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編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯
（譯文）
院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 李玉寒
學(xué) 號(hào)： 1000110121
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名： 宋宜梅
職 稱： 教授
2014年 6 月 4 日
用于制造汽車部件的液壓成形的進(jìn)步
Taylan Altan，教授
Hariharasudhan Palaniswamy，研究生研究助理
Yingyot Aue-u-lan，研究生研究助理
工程技術(shù)研究中心凈成形制造（ERC/ NSM）
俄亥俄州立大學(xué)，俄亥俄州哥倫布市 - 43210，USA
摘要
隨著不斷增長(zhǎng)的燃油效率、車輛需求以及更高的安全性和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，迫使汽車制造商不斷尋求增加輕質(zhì)材料，如先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用，鋁、鎂合金和新的制造技術(shù)，以減少車的總重量。此外，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，為了減少所需的時(shí)間，以及為了開發(fā)新車型，汽車制造商積極尋求走向新經(jīng)濟(jì)的制造方法，以降低制造成本。用于板材和管材的內(nèi)高壓成型——液壓成形，是目前正在推行的新的制造方法之一，之所以被世界各地的汽車制造商使用，是因?yàn)椋篴）具有低的模具成本，b）形成一部分（凹痕阻力和能量吸收）后具有更好的性能， c）能夠形成復(fù)雜形狀和綜合結(jié)構(gòu)（液壓成型管可從幾個(gè)沖壓件更換組件），可降低裝配成本和時(shí)間。本文提供的概念在按機(jī)器的進(jìn)步和工具、測(cè)試材料和潤(rùn)滑油的選擇方面，以及通過在板材工藝設(shè)計(jì)有限元模擬策略和管件液壓成形方面都有涉及。另外，鎂和鋁合金的暖高壓成形也作了簡(jiǎn)要討論。
1 引言
直到最近，由于制造它的周期時(shí)間比較長(zhǎng)，并沒有考慮汽車板材和管材的內(nèi)高壓成形。然而，先進(jìn)的液壓和智能按鍵設(shè)計(jì)在時(shí)間已經(jīng)大大縮短了周期時(shí)間，使其成為有吸引力的汽車制造技術(shù)。此外，片材和管材的液壓成形提供了諸如a）低加工成本，b）（凹痕阻力和能量吸收）的一部分形成后具有更好的性能，c）能夠形成復(fù)雜的形狀和一體化結(jié)構(gòu)（液壓成型管可以更換總成從幾個(gè)沖壓件）等好處。在目前，這些降低裝配成本和時(shí)間的有吸引力的代表性做法，可以替代沖壓技術(shù)邁向新車型小批量生產(chǎn)的市場(chǎng)趨勢(shì)。
圖1所示為使用液體介質(zhì)的金屬形成的分類，它是按輸入預(yù)制棒大致分為片材和管液壓成形。此外，板材液壓成形分為充液拉深和高壓片液壓成形，取決于凸模或凹模模具所具有的具有將要形成的形狀或輪廓。高壓板液壓成形按單復(fù)數(shù)的不同又可進(jìn)一步劃分，雙液壓成形坯正在使用的成形過程的空白。本文提供了一個(gè)概念在按設(shè)備和工具，測(cè)試材料和潤(rùn)滑的選擇和墊款在片材和管的所有區(qū)域，通過有限元模擬過程的設(shè)計(jì)策略液壓成形。另外，鎂和鋁的合金板材溫?zé)嵋簤撼尚渭庸な呛?jiǎn)要討論。
金屬成型與液體介質(zhì)
板材液壓成形 管件液壓成形（THF）
流體力學(xué)深沖（HMD 高壓板液壓成形
單空白 雙白
圖1 使用液體介質(zhì)的形成過程的分類
2 管件液壓成形（THF）
2.1 描述
在THF中，一個(gè)管狀預(yù)成型件放置在兩個(gè)管芯之間。該模具被封閉并保持在壓力下，同時(shí)將管內(nèi)部加壓和軸向壓縮到材料強(qiáng)行進(jìn)入模腔，以收購的所需形狀或輪廓結(jié)束（參見圖2）。在此過程中，軸向進(jìn)給和內(nèi)部壓力是同時(shí)控制，以形成部分沒有如爆裂的任何缺陷和起皺。
