Урок 4.5ДеформироватьГлава 4 · Формовка листа и труб

Гидроформовка

Давление жидкости вдавливает трубу или лист в матрицу

Гидроформовка использует жидкость под высоким давлением, обычно воду, вместо твёрдого пуансона, чтобы вдавить металл в форму матрицы. Трубу раздувают, как воздушный шарик, внутри закрытой матрицы, либо лист прижимают к одной половине матрицы. Так делают лонжероны автомобильных рам, алюминиевые велосипедные рамы и трубы саксофонов — лёгкие и жёсткие цельные детали.

гидроформовка трубы · 3 этапаТри панели следуют за одной трубой через цикл, в разрезе вдоль её длины; цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Загрузить. Трубу, часто предварительно изогнутую по примерному пути детали, помещают в нижнюю половину разъёмной матрицы (двухсоставной стальной формы).
Закрыть и герметизировать. Пресс закрывает верхнюю матрицу и удерживает её закрытой с большой силой. Торцевые пуансоны (заглушки, вдвигаемые с каждой стороны) герметизируют оба конца трубы.
Заполнить. Вода, обычно с добавками против ржавчины, заполняет трубу через один пуансон и вытесняет воздух.
Поднять давление и подать металл. Давление растёт, до нескольких тысяч бар, и стенка выпучивается, пока не заполнит полость. Тем временем торцевые пуансоны вдвигают концы трубы внутрь, подавая металл, чтобы стенка не слишком утончилась; затем давление падает, и матрица раскрывается.

Листовая гидроформовка работает так же с плоским листом: жидкость, часто за резиновой мембраной, прижимает лист к одной твёрдой половине матрицы.

Ключевые факты

Материалы: Пластичные стали, включая высокопрочные марки, нержавеющая сталь, алюминий, латунь и медь, в виде труб или листов
Типичные детали: Лонжероны автомобильных рам, подрамники двигателей и выхлопные детали, трубы велосипедных рам, тройники труб; листовые панели и тарелки
Размер детали: Трубы длиной до нескольких метров, например лонжероны автомобильных рам; тарелки спутниковых антенн из листа до около 6 м в поперечнике
Точность: Обычно в пределах нескольких десятых миллиметра, потому что деталь прижимается к твёрдой матрице
Качество поверхности: Наружная сторона копирует матрицу; внутри нет следов инструмента
Подходящая партия: В основном большие объёмы (автомобили, велосипеды); листовые варианты подходят и для малых партий
Стоимость оснастки и оборудования: Матрицы стоят от десятков до сотен тысяч долларов; большой пресс с системой высокого давления — это обычно многомиллионное вложение
Скорость: Обычно от около 20 секунд до минуты на деталь, медленнее штамповки

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Сложные полые формы цельными, заменяющие сварные сборки
Более лёгкие и жёсткие детали с меньшим числом швов
Ровная толщина стенки и дополнительная прочность от наклёпа
Листовой гидроформовке нужна только одна твёрдая половина матрицы

Ограничения

Циклы длиннее, чем при штамповке
Оборудование высокого давления и матрицы дороги
Труба лопается, если её растянуть слишком сильно, поэтому расширение ограничено
Трубы часто сначала нужно изогнуть и предварительно отформовать

Где применяется

АвтомобилестроениеЛонжероны рам, подрамники двигателей, рейлинги крыши, выхлопные детали
Велосипеды и мобильностьАлюминиевые трубы велосипедных рам, рамы инвалидных колясок
МузыкаЛатунная труба корпуса некоторых саксофонов
Нефть и газБольшие Т-образные трубные соединения
Авиакосмос и освещениеЛистовые панели, спутниковые антенны, корпуса светильников

Как узнать процесс

Полые детали, у которых сечение меняется по длине — от круглого к квадратному и овальному, без лишних швов.
Цельные элементы рамы там, где можно было бы ожидать несколько штампованных половин, сваренных вместе.
Гладкие выпуклости и чёткие фасонные профили на алюминиевых трубах велосипедов.

Сравните с

Штамповка и глубокая вытяжка4.2твёрдый пуансон и матрица; быстрее, но сложная полая деталь требует нескольких штампованных половин, сваренных вместе.Выдувное формование2.3пластиковая версия той же идеи: воздух раздувает горячую пластиковую трубку внутри формы.Сверхпластическая формовка4.7давление газа медленно формует горячий, очень тягучий лист в матрице, для сложных авиационных деталей.

Смотрите

Tooling U-SME · Обучающее объяснение всего процесса

Car Addict Garage · Почему рамы автомобилей делают гидроформовкой

ANDRITZ Schuler · Настоящие гидроформовочные прессы в работе на заводе

Jones Metal Products · Листовой вариант: формовка гидравлической ячейкой

Смотреть реальные фото

Википедия: гидроформовка — листовой и трубный варианты, с примерами автомобилей, велосипедов и инструментов
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Давление жидкости, а не твёрдый пуансон, вдавливает металл в матрицу.
Торцевые пуансоны подают металл, чтобы стенка не лопнула.
Она делает лёгкие цельные полые детали, в основном для автомобилей и велосипедов.