與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，液壓成形工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強度、降低生產成本等方面具有明顯的技術和經濟優(yōu)勢，在工業(yè)領域尤其是汽車工業(yè)中得到了越來越多的應用。

在汽車工業(yè)及航空、航天等領域，減輕結構質量以節(jié)約運行中的能量是人們長期追求的目標，也是先進制造技術發(fā)展的趨勢之一。液壓成形（hydroforming）就是為實現(xiàn)結構輕量化的一種先進制造技術。

液壓成形也被稱為“內高壓成形”，它的基本原理是以管材作為坯料，在管材內部施加超高壓液體同時，對管坯的兩端施加軸向推力，進行補料。在兩種外力的共同作用下，管坯材料發(fā)生塑性變形，并最終與模具型腔內壁貼合，得到形狀與精度均符合技術要求的中空零件。

液壓成形技術的優(yōu)點

對于空心變截面結構件，傳統(tǒng)的制造工藝是先沖壓成形兩個半片，然后再焊接成整體，而液壓成形則可以一次整體成形沿構件截面有變化的空心結構件。與沖壓焊接工藝相比，液壓成形技術和工藝有以下主要優(yōu)點：

□ 減輕質量，節(jié)約材料。對于汽車發(fā)動機托架、散熱器支架等典型零件，液壓成形件比沖壓件減輕20%～40%；對于空心階梯軸類零件，可以減輕40%～50%的重量。

□ 減少零件和模具數(shù)量，降低模具費用。液壓成形件通常只需要1套模具，而沖壓件大多需要多套模具。液壓成形的發(fā)動機托架零件由6個減少到1個，散熱器支架零件由17個減少到10個。

□ 可減少后續(xù)機械加工和組裝的焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點由174個減少到20個，工序由13道減少到6道，生產率提高66%。

□ 提高強度與剛度，尤其是疲勞強度，如液壓成形的散熱器支架，其剛度在垂直方向可提高39%，水平方向可提高50%。

□ 降低生產成本。根據對已應用液壓成形零件的統(tǒng)計分析，液壓成形件的生產成本比沖壓件平均降低15%～20%,模具費用降低20%～30%。

圖1為采用液壓成形技術制造的歐寶發(fā)動機托架零件與傳統(tǒng)沖壓件的比較，其零件重量降低了30%，模具費用降低了60%，零件的生產成本降低了20%。

圖1  采用液壓成形技術制造的歐寶發(fā)動機托架零件與傳統(tǒng)沖壓件的比較

液壓成形工藝的應用

液壓成形工藝在汽車、航空、航天和管道等行業(yè)有著廣泛的應用，主要適用于：沿構件軸線變化的圓形、矩形或異型截面空心結構件，如汽車的排氣系統(tǒng)異型管件；非圓截面空心框架，如發(fā)動機托架、儀表盤支架、車身框架（約占汽車質量的11%～15%）；空心軸類件和復雜管件等。圖2即為液壓成形工藝應用于汽車工業(yè)中所制造出的一些典型零件。

圖2 液壓成形的典型汽車零件

液壓成形工藝的適用材料包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金及鎳合金等，原則上適用于冷成形的材料均適用于液壓成形工藝。

與其他金屬塑性成形加工工藝相比，液壓成形是一項正處于上升態(tài)勢且具有良好發(fā)展前景的先進制造技術。目前，全球已建成并投產了眾多的專業(yè)化生產線，形成了相當?shù)纳a規(guī)模，產品訂單持續(xù)穩(wěn)步增長。早在1993年，奔馳公司就建成了液壓成形車間，通用、福特、歐寶、寶馬等汽車公司也已投資建成了自己的液壓成形件生產基地。此外，在汽車上已采用液壓成形零件的汽車公司還有奧迪、大眾、沃爾沃、戴姆勒-克萊斯勒等。

用于液壓成形生產的先進設備

瑞典AP&T在金屬成形領域擁有近50年的經驗，在液壓成形方面可以為用戶提供公稱壓力為100～20000kN的各種規(guī)格的液壓成形設備，也包括液壓成形工藝的設計以及用于液壓成形的模具的設計和加工。

1、HF型液壓機——短行程液壓成形壓力機

HF型液壓機（圖3）采用模塊組合式結構，可為用戶提供1個、2個或3個模塊組合的液壓機。模塊組合式結構使得壓機布置非常緊湊，總重量約為傳統(tǒng)設計的一半，占地面積也小得多，為用戶節(jié)約了費用。HF型液壓機工作非常靈活，以3模塊為例，用戶采用1個模塊加工小零件的同時，另外2個模塊也可以獨立工作或組合起來對中型零件進行生產，也可3個模塊共同組合用于大型零件的制造。每一個模塊都由4個立柱框架整體焊接，每個立柱帶有2個預緊拉桿，滑塊導向采用AP&T專利的Prisma導向，這些保證了設備的整體剛性，工作時機身變形非常小，可得到高質量加工零件及高的模具壽命。

圖3  HF-100 000-49/16  （3個模塊）

此外，HF型液壓機還有其他一些獨具特色的設計和配置：為取得更好的液壓成形工藝效果，該款液壓機采用預成形時長行程、終成形時短行程的設計，保證在最終成形時液壓油不被壓縮；HSP充液系統(tǒng)提供了快速充液及快速增壓的保證同時節(jié)約了能源；HNC（Hydroform Numeric Control）數(shù)控系統(tǒng)可對液體壓強、工作壓力、工作速度、行程位置及工藝過程等進行閉環(huán)伺服控制，極大地提高了加工精度和工作效率。

2、HFC(High pressure Forming Centre) 高壓成形中心

HFC高壓成形中心（圖4）為剛性結構的專用合模裝置，其液壓系統(tǒng)包括水系統(tǒng)和油系統(tǒng)，這些系統(tǒng)單獨控制HFC的合模、模具缸、沖孔缸以及內高壓介質。HNC（Hydroform Numeric Control）數(shù)控系統(tǒng)可對液體壓強、工作壓力、工作速度、行程位置及工藝過程等進行閉環(huán)伺服控制，極大地提高了加工精度和工作效率。

圖4   HFC120高壓成形中心

此外，與傳統(tǒng)液壓成形設備相比，HFC具有下列優(yōu)點：整體投資少；不需要地基；可擴展的模塊化設計；占地面積小，重量輕等。

結束語

液壓成形具有獨特的工藝特點和技術、經濟優(yōu)勢。近15年來，在汽車工業(yè)得到了迅速的推廣和應用，對汽車輕量化的發(fā)展進程產生了良好的推動作用，同時也帶來了明顯的經濟和社會效益。