圖2 THF的過程原理及其工藝參數(shù)
THF工藝順序：a）放置管，b）密封和填充液，c）加壓和飼料材料，d）所形成一部分。
圖3 汽車液壓成型部件的示意圖[1999施羅德]
THF現(xiàn)已廣泛用于制造中使用不同的配置的管狀部件汽車行業(yè)（圖3）和其它的應(yīng)用，如家用電器。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展迅速一直由于THF報(bào)價(jià)優(yōu)勢(shì)，通過沖壓焊接即傳統(tǒng)制造（a）部分合并，（b）通過更高效的斷面設(shè)計(jì)和圍墻的剪裁減重厚度在結(jié)構(gòu)部件，（c）通過改善結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度優(yōu)化部分的幾何形狀，（d）低級(jí)加工成本由于零部件少，（e）少二次操作（不焊接和液壓成形過程中孔沖孔），（f）更嚴(yán)格的公差和減少回彈，便于組裝，以及（g）減小自廢修多余的材料是遠(yuǎn)不如在管件液壓成形比沖壓。
為了成功地設(shè)計(jì)和開發(fā)THF工序或操作，改進(jìn)在THF中的技術(shù)和它們之間的相互作用的每一個(gè)區(qū)域應(yīng)當(dāng)考慮。一個(gè)完整的THF體系的主要組成部分和關(guān)鍵問題（圖2），可以列出如下：a）進(jìn)入管質(zhì)量，b）執(zhí)行及彎曲的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法，c）模具和工具設(shè)計(jì)指引，d）壓鑄工件接口問題（摩擦與潤(rùn)滑），e）變形力學(xué)（金屬流）在不同的區(qū)域，f）設(shè)備，按與環(huán)境相關(guān)的問題，和g）尺寸和液壓成形加工部件的性能。
2.2 材料特性/管材液壓脹試驗(yàn)
我們?cè)贓RC/ NSM建議管狀隆起試驗(yàn)確定管狀的屬性材料，因?yàn)槊{迫條件下的THF經(jīng)常是雙軸類似隆起測(cè)試相比單軸拉伸試驗(yàn)。最大有效應(yīng)變的實(shí)現(xiàn)無局部頸縮脹試驗(yàn)比在拉伸試驗(yàn)大得多（通常兩次）。圖4示出了隆起試驗(yàn)為管狀材料的示意圖。該在端部保持筒經(jīng)受內(nèi)部壓力，直到它爆裂。在測(cè)試過程中內(nèi)部壓力和隆起的高度的測(cè)量，這是用來獲得用于處理模擬材料的流動(dòng)應(yīng)力。突發(fā)高度管表示該管的成形性。從隆起測(cè)試爆裂高度可以作為一個(gè)指示器/設(shè)計(jì)規(guī)范傳入管的質(zhì)量達(dá)到THF標(biāo)準(zhǔn)。
圖4 管示意圖隆起試驗(yàn)以評(píng)價(jià)材料管THF的性質(zhì)
圖5 在THF中不同區(qū)域的摩擦條件
2.3 潤(rùn)滑油的選擇
在THF中，根據(jù)不同的變形機(jī)制，整個(gè)變形區(qū)可以劃分為引導(dǎo)區(qū)、過渡區(qū)和擴(kuò)展區(qū)。在指導(dǎo)區(qū)域中的管進(jìn)行軸向壓縮應(yīng)力，由于無論在管的表面上的管和收縮的增厚側(cè)邊在其上涂布潤(rùn)滑劑。在膨脹區(qū)的管施加雙軸拉伸應(yīng)力導(dǎo)致變薄及表面擴(kuò)張。過渡區(qū)標(biāo)志在中間階段。因此，在THF中的良好的潤(rùn)滑劑應(yīng)該能夠執(zhí)行以及在所有三個(gè)區(qū)域。 ERC/ NSM已發(fā)展成a）指導(dǎo)區(qū)試驗(yàn)b）過渡區(qū)的測(cè)試和c）擴(kuò)大區(qū)域測(cè)試模擬變形機(jī)制，在各自區(qū)域中的接觸壓力篩選THF市售潤(rùn)滑劑。
2.4 墊塊及模具
