Что такое гидроформинг – полное руководство для начинающих и экспертов

В чем суть гидроформинга? Гидроформовка — это технология производства, используемая для изготовления различных сложных деталей из ковких металлов. В этой статье мы углубимся в тонкости процесса гидроформовки для вашего понимания.

Что такое гидроформинг?

Средство гидроформинга, также называемое флюидообразующий — это современная технология производства, в которой для изготовления гибких металлов используется жидкость под высоким давлением и формовочная матрица. Общие металлические материалы, используемые в этой технике, включают: алюминий, сталь, латунь, нержавеющая сталь и т. д.

Металлическую трубку или лист помещают на матрицу и прикладывают давление жидкости. Это заставляет металл принимать форму полости штампа.

Гидроформинг

Как работает гидроформинг? Для листовой гидроформовки обрабатывают металлический лист и только одну матрицу; используется полость или пуансон. Жидкость под гидравлическим давлением давит на металлический лист, заставляя его принимать контур полости.

В то время как в методе формования трубной жидкости металл трубы помещается между двумя матрицами и в трубу нагнетается гидравлическое давление. Это давление выталкивает трубку наружу, заставляя ее войти в полость матрицы, принимая ее форму.

В обоих методах гидроформовки исключается сварка деталей, что обеспечивает качественную обработку поверхности деталей.

Преимущества процесса гидроформинга

Есть преимущества использования процесса формования жидкости в качестве процесса изготовления металла, и они включают в себя;

• Гидроформовка идеально подходит для формирования сложных металлических деталей с неровным рисунком и контуром.
• Не требуется сварка двух половин, как в старых методах, это обеспечивает гладкую поверхность получаемых форм. Это позволяет сохранить качество используемого металлического материала.
• Это исключает возможность возврата изготовленных деталей к исходной форме.
• Гидроформовка очень специфична, поэтому в результате получаются детали, которые одинаково легко соединяются с другими металлическими деталями.
• Утончение материала уменьшается в процессе гидроформовки благодаря высокой точности размеров и процесса формования.
• Металлические детали, изготовленные этим методом, имеют уменьшенный вес и повышенную прочность металла.
• Как правило, это метод экономии средств, поскольку он снижает потери материала, дополнительные этапы и снижает затраты на рабочую силу.

Ограничения гидроформинга

Как и любой другой метод обработки металлов давлением, гидроформовка также имеет свои недостатки, хотя и минимальные.

• Для приобретения гидроформингового оборудования требуется большой первоначальный капитал.
• Время цикла в процессе гидроформовки короче, что ограничивает количество деталей, производимых за определенный период.

Гидроформовка труб против гидроформовки листового металла

Гидроформовка как труб, так и листового металла представляет собой тип производственных процессов, которые применяются в различных отраслях промышленности.

Гидроформинг труб

Гидроформинг труб также называют 'внутренняя формовка под высоким давлением или ИХПФ. В этом процессе изготовления металла в качестве сырья используется металлическая трубка или заготовка, помещаемая между двумя штампами.

Перед началом процесса гидроформовки металлическая труба подвергается процессу гибки. Этот этап предварительного изготовления гарантирует, что необработанный металл будет правильно изогнут, чтобы он мог поместиться между формами.

Гидроформинг труб

После установки между матрицами и герметизации концов внутрь трубы подается гидравлическая жидкость под высоким давлением. Это заставляет трубку выпирать наружу в полость формы, принимая ее форму.

Изготовление металлических труб обычно применяется в аэрокосмической, сантехнической и автомобильной промышленности, где легкие детали из труб являются важными компонентами.

Листовая гидроформовка

Как следует из названия, в этом типе изготовления в качестве сырья или заготовки используется металлический лист. В нем используется одна матрица, в отличие от гидроформовки труб, для которой требуются две матрицы, что делает его дорогостоящим.

При гидроформовке листов материал листового металла помещается на гидроформовочный пресс и прикладывается к нему давление жидкости. Это давление заставляет металлический лист принимать форму матрицы, на которую он давит.

Некоторые из областей, в которых применим этот процесс, включают: медицинское оборудование, оборона, аэрокосмическая промышленность и другие.

Листовая гидроформовка

Сравнивая Глубокая вытяжка Процесс штамповки и гидроформовки

Штамповка глубокой вытяжкой — это метод изготовления металла, в котором используется сила сжатия для формирования полости, цилиндра или чашки из металлической заготовки.

С другой стороны, процесс гидроформовки преобразует металлические заготовки в форму с помощью давления гидравлической жидкости.

Инструменты для гидроформовки изготавливаются из чугуна, а инструменты для глубокой вытяжки — из закаленной стали. Сталь дороже чугуна.

