Hydroforming là gì - Hướng dẫn cơ bản cho người mới bắt đầu và chuyên gia

Ý nghĩa của việc hydroforming là gì? Hydroforming là một kỹ thuật sản xuất được sử dụng để chế tác các kim loại dễ uốn thành các bộ phận phức tạp khác nhau. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi sâu vào sự phức tạp của quá trình hydroforming để bạn hiểu.

Hydroforming là gì?

Phương tiện hydroforming còn được gọi là tạo chất lỏng là một kỹ thuật sản xuất hiện đại sử dụng chất lỏng áp suất cao và khuôn đúc để chế tạo kim loại dẻo. Vật liệu kim loại phổ biến với kỹ thuật này bao gồm; nhôm, thép, đồng thau, thép không gỉ, vv.

Ống hoặc tấm kim loại được đặt trên khuôn và áp suất chất lỏng được áp dụng. Điều này buộc kim loại phải có hình dạng của khoang khuôn.

Hydroforming

Hydroforming hoạt động như thế nào? Đối với quá trình hydroforming tấm, một tấm kim loại và chỉ có một khuôn; khoang hoặc chày được sử dụng. Chất lỏng có áp suất thủy lực ép vào tấm kim loại buộc nó phải tuân theo đường viền của khoang.

Trong khi đó, ở phương pháp tạo hình chất lỏng dạng ống, kim loại ống được đặt giữa hai khuôn và áp suất thủy lực dồn vào ống. Áp suất này đẩy ống ra ngoài buộc nó vào trong khoang khuôn để tạo thành hình dạng của nó.

Trong cả hai kỹ thuật hydroforming, việc hàn các bộ phận được loại bỏ dẫn đến việc hoàn thiện bề mặt các bộ phận có chất lượng cao.

Ưu điểm của quá trình hydroforming

Có những lợi ích của việc sử dụng quy trình tạo hình chất lỏng làm quy trình chế tạo kim loại của bạn và chúng bao gồm;

Hydroforming là giải pháp lý tưởng để tạo hình các bộ phận kim loại phức tạp có đường viền và hoa văn không đều.
Nó không cần hàn hai nửa như trong các phương pháp cũ, điều này đảm bảo hình dạng thu được có bề mặt hoàn thiện mịn. Điều này duy trì chất lượng của vật liệu kim loại được sử dụng.
Nó giúp loại bỏ khả năng các bộ phận được chế tạo trở lại hình dạng ban đầu.
Hydroforming có tính đặc hiệu cao, do đó tạo ra các bộ phận liên kết liền mạch với các bộ phận kim loại khác.
Độ mỏng của vật liệu được giảm bớt trong quá trình hydroforming do nó có độ chính xác cao về kích thước và quá trình tạo hình.
Các bộ phận kim loại được hình thành bằng phương pháp này có trọng lượng giảm và độ bền kim loại được cải thiện.
Nhìn chung, đây là một kỹ thuật tiết kiệm chi phí vì nó giảm thiểu các trường hợp lãng phí nguyên liệu, các công đoạn bổ sung và giảm chi phí nhân công.

Hạn chế của Hydroforming

Giống như bất kỳ kỹ thuật tạo hình kim loại nào khác, hydroforming cũng có những nhược điểm mặc dù ở mức tối thiểu.

Nó đòi hỏi vốn ban đầu cao để mua thiết bị hydroforming.
Thời gian chu kỳ chậm hơn trong quá trình hydroforming làm hạn chế số lượng bộ phận được sản xuất trong một khoảng thời gian nhất định.

Hydroforming dạng ống và Hydroforming kim loại tấm

Cả hydroforming kim loại dạng ống và tấm đều là một loại quy trình chế tạo được áp dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Hydroforming ống

Hydroforming ống còn được gọi là 'hình thành áp suất cao bên trong hoặc IHPF. Quá trình chế tạo kim loại này sử dụng ống kim loại làm nguyên liệu thô hoặc phôi được đặt giữa hai khuôn.

Trước khi quá trình hydroforming bắt đầu, ống kim loại được thực hiện qua quá trình uốn ống. Bước tiền chế tạo này đảm bảo kim loại thô được uốn cong đúng cách để có thể khớp khít giữa các khuôn.

Hydroforming ống

Sau khi được lắp giữa các khuôn và các đầu được bịt kín, chất lỏng thủy lực áp suất cao sẽ được đưa vào bên trong ống. Điều này buộc ống phình ra bên ngoài vào khoang khuôn để tạo thành hình dạng của nó.