THF按鍵設(shè)計(jì)起主導(dǎo)作用，因?yàn)樗@著影響循環(huán)時(shí)間和過程的經(jīng)濟(jì)性。圖6顯示了THF的三種基本概念：a）常規(guī)設(shè)計(jì)（長(zhǎng)行程的設(shè)計(jì)理念），b ）新設(shè)計(jì)（短行程的設(shè)計(jì)理念）和c）沒有任何鎖定機(jī)制。c中的基本概念與（b）的概念相似，得到廣泛的使用是因?yàn)椋篴）它減少了循環(huán)時(shí)間與主要用于長(zhǎng)行程氣缸移動(dòng)用更少的流體壓力， b）短期行程上模上下快速氣缸需要流體的體積更小，以產(chǎn)生所需的高壓從而減少了周期時(shí)間，c）頂部裸片的機(jī)械鎖定消除了高壓液壓系統(tǒng)，用于上模，從而降低了成本和制造設(shè)計(jì)的更加小巧。圖7顯示了可用的不同類型的印刷機(jī)在市場(chǎng)上已經(jīng)適應(yīng)了三個(gè)基本概念。它們基本上是不同的任一結(jié)構(gòu)按幀或使用的機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)打字。圖7顯示出了THF按模塊化設(shè)計(jì)理念。這種設(shè)計(jì)的好處是：a）可使用對(duì)于需要幾個(gè)步驟生產(chǎn)（執(zhí)行 - 液壓成型）設(shè)計(jì)，b）多個(gè)沖頭可以被鎖定在一起，以形成一個(gè)大的部分。
圖6 THF按壓力類型在市場(chǎng)上的適應(yīng)的基本類型
圖7 按模塊化概念：a）單個(gè)電池單元和b）雙電池單元
2.5 通過有限元模擬工藝設(shè)計(jì)
THF過程中成功的設(shè)計(jì)要求的最佳估計(jì)關(guān)鍵工藝參數(shù)的關(guān)系;軸向進(jìn)給隨時(shí)間變化和內(nèi)部壓力隨時(shí)間的變化而形成的部分。更多的軸向進(jìn)給可能導(dǎo)致的屈曲管子而少軸向進(jìn)料將導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，也爆破由于過度變薄。
在ERC / NSM ，有限元模擬使用PAMSTAMP 2000加上優(yōu)化技術(shù)和自適應(yīng)模擬技術(shù)已被用來確定加載路徑，結(jié)果在最小變薄和不起皺的部分和不帶介質(zhì)的任何泄漏過程中。圖8顯示了示例最佳加載路徑取得的橫梁部分的液壓成形。數(shù)字圖10顯示了零件的幾何形狀，模具的幾何形狀和分布稀疏的部分為最佳加載路徑。從有限元模擬估計(jì)的加載路徑為在實(shí)驗(yàn)中使用，以形成良好的部分。
圖8 裝載自適應(yīng)模擬技術(shù)獲得路徑形成橫梁部分。
3 高壓表高壓成形粘性介質(zhì)壓力
3.1 概述
在高壓液壓成形板材的過程中，片材通過對(duì)形成凹模的流體。在成形的液壓壓力過程中，在中間板作為一個(gè)坯料夾持器，以控制材料從凸緣和也運(yùn)動(dòng)密封的流體介質(zhì)，以避免泄漏。粘性壓力成形類似于片液壓成形，其中壓力作用在紙張上被壓縮的粘性介質(zhì)，而不是產(chǎn)生液壓油或水板液壓成形。
高壓片液壓成形的成形操作可以分為兩個(gè)階段。第一階段涉及到自由的地方形成的片自由的凸起模腔，直至它啟動(dòng)與模具接觸。這就引入了均勻應(yīng)變?cè)谡麄€(gè)片材的分布，從而a）該材料的可成形性是有效利用相對(duì)于傳統(tǒng)的沖壓工藝，其中變形是在沖角半徑定位于薄板，b）提高的凹痕液壓成形的成形部件的電阻相比沖壓件。第二階段涉及校準(zhǔn)對(duì)模腔內(nèi)的片以獲得所需的形狀。高流體壓力需要在第二階段取決于材料、板厚以及最小圓角半徑在模具的幾何形狀。因此，板材液壓成形提供了一個(gè)從低成形性制造汽車零部件可行的替代進(jìn)程先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼和鋁合金。
成功應(yīng)用高壓板液壓成形的，需要仔細(xì)考慮高壓板液壓成形系統(tǒng)的所有組成部分即：a）進(jìn)入板材質(zhì)量，b）模具和工件的接口問題（摩擦和潤(rùn)滑），c）刀具設(shè)計(jì)，壓邊力的有效應(yīng)用，避免泄漏， d）內(nèi)部流體壓力和壓邊力之間的關(guān)系的（加載路徑），電子出版社和工具以及尺寸和性能液壓成形加工部件。
3.2 材料特性/粘性壓力脹試驗(yàn)