Обычно процесс гидроформовки прост и позволяет получить высококачественные прочные детали, используемые преимущественно в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Штамповка глубокой вытяжки

В то время как гидроформовка уменьшает утончение материала, глубокая штамповка приводит к утончению материала.

Гидроформовка дешевле, чем глубокая штамповка, с точки зрения стоимости разработки, поскольку для нее не требуется каждый раз новый инструмент. Вместо этого для получения новой формы или деталей можно изменить только тип материала и размеры толщины стенки.

Затраты на обработку глубокой вытяжки эффективны только в крупномасштабном производстве из-за необходимого опыта и стоимости инструментов. Это противоречит процессу гидроформовки, который обычно дешевле с точки зрения первоначальной стоимости инструмента до стоимости обработки.

Метод глубокой вытяжки является жестким по конструкции, поскольку требует создания новых инструментов для каждой новой конструкции. Процесс гидроформовки позволяет вносить множество изменений в конструкцию, что делает его более гибким, чем глубокая вытяжка.

Гидроформовка отличается высокой точностью и приводит к минимальным потерям материала или вообще к их отсутствию, а штамповка с глубокой вытяжкой приводит к более высоким потерям материала.

Процесс гидроформовки занимает меньше времени при крупномасштабном производстве сложных моделей. Штамповка глубокой вытяжкой требует более длительного производственного цикла для сложных конфигураций конструкции.

Гидроформовка обеспечивает высококачественную гладкую поверхность по сравнению с глубокой вытяжкой, которая оставляет царапины на поверхности изделия. Это снижает затраты в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, где требуются стандарты полированной отделки.

Фактор, который следует учитывать при гидроформинге

Как и любой другой производственный процесс, существуют факторы, влияющие на процесс гидроформовки и его результат. Некоторые из ключевых переменных, которые следует учитывать при рассмотрении метода гидроформовки:

Температура

Температура влияет на величину силы, которую необходимо приложить во время процесса гидроформовки металла, и на степень пластичности заготовки. Некоторые металлические заготовки теряют свою прочность при достижении определенных температурных уровней.

Давление

В процессе гидроформовки применяется давление жидкости для формирования детали. Прилагаемое давление заранее определяется в зависимости от прочности на разрыв материала заготовки. Чем прочнее металл, тем выше оказываемое давление.

Кроме того, формирование различных деталей требует различных уровней давления и времени воздействия давления для их формирования.

Материал

Выбор материала имеет решающее значение при гидроформинге, поскольку он ограничивается пластичными материалами, а также влияет на требования к характеристикам компонентов.

Период обработки и путь загрузки

Знание параметров процесса, таких как значения гидравлического давления для задействования и траектория нагрузки, по которой необходимо следовать, являются ключом к точному формованию. Эти значения можно определить путем предварительного моделирования типа материала и желаемой конструкции детали.

Значения, полученные в результате экспериментального процесса, и определенный путь нагрузки помогут в реальном процессе гидроформовки.

Смазочные материалы

Смазка поверхности важна в этом процессе, поскольку она сводит к минимуму трение и способствует движению материала, что влияет на общую производительность процесса. Напротив, трение также необходимо для контроля потока материала и предотвращения утончения материала.

Пошаговый процесс гидроформинга

Шаг 1: Процесс гидроформовки начинается с установки инструмента, который состоит из:

• Внутренняя или верхняя камера, состоящая из камеры для жидкости под давлением, резиновой диафрагмы и износной накладки.
• Нижнюю матрицу или охватываемую камеру можно заменить кольцом и пуансоном. Пуансон подключается гидравлическим поршнем, держателем заготовки или кольцом.

Шаг 2: Следующий шаг — надежно поместить металлическую заготовку в камеру гидроформовки, чтобы процесс начался.

Камера закрывается путем опускания системы гидравлического давления. Затем создается давление путем подъема пуансона на охватывающее кольцо матрицы.

Заготовка соответствует форме и рисункам на элементах штампа, образующих нужную деталь.

Затем давление из заготовки сбрасывается, завершая цикл процесса гидроформовки.

Конечная часть имеет гладкую поверхность благодаря резиновой диафрагме в верхней камере, поддерживающей металлическую заготовку.

Шаг 3: Это заключительный этап процесса гидроформовки, который характеризуется удалением как верхней, так и нижней камеры после сброса давления. Полученная деталь может быть подвергнута другим этапам, например лазерной резке, в зависимости от области ее применения.

Как правило, потери материала в этом процессе минимальны, поскольку все начинается с металлической заготовки необходимого размера.

Процесс гидроформинга

Факторы, определяющие стоимость гидроформинга

Установление общей стоимости процесса гидроформовки может помочь вам оценить его осуществимость по сравнению с другими процессами изготовления.

Стоимость инструментов для гидроформинга

Камера гидроформовки состоит из охватывающей и охватывающей матриц. В женской камере находится жидкость под давлением и резиновая диафрагма, что позволяет снизить затраты на процесс примерно на 50 %, как мы увидим позже.