Chế tạo ống kim loại thường được áp dụng trong ngành hàng không vũ trụ, hệ thống ống nước và ô tô, nơi các bộ phận ống nhẹ là thành phần thiết yếu.

tấm hydroforming

Đúng như tên gọi, loại chế tạo này sử dụng tấm kim loại làm nguyên liệu thô hoặc phôi. Nó sử dụng một khuôn không giống như phương pháp tạo hình bằng ống đòi hỏi hai khuôn nên rất tốn kém.

Hydroforming tấm đặt vật liệu kim loại tấm lên máy ép hydroforming và tạo áp suất chất lỏng lên nó. Áp lực này buộc tấm kim loại phải tuân theo hình dạng khuôn mà nó ép vào.

Một số lĩnh vực có thể áp dụng quy trình này bao gồm; thiết bị y tế, quốc phòng, hàng không vũ trụ và những thứ khác.

tấm hydroforming

So sánh Vẽ sâu Quá trình dập và hydroforming

Dập dập sâu là kỹ thuật chế tạo kim loại sử dụng lực nén để tạo thành khoang, hình trụ hoặc cốc từ phôi kim loại.

Mặt khác, quá trình hydroforming biến các phôi kim loại thành hình dạng khuôn với sự hỗ trợ của áp suất chất lỏng thủy lực.

Công cụ hydroforming được làm từ gang trong khi công cụ vẽ sâu được chế tạo từ thép cứng. Thép đắt hơn so với gang.

Thông thường, quá trình hydroforming rất đơn giản và tạo ra các bộ phận bền chất lượng cao được sử dụng tốt nhất trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ.

Dập sâu

Trong khi hydroforming làm giảm độ mỏng của vật liệu, thì việc dập sâu sẽ làm mỏng vật liệu.

Hydroforming rẻ hơn so với dập sâu về chi phí phát triển vì nó không cần công cụ mới mỗi lần. Thay vào đó, chỉ có thể thay đổi loại vật liệu và kích thước độ dày thành để đạt được hình dạng hoặc bộ phận mới.

Chi phí xử lý bản vẽ sâu chỉ hiệu quả trong sản xuất quy mô lớn do cần có chuyên môn và chi phí dụng cụ. Điều này trái ngược với quy trình hydroforming thường rẻ hơn từ chi phí dụng cụ ban đầu đến chi phí xử lý.

Phương pháp vẽ sâu có tính cứng nhắc trong thiết kế vì nó đòi hỏi phải tạo ra các công cụ mới với mỗi thiết kế mới. Quá trình hydroforming cho phép thực hiện một loạt các thay đổi về thiết kế khiến nó linh hoạt hơn so với quá trình vẽ sâu.

Hydroforming có độ chính xác cao dẫn đến ít hoặc không mất vật liệu, dập sâu gây lãng phí vật liệu cao hơn.

Quá trình hydroforming mất thời gian chu kỳ ngắn hơn trong sản xuất quy mô lớn các mẫu phức tạp. Dập sâu mất nhiều thời gian chu kỳ sản xuất hơn đối với các cấu hình thiết kế phức tạp.

Hydroforming tạo ra các lớp hoàn thiện mịn chất lượng cao so với dập sâu để lại vết xước trên bề mặt sản phẩm. Điều này giúp giảm chi phí cho các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ đòi hỏi tiêu chuẩn hoàn thiện đánh bóng.

Yếu tố cần xem xét trong Hydroforming

Giống như bất kỳ quy trình chế tạo nào khác, có những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hydroforming và kết quả của nó. Một số biến số chính cần xem xét khi xem xét kỹ thuật hydroforming là:

Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến lượng lực tác dụng trong quá trình hydroforming kim loại và mức độ dẻo của phôi. Một số phôi kim loại mất đi độ bền vượt quá mức nhiệt độ nhất định.

Sức ép

Quá trình hydroforming áp dụng áp suất chất lỏng để đạt được sự hình thành bộ phận. Áp suất áp dụng được xác định trước tùy thuộc vào độ bền kéo của vật liệu trống. Kim loại càng mạnh thì áp suất tác dụng càng cao.

Ngoài ra, việc hình thành các bộ phận khác nhau đòi hỏi mức độ áp suất và thời gian tiếp xúc với áp suất khác nhau để hình thành chúng.

Vật liệu

Việc lựa chọn vật liệu là rất quan trọng trong quá trình hydroforming vì nó chỉ giới hạn ở các vật liệu dẻo và nó cũng ảnh hưởng đến các đặc tính yêu cầu của bộ phận cấu thành.