我們?cè)贓RC / NSM建議隆起測(cè)試（粘性價(jià)格猛漲的壓力測(cè)試，室性早搏試驗(yàn)）確定薄板材料的性能并檢查片材的質(zhì)量傳入的沖壓廠，因?yàn)閍）應(yīng)力條件下沖壓或板相比于單軸的液壓成形往往雙軸類似隆起測(cè)試常規(guī)的拉伸試驗(yàn)， b）最大等效應(yīng)變達(dá)到在VPB測(cè)試無局部縮頸大得多（通常兩次）比在拉伸試驗(yàn)。隆起試驗(yàn)中，在片材夾在的示意邊自由地鼓起由粘性壓力，直到它爆裂。在試驗(yàn)期間該圓頂?shù)母叨群驼承越橘|(zhì)的內(nèi)部壓力是實(shí)時(shí)測(cè)量。所測(cè)量的圓頂高度和壓力被用作輸入要使用有限元模擬來確定的流動(dòng)應(yīng)力反分析的材料。突發(fā)圓頂高度的可成形性的良好指標(biāo)材料（較高的爆穹頂高度的更好成形性）。此外，突發(fā)圓拱高度可以被用作一個(gè)指示器/設(shè)計(jì)規(guī)范來檢查質(zhì)量在進(jìn)料的沖壓廠。
3.3 潤(rùn)滑油的選擇
潤(rùn)滑起著控制持有人在成型過程中片材和壓鑄片接口的空白物質(zhì)流的主導(dǎo)作用。潤(rùn)滑失效結(jié)果：a）過度變薄導(dǎo)致部分撕裂，b）過度磨損導(dǎo)致形成部分的表面光潔度降低，c）磨損損壞失效。在板材液壓成形用潤(rùn)滑劑通常是由于過多接觸失敗在壓料模接口。在界面處產(chǎn)生的壓力取決于材料，片材厚度和模頭的幾何形狀。因此，一個(gè)單一潤(rùn)滑劑不能滿足所有的過程的要求。選擇潤(rùn)滑油應(yīng)使用模擬接口壓力測(cè)試進(jìn)行表面膨脹率接近生產(chǎn)條件。ERC / NSM建議使用沖壓潤(rùn)滑油測(cè)試儀（SLT ）和修改的限制巨蛋高度測(cè)試篩選市面銷售的潤(rùn)滑劑板材液壓成形工藝。
3.4 墊塊及模具
3.4.1高壓板液壓成形壓機(jī)
高壓板高壓成形壓力機(jī)和工具的設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并在THF中可用的技術(shù)制造。然而在片液壓成形加工，較高的夾緊力，由于大面積的片和坯料夾持機(jī)構(gòu)需要加以考慮。大學(xué)多特蒙德（ LFU ）德國(guó)與辛北爾康普PressenSysteme合作（ SPS ） ，德國(guó)已經(jīng)建成了萬噸壓機(jī)高壓板液壓成形的大型汽車零部件（圖9） 。該壓機(jī)的設(shè)計(jì)有水平安裝廉價(jià)的緊湊型設(shè)計(jì)，易于操作的工件，短行程氣缸，以減少周期時(shí)間，并且需要更少在車間的投資基礎(chǔ)。記者框架和投由鋼絲纏繞成型過程中承受動(dòng)載荷預(yù)應(yīng)力。液壓成形加工，在此期間，需要在相對(duì)較小的壓力大體積流體的（游離膨出）和少量的液體在高壓下的是需要在相校準(zhǔn)第二階段。液壓系統(tǒng)在報(bào)刊上被設(shè)計(jì)在兩個(gè)315桿的100升容積不同的壓力水平）最大壓力加壓介質(zhì)和2000巴b）與5升容積最大壓力加壓介質(zhì)以降低成本，周期時(shí)間，使設(shè)計(jì)更加緊湊。
圖9 臥式高壓板液壓成形機(jī)原理
3.4.2刀具系統(tǒng)
（1） 模具設(shè)計(jì) - LFU
在傳統(tǒng)的高壓板液壓成形模具中，中間板應(yīng)用所需要的壓邊力來密封加壓媒介，并控制液壓成形過程中材料的流動(dòng)。因此它是難以正是申請(qǐng)表上所要求的壓邊力。大學(xué)多特蒙德LFU 設(shè)計(jì)了一種新的工具，其中密封力是由中間板應(yīng)用，而坯料夾持器即安裝在模頭的凸緣部施加的壓邊力。因此，該從凸緣材料流被精確地控制。在形成非對(duì)稱的部分，增稠劑在凸緣不均勻造成間隙造成的漏加壓介質(zhì)。LFU開發(fā)的模塊化模具設(shè)計(jì)與多點(diǎn)空白保持器，在每個(gè)氣缸上的力可以改變顯示獨(dú)立。多點(diǎn)坯料夾持在模具結(jié)合使用短行程氣缸提供了龐大的力量在短行程。
（2） 模具設(shè)計(jì) - ERC / NSM
