提供工件成形所需的能量,从而使零件成形。

2.优越性

电磁成形的优越性主要有:①铝合金的成形性能得到了改善;②减少了回弹;③减少了皱纹;④因为这种工艺只需要一个单面模具,因此工装相对比较低廉,节省了工装费用; ⑤与水力成形和超塑成形相比,价格便宜;⑥可应用于大批量生产小型零件。

3.局限性

这种工艺的主要缺点是成形速度太快。金属成形是在一个非常短暂的时间里完成的,材料没机会伸展开,因此,这种工艺不适合于金属的拉伸。

4.用途

电磁成形可用于加工生产铝合金汽车覆盖件,将管道成形为尺寸精确、形状复杂的零件,将金属管膨胀成套管、轮毂和组合模,组装导弹前锥体、压缩卷边密封以及诸如汽车油滤盒之类的轴对称零部件等。

结论

高能率成形工艺在宇航工业和汽车工业中占有重要地位,尤其是对于复杂材料而言。爆炸成形适合于超大型零件的加工,与传统冲压工艺相比,具有良好的经济性,因为冲压工装成本非常高。电磁成形适合于大批量生产中、小型零件,具有良好的发展前途。由于解决了传统冲压工艺有关的问题,高能率成形工艺将会具有强劲的生命力。

 
 
标签: 工艺技术
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