先进钣金成形技术及装备发展现状

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1、先进钣金成形技术及装备发展现状AdvancedFo珊ingTechnologyandEquipmentDeVelopmentofSheetMetal西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心涂集林王永军魏生民涂集林博士研究生，从事钣金成形工艺与装备研究。钣金成形在航空航天等领域有着不可替代的作用，随着这些领域的发展和产品需求的不断变化，新一代钣金零件需要轻质、高强度、高性能以及低成本的制造技术，这就需要不断探索新材料、新工艺和新装备，缩短产品制造周期，实现高效、快速、柔性和精确成形。因此，先进钣金成形技术应运而生，如：液压成形、温热成形、超塑成形、喷丸成形和

2、渐进成形等，这些技术都极大降低了产品开发周期和制造成本。44航空制造技术·2015年第16期新一代钣金零件需要轻质、高强度、高性能以及低成本的制造技术。这就需要不断探索新材料、新工艺和新装备，缩短产品制造周期，实现高效、快速、柔性和精确成形oDOI：10．16080a．issnl671—833x．2015．16．044液压成形液压成形按照成形对象不同，分为壳液压成形、管材液压成形和板材液压成形，而板材液压成形又可分为橡皮囊液压成形和液压拉深成形。板材液压成形是采用液体作为传力介质，代替刚性凸模或者凹模，使金属板材在压力作用下贴模，成为所需形状曲面零件的成形工艺

3、。由于液体的运用，使得成形压力均匀，零件回弹小，表面质量和尺寸精度高，模具成本低。1管材液压成形技术管材液压成形技术也被称为内高压成形技术，它是将管材置于模具中，借助管材内部充人的混合液体产生压力，使材料膨胀流人模具内。德国的Schuler公司、Fischer集团公司和瑞典的AP＆T公司等开发了相应的专用管材液压成形装备。2橡皮囊液压成形橡皮囊液压成形原理是橡皮隔膜将高压液体和板料分隔开，省略了另外一个半模，充人的高压液体将橡皮隔膜胀形，其胀形压力使板坯贴模成形。瑞典Avure公司根据此技术研制了Quintus橡皮囊液压机，它采用钢带缠绕增强技术，减轻了成形机

4、框架的重量，增强了液室的强度，其工作台面最大达到1．8m×3．6m，成形压力为80～140MPa。3液压拉深成形液压拉深成形是采用高压液体介质代替刚性模具，使板材在液体介质压力作用下贴模成形为所需零件，与橡皮囊液压成形相比，省掉了橡皮隔膜，改为增加了压边圈，有些增加了密封装置防止液体泄露。欧美、日本等国家开展此技术较早，并应用于航空发动机、运载火箭整流罩等复杂零件成形中。如日本的AMINO公司采用此技术生产了飞机唇口和铝合金车身零件，并且各国spec蚓哪pmenff。rAvIailonlnduslry航空专用装备根据此技术竞相推出了各种液压拉深装备，如意大利M

5、uRARO公司和瑞典AP&T公司。温热成形5000和6000系列的铝合金从20℃升到320℃，其材料伸长率从20％增加到80％⋯。温热成形是利用材料加热后塑性和延伸率提高，屈服强度下降的特性进行板材成形的技术，并且成形温度低于材料的再结晶温度，减少了能源消耗。Interlaken技术公司利用温热成形和管材液压成形技术，通过预加热模具，然后在管坯中充人氮气的方法来生产铝合金管材零件。温热成形技术可以提高板材的成形性，并得到均匀厚度的零件，然而其加热过程中模具温度很难达到均匀，并且比冷成形生产周期长，因此只适合小批量零件的生产。温热成形有以下3种工艺：(1)等温温

6、热成形，需要预先加热模具和板材，使其达到板材成形所需温度，然后进入压力机中进行成形。美国汽车研究理事会将传统冲压模具改造后用于温热成形，此工艺方法中模具和板料温度控制困难，并且模具尺寸不稳定，成形周期较长。(2)预成形一热处理一精加工成形。板材在室温下预成形，然后将预成形零件采用感应线圈局部加热进行退火处理以去除应力，最终室温成形。(3)非等温温热成形。只需要温热的板材(200～300℃铝合金)在常温模具下即可成形全尺寸零件，不需要预加热模具。国外对热成形工艺技术研究较早，欧洲已有设备生产企业提供冲压生产线，如德国Schuler公司和瑞典AP&T能够提供全套热

7、冲压设备，如图1所示。钛合金温热成形技术中成形温度介于室温和再结晶温度之间，Ti一6Al一4v钛合金如果在再结晶温度以上成形，会导致材料性能和表面质量变化，例如相变和表面氧化，无法满足半成品板材的冲压要求口】。美国M—DOT公司采用钛合金温热成形技术【3]，将Ti一6Al一4V板加热至426cC至红热后，移到压弯机上使其弯曲900，最后组装成发动机辅助动力装置的托架。超塑成形技术某些材料在特定温度、一定应变速率以及一定组织条件下会发生超塑性现象，即其延伸率超过100％。超塑成形是利用这种材料超塑性特性进行零件成形的技术，板料的成形方法为超塑气压成形，即模具内通

8、人压缩气体或抽出空气形成负压，使板料贴