在ERC / NSM設(shè)計(jì)工具所使用的機(jī)械作用來產(chǎn)生所需的壓力。圖10示出的模具設(shè)計(jì)的示意ERC / NSM板材液壓成形。固定沖頭被安裝在印刷機(jī)上床而壓邊擱置在緩沖銷和模被安裝在壓頭。將產(chǎn)生的壓力需要加壓介質(zhì)放置在由沖頭和壓模保持器在最頂層形成的腔位置。最初的片材被放置在坯料夾持器。上模移動(dòng)下來，對(duì)夾壓邊圈的工作表。夾緊板后，上模的結(jié)果在支架相對(duì)空白的移動(dòng)，以進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)固定活塞。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致粘性的壓縮板材和沖頭之間媒介。由于的不可壓縮加壓介質(zhì)，壓力產(chǎn)生的作用在薄片上。因此，通過純機(jī)械運(yùn)動(dòng)在例行記者，進(jìn)行板材液壓成形工藝。
圖10 在ERC/ NSM的工具，高壓板液壓成形的原理圖
3.5 通過有限元模擬工藝設(shè)計(jì)
液壓成形工藝的成功的設(shè)計(jì)要求的最佳關(guān)系關(guān)鍵工藝參數(shù)壓邊力隨時(shí)間的變化和內(nèi)部壓力隨時(shí)間的變化，以成功地液壓成形的部分。較高的壓邊力可能導(dǎo)致片材的過度拉伸，最終斷裂而低坯料夾持力會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的泄漏。在ERC/ NSM，F(xiàn)E 使用模擬PAMSTAMP2000加上優(yōu)化技術(shù)有被用來確定該加載路徑而導(dǎo)致在最小減薄部分未經(jīng)介質(zhì)的過程中的任何泄漏。圖12顯示了加載路徑從DP形成樣本的非對(duì)稱部分600材料片厚0.60毫米。圖13示出了在部分變薄分布。該獲得的個(gè)人資料將實(shí)驗(yàn)使用ERC/ NSM工具進(jìn)行驗(yàn)證。
圖11 采用有限元模擬（PAMSTAMP2000）獲得的加載路徑加上優(yōu)化技術(shù)。
圖12 在所形成的部分預(yù)測(cè)變薄分布為最佳加載路徑
4 充液拉深（HMD）
4.1 描述
在HMD，該表是深沖壓反對(duì)在鍋里反壓力，而比凹模在正規(guī)的沖壓工序，如圖13的介質(zhì)中的壓力罐可以是“被動(dòng)的”（產(chǎn)生由于壓力該介質(zhì)的沖頭的前進(jìn)行程期間，不可壓縮性）或“活躍”（由外部泵產(chǎn)生的壓力）。
圖13 該充液拉深和例子示意圖
使用HMD汽車零部件生產(chǎn)HMD導(dǎo)致較高的貸存比（深沖）相對(duì)于傳統(tǒng)的沖壓因?yàn)镠MD中的金屬板被強(qiáng)制以形成對(duì)沖頭表面由于流體壓力。由于紙張之間的摩擦和沖頭表面，附著在凸模表面上的片材沒有被拉伸中，從而獲得均勻的壁厚和更高的LDR的形成過程。HMD可以與常規(guī)的沖壓作業(yè)導(dǎo)致降低組合形成階段。HMD與常規(guī)的沖壓的組合，形成復(fù)雜的零件，例如頭盔顯示器的結(jié)合拉伸和深拉制作復(fù)雜的零件更少成型操作。
相對(duì)于傳統(tǒng)的沖壓HMD是有利的，因?yàn)閍）消除凹模導(dǎo)致較低的工具成本和下模發(fā)展時(shí)間，b）消除側(cè)壁皺紋的形成過程中，由于外部時(shí)流體壓力使更多的自由設(shè)計(jì)汽車車身面板c）有能力形成復(fù)雜的形狀和特點(diǎn)，在金屬板導(dǎo)致較少形成操作比以往的沖壓從而降低了制造成本，d）更好的表面質(zhì)量作為片材的外表面是在與流體僅從而降低刀痕。
成功應(yīng)用HMD的需要仔細(xì)考慮所有組件的傳入a）質(zhì)量，b）刀具和工件接口：頭盔顯示器系統(tǒng)，即中問題（摩擦與潤(rùn)滑），c）刀具設(shè)計(jì)的空白高效的應(yīng)用內(nèi)部流體之間的壓邊力和避免漏d）的關(guān)系壓力和壓邊力（加載路徑），電子）出版社和工具，以及尺寸和HMD的部分屬性。對(duì)方法的詳細(xì)說明，以測(cè)試傳入表和測(cè)試，以選擇市售的質(zhì)量潤(rùn)滑油分別載于第3.2節(jié)和3.3節(jié)。在下一節(jié)中新發(fā)展HMD印刷機(jī)和工具進(jìn)行了討論。