Кроме того, инструменты для гидроформовки изготавливаются из чугуна, который дешевле по сравнению с закаленной сталью при глубокой штамповке. Инструменты для гидроформовки удобны в использовании, поэтому их установка не требует специальных знаний.

Стоимость процесса

Во время этого процесса изготовления металла манипуляции с конструкцией просто достигаются путем изменения типа материала и изменения размеров толщины стенки. То же самое неприменимо при штамповке глубокой вытяжкой, поскольку для конкретной конструкции необходимо создавать новый инструмент. Это значительно снижает стоимость процесса гидроформинга.

Эксплуатационные расходы

Чтобы сформировать конкретную деталь, штамповка глубокой вытяжкой требует нескольких циклов прессования. С другой стороны, гидроформовка позволяет придать форму штампу за один цикл прессования. Это приводит к сокращению времени прессования при гидроформинге примерно на 65% по сравнению с 40% при методе глубокой вытяжки.

Стоимость отделки

Резиновая диафрагма в охватывающей матрице обеспечивает гладкую поверхность получаемой металлической детали, исключая вторичные процессы, такие как тиснение. Это снижает стоимость процесса гидроформовки. Это невозможно при глубокой штамповке, которая оставляет царапины на поверхности, которые необходимо удалить с помощью дополнительных процессов.

В результате гидроформовка предпочтительна при производстве деталей для аэрокосмической промышленности, а также в медицине.

Дальнейшее снижение затрат достигается в процессе гидроформовки благодаря простой конструкции инструментов, стоимости используемого материала, низкой стоимости рабочей силы при установке и т. Д.

Материалы, подходящие для процесса гидроформинга

В процессе гидроформовки используются пластичные металлы, такие как алюминий, сталь, медь, латунь и т. д. В этом разделе мы подробно рассмотрим, почему они являются предпочтительными материалами для процесса гидроформовки.

Алюминий: мягкий, легкий и прочный металл, которому легко придать различные формы. Это делает его одним из популярных металлов, используемых во многих отраслях промышленности.

Латунь: Изготовить латунь легко, поскольку она менее проблематична и легко принимает форму с гладкой отделкой.

Медь: Медь — это ковкий металл, который является универсальным благодаря другим своим характеристикам, таким как электро- и теплопроводность, устойчивость к коррозии и т. д. Ее трубы и листы широко используются в различных отраслях промышленности.

Инконель: это специальный сплав, известный своей превосходной устойчивостью к экстремальным условиям, таким как температура, давление или механическая нагрузка. Из него изготавливают детали, которые можно использовать для изготовления деталей двигателей аэрокосмических аппаратов, работающих при очень высоких температурах.

Нержавеющая сталь: Это высококачественный металл, который популярен в различных отраслях промышленности благодаря своим полезным свойствам. Он известен своей прочностью, долговечностью, отсутствием ржавчины и многим другим. Из нержавеющей стали можно изготавливать сложные детали без разрушения и растрескивания.

Другие материалы, которые используются для конкретных целей и называются специальными материалами, включают:

Хастеллой: Этот суперсплав изготовлен из комбинации никеля, хрома, железа и молибдена, что делает его превосходным для чрезвычайно агрессивных условий. Он производит бессварные детали, подходящие для использования на химических заводах, подверженных высокой коррозии, что сводит к минимуму вероятность выхода детали из строя.

Васпалой: Этот прочный никелевый суперсплав достаточно тверд, чтобы его можно было использовать в турбиностроении, аэрокосмической отрасли и т. д.

Применение процесса гидроформинга

С помощью процесса гидроформовки можно изготовить множество деталей и компонентов. Практически все отрасли промышленности извлекли выгоду из этой технологии изготовления листового металла.

Вот несколько примеров:

Промышленность	Примеры деталей
Автомобильная промышленность	· Капюшоны · Панели · Тормозные детали, · Щиты двигателя · Бензобаки · Крышки датчиков и т. д.
Индустрия здравоохранения	· Крышки пылесборника · Хирургическое оборудование · Лотки для стерилизации инструментов и т. д.
Пищевая промышленность	· Подносы · Соковыжималки · Плащи и т. д.
Оборонная промышленность	· Корпус самолета · Крышки двигателя · Защитные средства и т.д.
Светотехническая промышленность	· Легкий корпус · Электрические коробки

Заключение

В заключение отметим, что процесс гидроформовки — это передовой метод обработки металлов давлением, который можно использовать в различных отраслях промышленности. Очевидно, что это дешевле и эффективнее, чем традиционные методы изготовления металлов.

Компания Tsinfa CNC Equipment производит ряд станков с ЧПУ, предназначенных для различных применений: свяжитесь с нами сейчас по любым вопросам.