Thời gian xử lý và đường dẫn tải

Biết các thông số quy trình như giá trị áp suất thủy lực để tham gia và đường tải để tuân theo là chìa khóa để hình thành chính xác. Các giá trị này có thể được xác định bằng cách thực hiện quá trình mô phỏng trên loại vật liệu và thiết kế bộ phận mong muốn trước đó.

Các giá trị được tạo ra từ quá trình thử nghiệm và đường dẫn tải được xác định sẽ giúp ích cho quá trình hydroforming thực tế.

Chất bôi trơn

Bôi trơn bề mặt rất quan trọng trong quá trình này vì nó giảm thiểu ma sát và khuyến khích dòng nguyên liệu ảnh hưởng đến hiệu suất chung của quy trình. Ngược lại, ma sát cũng cần thiết để đóng vai trò kiểm soát dòng nguyên liệu nhằm ngăn chặn mức độ mỏng của vật liệu.

Quy trình hydroforming từng bước

Bước 1: Quá trình hydroforming bắt đầu bằng việc thiết lập dụng cụ bao gồm:

Buồng cái hoặc buồng trên bao gồm buồng chất lỏng điều áp, màng ngăn cao su và miếng đệm chống mòn
Khuôn dưới hoặc khoang lỗ có thể được thay thế bằng vòng và chày. Cú đấm được kết nối với piston thủy lực, giá đỡ trống hoặc vòng

Bước 2: Bước tiếp theo là đặt phôi kim loại vào buồng tạo hình một cách chắc chắn để quá trình bắt đầu.

Buồng được đóng lại bằng cách hạ thấp áp suất thủy lực của hệ thống. Sau đó, áp lực được tạo ra bằng cách nâng chày trên vòng cối cái.

Phôi phù hợp với hình dạng và hoa văn trên các chi tiết khuôn tạo thành chi tiết mong muốn.

Tiếp theo, áp suất được rút ra khỏi phôi, kết thúc chu trình quá trình hydroforming.

Phần cuối cùng có bề mặt nhẵn do màng cao su ở khoang trên hỗ trợ phôi kim loại.

Bước 3: Đây là bước cuối cùng của quá trình hydroforming và được đặc trưng bởi việc loại bỏ cả khoang trên và khoang dưới sau khi giảm áp suất. Phần tạo thành có thể được trải qua các giai đoạn khác như cắt laser tùy thuộc vào khu vực ứng dụng của nó.

Nói chung, lãng phí vật liệu là tối thiểu trong quy trình này vì nó bắt đầu với phôi kim loại có kích thước yêu cầu.

Quá trình hydroforming

Các yếu tố quyết định chi phí của hydroforming

Việc thiết lập chi phí tổng thể của quy trình hydroforming có thể giúp bạn đánh giá tính khả thi của nó so với các quy trình chế tạo khác.

Chi phí dụng cụ hydroforming

Buồng hydroforming bao gồm buồng chết nữ và nam. Buồng cái có chất lỏng điều áp và màng ngăn cao su giúp giảm khoảng 50% chi phí xử lý như chúng ta sẽ thấy ở phần sau.

Ngoài ra, dụng cụ tạo hình bằng thủy lực được làm bằng gang nên ít tốn kém hơn so với thép cứng trong quá trình dập sâu. Các công cụ hydroforming thân thiện với người dùng nên không cần phải có chuyên môn để cài đặt.

Chi phí xử lý

Trong quá trình chế tạo kim loại này, thao tác thiết kế được thực hiện đơn giản bằng cách thay đổi loại vật liệu và thay đổi kích thước độ dày của tường. Điều tương tự không được áp dụng trong dập sâu vì phải tạo ra một công cụ mới cho một thiết kế cụ thể. Điều này làm giảm đáng kể chi phí quá trình hydroforming.

Chi phí hoạt động

Để tạo thành một chi tiết cụ thể, việc dập sâu đòi hỏi nhiều chu kỳ ép. Mặt khác, hydroforming phù hợp với hình dạng khuôn trong một chu kỳ ép duy nhất. Điều này giúp giảm thời gian ép trong quá trình tạo hình thủy lực khoảng 65% so với 40% trong phương pháp kéo sâu.

Chi phí hoàn thiện

Màng ngăn cao su trong khuôn cái đảm bảo phần kim loại được tạo hình có độ hoàn thiện mịn, loại bỏ các quá trình phụ như dập nổi. Điều này cắt giảm chi phí của quá trình hydroforming. Điều này không thể thực hiện được trong quá trình dập sâu để lại vết xước trên bề mặt cần được loại bỏ thêm bằng các quy trình bổ sung.