4.2 墊塊及模具
4.2.1HMD印刷機(jī)
HMD機(jī)正在使用開發(fā)的短行程的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)THF 。圖14顯示了3500噸HMD壓機(jī)的操作序列使用短穆勒萬家頓在IFU ，斯圖加特大學(xué)設(shè)計(jì)行程的設(shè)計(jì)理念。上模向上移動(dòng)和向下使用長(zhǎng)沖程汽缸，需要大體積的低壓液壓流體。公羊被索引在使用機(jī)械鎖所需的底部位置。短被安裝在頂部滑塊行程汽缸HMD時(shí)被激活以適用于抵消了打孔所產(chǎn)生的力所需要的力大由于鍋內(nèi)的壓力。短行程氣缸要求流體在高容量少壓力。 Schnupp HMT和舒勒也紛紛推出頭盔顯示器與壓短行程的設(shè)計(jì)理念。然而，短沖程氣缸被安裝在按床而不是壓力機(jī)滑塊，如圖15所示，新的設(shè)計(jì)概念，a）允許獨(dú)立控制的壓邊力和鍋壓力，b）以減小高量減少周期時(shí)間和成本壓力的液壓流體，以通過該系統(tǒng)來處理。
圖14使用內(nèi)置的HMD印刷機(jī)的操作順序示意圖由米勒·萬家頓短行程氣缸概念
圖15 由Schnupp HMT和蒂森建在HMD印刷機(jī)的原理克虜伯流體力學(xué)
4.2.2 設(shè)計(jì)工具
對(duì)刀具設(shè)計(jì)的概念類似于常規(guī)的沖壓。沖頭和空白支架是專門設(shè)計(jì)的零件形狀，而壓力罐遺骸常見的所有部分。壓力罐和拳打在HMD的工具應(yīng)該是設(shè)計(jì)用于承受高鍋壓力。此外，仔細(xì)考慮是必需的用于密封在壓力罐 - 片接口，以避免流體的泄漏在HMD 。在模具設(shè)計(jì)各種進(jìn)步是：
（1） 壓力室頂部克服了膨脹
部件與錐形側(cè)壁的HMD導(dǎo)致的片材的間隙中的膨出壓邊圈和正當(dāng)如圖16（詳細(xì)a）沖頭之間以形成在鍋內(nèi)壓力。這鼓鼓的，可能會(huì)導(dǎo)致過度變薄和斷裂在較高罐壓力。 IFU開發(fā)了新的模具設(shè)計(jì)與在打孔坯料夾持器界面，如圖16b以額外的密封在頂部創(chuàng)建一個(gè)壓力室。在HMD從所述液壓流體鍋循環(huán)到頂部壓力腔，以便在頂部和壓力試驗(yàn)箱底部是一樣的，以避免膨脹。
圖16
（2） 彈性墊形成尖角
需要完全形成零件鍋內(nèi)壓力取決于最小圓角半徑的一部分。因此，部分有尖角要求記者具有非常高容量導(dǎo)致增加投資成本。舒勒開發(fā)被安裝在所述壓力罐，如圖17的彈性襯墊。朝向所述成形過程結(jié)束時(shí)，該尖銳的拐角處形成機(jī)械的墊子，而不是鍋內(nèi)壓力從而降低所需的壓制能力和投資[Stereme等人，2001]。
圖17 壓力罐用彈性墊的原理，在HMD形成的尖銳角
（3） 彈性壓邊圈
壓邊的設(shè)計(jì)在HMD的主導(dǎo)作用，因?yàn)閼?yīng)用空邊力控制畫圖過程中材料的流動(dòng)，也將適用于必要的外力，以避免形成過程中的壓力介質(zhì)泄漏過程。在使用傳統(tǒng)的壓邊形成非對(duì)稱的部分，增厚法蘭不統(tǒng)一造成的剛性壓之間的差距支架和板在薄的位置，導(dǎo)致增壓介質(zhì)的泄漏。斯圖加特大學(xué)， IFU開發(fā)的多點(diǎn)分段的彈性壓邊圈類似于沖壓。作用于坯料的夾持力可在每個(gè)坐墊獨(dú)立調(diào)整的空間。薄板上的空白支架隨附與片材接觸偏轉(zhuǎn)彈性取決于從而與鋼板厚度；它保持在與片材的均勻接觸。因此，分段彈性壓邊均勻施加壓力，并避免加壓介質(zhì)的泄漏，與傳統(tǒng)的剛性空白相比更有優(yōu)勢(shì)。
4.3通過有限元模擬工藝設(shè)計(jì)
在ERC/ NSM，使用PAMSTAMP2000有限元模擬加上優(yōu)化技術(shù)和自適應(yīng)模擬技術(shù)已被用來確定鍋壓力和坯料夾持力，結(jié)果在最小變薄和無過程中起皺的部分和不帶介質(zhì)的任何泄漏。圖18顯示了用于液壓成形獲得的示例最佳加載路徑一個(gè)軸對(duì)稱圓杯90mm直徑可達(dá)100毫米（LDR2.5）深度從AKDQ鋼單人操作。圖19顯示了細(xì)化分布在部分的最佳加載路徑。從有限元模擬估計(jì)的加載路徑將用于在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果。
