液压技术应用.doc

液压技术应用----液压成形技术
因应运输工具轻量化、高性能、省能源之发展趋势，自1990年代起管件液压成形(TubeHydroforming)或称管件内高压成形(InternalHighPressureForming)技术受到工业界及学术界极大瞩目而蓬勃发展，目前已成为国际间汽车产业主流制造技术之一，包括：德国双B、VW、AUDI、OPEL，美国GM、FORD、CHRYSLER，日本TOYOTA、HONDA、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI，韩国KIA、Hyundai等均已投入生产或试量产，主要应用为底盘件、车身结构件与排气系统零组件，在其它产业应用亦不断扩大中，前景十分广阔。管件液压成形技术具有：减轻重量/节省能源、产品一体型化、刚性佳、提高产品性能/精度及创新性，且在生产过程中可减少半成品零件数量，减少焊接、机械加工与产品组装道次等后加工处理，有效降低生产成本、缩短加工周期等优点。1.技术原理管件液压成形技术，适用于异厚异形之中空结构管件，顾名思义是先将管材置于具形状的模具中，藉由管件内部加入高压流体(目前主要以水为主)，搭配轴向施加压力补偿管料，把管料压入到模具腔体内成形。其成形所需之液压力一般约2000Bar，特殊状况下甚至高达4000Bar。适用材料和应用范围：具备优良的可延伸性为液压成形法的关键，原则上适用于冷间成形加工的材料均适用于管件液压成形技术，目前主要以：碳钢、特殊钢、不锈钢、铝合金、铜合金等为主。2.技术特点应用管件内高压技术可达到减少结构件零件数目、焊接道次并缩短组配时间，达成减轻重量及降低成本之目标，其优点因产品之不同而有所不同，相较于传统生产技术的优势包括：1.减轻重量：与车削、搪孔相比，管件液压成形之空心轴类可减轻40%~50%，有些甚至可达75%；若与冲压焊接件相比，汽车上用管件液压成形的空心结构件可减少20%~30%。2.减少半成品零件数量：在成形过程中可一次加工出如引擎托架、顶盖板架、门框等大型复杂的3D几何形状的工件。与冲压焊接件相比，副车架零件由6个减少到1个；散热器支架零件由17个减少到10个。3.降低模具费用：管件液压成形件通常仅需要一套模具，而冲压焊接件由多个冲压件焊接而成，因此需要多套冲压模具。4.减少后续机械加工和组装焊接量：以散热器支架为例，焊接点由174个减少到20个，制造道次由13道减少到6道，生产效率提高66%。5.提高强度、刚性及疲劳强度：成形过程中液体具冷却作用，使工件被"冷作强化"，获得比一般冲压加工更高的工件强度。以散热器支架为例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。6.降低生产成本：SchulerHydroforming公司对已应用的产品进行分析，管件液压成形件比冲压焊接件成本平均降低15%~20%，模具费用降低20%~30%。7.创新性：克服传统制程限制，应用于新产品设计开发。3.国内外产业应用现况从近10年来的应用发展历程来看，如【图2】所示，汽车业无疑地为最大之应用产业，产品也由仪表板支架、引擎支架、散热器支架等扩大至车架滑轨(FrameRail)、引擎副支架(SubFrame)等项目的使用；另外，在其它车辆产业中，机车之车架、后臂(RearArm)也于2002年正式应用在哈雷、Yamaha等越野车的车款中，自行车的车架、摇臂及上管也有厂商应用的轨迹。至于水龙头、阀制品、球形容器、超导加速器、管配件等产品，也应用液压成形技术来达到其质量及消费者需求。以下就液压成形技术相关应用产品作一详细说明。在机车液压成形零组件上的应用厂商则属哈雷及YAMAHA公司。在YAMAHA方面，主要将其液压成形技术应用于2002年的WR250F(四行程之越野车)的摇臂ngarm)方面，以减轻重量并提高刚性。至于在哈雷公司的应用方面，则是由哈雷产品发展中心(Harley\'sProductDevelopmentCentre)将液压成形技术应用于该2002年的V-Rod车款之车架中，以形成无焊接性且具刚性之结构，该车架采用1.5吋管件在预弯后以高压成形方式制成复杂的三次元结构。4.管件液压成形技术研究发展动向目前的研究重点为如何提高液压成形技术的竞争力，包括：降低资本支出(起始设备投资)、提高生产率及产量、提高材料使用率、制程合理化、不良率降低以及一体型液压成形零件开发等，主要研究发展项目说明如下：4.1管材成形性分析技术主要为材料特性基础数据与实验方法之建立，包括：鼓胀分析（Bulgingtest）、流动应力（K、nvalue）、管件成形极限图(FLD)等。.2管件液压成形CAD/CAE技术的应用为了降低成本、缩短产品开发时程、提高开发成功率，CAD/CAE对新的液压成形技术也越来越重要。数值模拟能准确地反映管件液压成形过程、预测成形缺陷、显示工