Do đó, hydroforming được ưa chuộng hơn trong sản xuất các bộ phận hàng không vũ trụ cũng như trong ứng dụng y tế.

Giảm chi phí hơn nữa được thực hiện trong quá trình hydroforming do cấu trúc dụng cụ đơn giản, chi phí vật liệu sử dụng, chi phí nhân công lắp đặt rẻ, v.v.

Vật liệu thích hợp cho quá trình hydroforming

Quá trình hydroforming sử dụng các kim loại dẻo như nhôm, đồng thép, đồng thau, v.v. Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét kỹ lý do tại sao chúng là vật liệu được ưu tiên cho quá trình hydroforming.

Nhôm: Là kim loại mềm, nhẹ và bền, dễ dàng tạo thành nhiều hình dạng khuôn khác nhau. Điều này làm cho nó trở thành một trong những kim loại phổ biến được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Thau: Việc chế tạo đồng thau rất dễ dàng vì nó ít gặp vấn đề hơn và dễ dàng tạo hình khuôn với độ hoàn thiện mịn.

Đồng: Đồng là một kim loại dẻo, linh hoạt nhờ các đặc tính khác như tính dẫn điện và nhiệt, chống ăn mòn, v.v. Ống và tấm của nó là những linh kiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Inconel: Đây là hợp kim đặc biệt được biết đến với khả năng chịu đựng tuyệt vời với các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ, áp suất hoặc tải trọng cơ học. Nó được tạo thành theo yêu cầu thành các bộ phận có thể được sử dụng cho các bộ phận động cơ trong ngành hàng không vũ trụ, nơi có nhiệt độ rất cao.

Thép không gỉ: Đây là kim loại cao cấp được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do những đặc tính mong muốn của nó. Nó được biết đến với sức mạnh, độ bền, không rỉ sét, cùng nhiều thứ khác. Vật liệu thép không gỉ có thể được chế tạo thành các bộ phận phức tạp mà không bị vỡ hoặc nứt.

Các vật liệu khác được sử dụng cho mục đích cụ thể được gọi là vật liệu đặc biệt bao gồm:

Hastelloy: Siêu hợp kim này được chế tạo từ việc kết hợp niken-crom-sắt-molypden khiến nó trở nên tuyệt vời trong các điều kiện ăn mòn cực độ. Nó tạo ra các bộ phận không hàn thích hợp để sử dụng trong các nhà máy hóa chất có tính ăn mòn cao, do đó giảm thiểu nguy cơ hỏng bộ phận.

Waspaloy: Siêu hợp kim niken mạnh này đủ cứng để sử dụng trong chế tạo tuabin, hàng không vũ trụ, v.v.

Các ứng dụng của quá trình hydroforming

Bạn có thể tạo ra nhiều bộ phận và linh kiện thông qua quá trình hydroforming. Hầu như tất cả các ngành công nghiệp đều được hưởng lợi từ kỹ thuật chế tạo kim loại tấm này.

Dưới đây là một số ví dụ:

Ngành công nghiệp	Ví dụ về các bộ phận
Công nghiệp ô tô	· Mũ trùm đầu · Tấm · Bộ phận phanh, · Tấm chắn động cơ · Bình gas · Vỏ cảm biến, v.v.
Ngành chăm sóc sức khỏe	· Nắp đậy thùng rác · Thiết bị phẫu thuật · Khay khử trùng dụng cụ, v.v.
Công nghiệp thực phẩm	· Khay · Máy ép trái cây · Tấm ốp, v.v.
Ngành công nghiệp quốc phòng	· Vỏ máy bay · Vỏ động cơ · Bánh răng bảo vệ, v.v.
Công nghiệp chiếu sáng	· Nhà ở nhẹ · Hộp điện

Phần kết luận

Tóm lại, quá trình hydroforming là một phương pháp tạo hình kim loại tiên tiến có thể được sử dụng trong các ngành sản xuất khác nhau. Rõ ràng là nó rẻ hơn và hiệu quả hơn so với các kỹ thuật chế tạo kim loại truyền thống.

Tại Tsinfa CNC Equipment, chúng tôi sản xuất nhiều loại máy CNC được thiết kế cho nhiều ứng dụng – nói chuyện với chúng tôi ngay bây giờ nếu có bất kỳ thắc mắc nào.