圖18 采用有限元模擬（PAMSTAMP2000）獲得的加載路徑加上優(yōu)化技術(shù)
圖19 在所形成的部分預(yù)測(cè)變薄分布為最佳加載路徑
5 液壓成形雙坯料（平行板液壓成形）
5.1 概述
兩個(gè)扁平或預(yù)成形片材，可以是不同的厚度，不同的形狀焊接或者未焊接的邊緣構(gòu)成輸入空白的平行板液壓成形工藝。輸入空白被放置在同時(shí)具有上部工具，也可以形成含有的形狀下模?？瞻妆槐３衷谶吘壓图訅航橘|(zhì)是使用特殊的片材之間引入對(duì)接機(jī)制。片材對(duì)頂部和底部模具得到形成由流體壓力所需的形狀。圖20顯示出的示意性平行板液壓成形工藝。圖21顯示了各種汽車零部件通過平行板液壓成形制造。
圖20 在雙白紙工藝順序的液壓成形示意圖
平行板板材液壓成形是在形成替代THF過程復(fù)雜幾何形狀，超過該部分的長(zhǎng)度具有不同的橫截面在膨脹比大的差異。在THF中的最大差膨脹率達(dá)到在一個(gè)不同的部分橫截面是有限的，因?yàn)檩斎肟瞻资菆A管在整個(gè)長(zhǎng)度上均勻的橫截面。然而，在平行板液壓成形，通過局部地改變坯料的寬度，橫具有不同膨脹率的部分可被容納。平行板液壓成形加工，也可用于替代高壓片液壓成形為在兩種情況下，金屬片壓向模具的液體媒介。然而，在平行板片液壓成形兩部分可以是在一個(gè)生產(chǎn)周期的生產(chǎn)，從而在提高生產(chǎn)性。并行板材液壓成形允許上模和不同形狀的底模。此外，它允許形成兩種不同的材料和兩種不同的厚度在一個(gè)生產(chǎn)周期。平行板板材液壓成形可能是經(jīng)濟(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)相對(duì)小批量的大小。
圖21 樣件在汽車用雙白紙制作液壓成形
影響平行板的設(shè)計(jì)的各種因素或工藝參數(shù)液壓成形工藝類似于高壓片液壓成形工藝。因此，只有對(duì)接機(jī)制，這是新的平行板液壓成形引入紙張之間的加壓流體，進(jìn)行了討論。
5.2 對(duì)接系統(tǒng)
圖22和圖23示出了所使用的各種專利的對(duì)接系統(tǒng)在業(yè)界引入的片材之間的液壓介質(zhì)。對(duì)接系統(tǒng)由Drauz和舒勒發(fā)明的方法，其中壓片是在成形過程中的焊接和拉伸。在這兩種情況下的流體是在對(duì)接的位置由片材的變形機(jī)械密封通過焊接在其它位置，以避免任何泄漏。該對(duì)接系統(tǒng)由多特蒙德大學(xué)開發(fā)時(shí)可以使用的紙張不焊接和金屬板可以被允許加工。該密封是通過提供金屬模具的夾緊力。
圖22 對(duì)接系統(tǒng)由克虜伯的原理-赫施
a舒勒對(duì)接系統(tǒng) b多特蒙德系統(tǒng)對(duì)接的原理
圖23 該對(duì)接系統(tǒng)舒勒和多特蒙德系統(tǒng)示意圖
6 暖管和板材液壓成形
鋁合金和鎂合金提供了極大的潛力，在降低重量車身結(jié)構(gòu)和車身面板，由于其密度低，強(qiáng)度高，以及重量比。然而他們的應(yīng)用受到限制，由于其低成形性在室溫相比低碳鋼。鋁和鎂合金在高溫200℃的形成時(shí)，顯示增加成形性350℃。暖管件液壓成形和板材液壓成形的發(fā)展是在研究在世界各地的下列機(jī)構(gòu)早期階段。
? ERC / NSM - 俄亥俄州立大學(xué)，美國(guó)-鎂暖高壓成形合金及鋁合金管和溫暖的鎂合金及鋁合金板材成形。
? LFT，埃爾蘭根大學(xué)-紐倫堡與舒勒合作液壓成形和奧迪，Mg和Al的液壓成形合金管和板材。
?達(dá)姆施塔特大學(xué)，德國(guó)-暖充液拉深和Al合金板材與管材的暖管件液壓成形。
? IFU，斯圖加特大學(xué)-暖高壓板液壓成形Mg和Al合金板材。
?弗勞恩霍夫研究所，開姆尼茨-板材和管材的暖高壓成形。
圖24 示意圖高壓板液壓成形模具在IFU
圖25 示意圖，充液拉深模具在達(dá)姆施塔特大學(xué)
在暖高壓液壓成形板材，片材，模具和流體被加熱到所需的溫度。圖32顯示了實(shí)驗(yàn)的示意用于暖高壓板液壓成形于IFU [雅格加熱工具2003] 。在溫暖的充液拉深，片材被首先加熱，并模具和坯料夾持器的凸緣部分被加熱到所需的溫度如在圖33中所示的沖頭進(jìn)行冷卻的同時(shí)在加壓流體的溫度保持比室溫略高。較低沖頭的溫度和加壓介質(zhì)冷卻相鄰的片材在凸模片的，從而強(qiáng)度提高，進(jìn)行負(fù)載在繪畫和故障推遲由于過度變薄。其結(jié)果在形成獲得繪制鋁合金輪杯3.0 LDR250℃的溫度Groche等，2002 ] 。在管板液壓成形于高溫下的LFT ，埃爾蘭根 - 紐倫堡大學(xué)，樣品從鋁合金A6061 ， A5182床單和Al -Mg合金汽車零部件試管液壓成形于220℃ [蓋革等，2003 ]的溫度。
7 小結(jié)
研究板材和管材行業(yè)中的液壓成形和調(diào)查，在過去十年中所大學(xué)已經(jīng)導(dǎo)致a）改進(jìn)精確確定使用模擬現(xiàn)實(shí)中的測(cè)試材料性能生產(chǎn)，b）開發(fā)更好的測(cè)試方法來篩選潤(rùn)滑劑，c）在按鍵設(shè)計(jì)進(jìn)展，導(dǎo)致更便宜和小巧的機(jī)降低循環(huán)時(shí)間，d）在模具設(shè)計(jì)不斷改進(jìn)，以增加的液壓成形的應(yīng)用范圍和虛擬，e）開發(fā)通過有限元模擬設(shè)計(jì)流程和預(yù)計(jì)的生產(chǎn)工具最佳工藝參數(shù)。這些發(fā)展導(dǎo)致減少的過程開發(fā)時(shí)間，使板材和管材液壓成形工藝來與傳統(tǒng)的沖壓競(jìng)爭(zhēng)。管目前暖高壓成形片被調(diào)查提高輕質(zhì)Mg和Al中的應(yīng)用合金是在室溫以下可成形的。
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只有三個(gè)基本發(fā)射功率的方法：電力，機(jī)械及流體動(dòng)力。大多數(shù)應(yīng)用程序?qū)嶋H使用的組合三種方法來獲得最高效的整體系統(tǒng)。要正確判斷該原則的方法來使用，重要的是要知道每種類型的顯著特征。例如，流體系統(tǒng)可以更經(jīng)濟(jì)地傳輸能量更大距離可以比機(jī)械類型。然而，流體系統(tǒng)僅限于短距離比是電氣系統(tǒng)。
液壓動(dòng)力傳遞系統(tǒng)所關(guān)心的產(chǎn)生，調(diào)制，以及壓力和流量控制，并且通常這樣的系統(tǒng)不易出錯(cuò)：
1 泵的可轉(zhuǎn)換功率從原動(dòng)機(jī)液壓功率的致動(dòng)器。
2 閥，控制泵的流量，功率水平的方向產(chǎn)生的，并且流體流動(dòng)的致動(dòng)器的數(shù)量。的功率電平是通過控制兩者的流量和壓力水平?jīng)Q定的。
3 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)換成可用的機(jī)械功率輸出在所需的點(diǎn)。
4 介質(zhì)，這是一種液體，提供了剛性的傳輸和控制如以及潤(rùn)滑元件，密封閥，并在冷卻制度。
5 連接器，可連接的各種系統(tǒng)組件，提供電源導(dǎo)體，用于在壓力下的流體，并且流體流返回到油箱。
6 流體存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)設(shè)備，確保有足夠的質(zhì)量和數(shù)量，以及在流體的冷卻。
液壓系統(tǒng)用于工業(yè)應(yīng)用，如沖床，一般制造業(yè)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，采礦業(yè)，航空，深海勘探，交通運(yùn)輸，海洋技術(shù)，海洋天然氣和石油勘探?？傊?，很少有人經(jīng)過一天的生活不以某種方式受益于液壓系統(tǒng)的技術(shù)。
液壓系統(tǒng)的成功和廣泛使用的秘密在于它的多功能性和人性化。通過機(jī)器的幾何形狀是流體動(dòng)力不阻礙情況下的機(jī)械系統(tǒng)。此外，權(quán)力可以在幾乎無限的傳播由于數(shù)量的流體系統(tǒng)不那么受物理大小的限制材料是電氣系統(tǒng)。例如，一個(gè)表現(xiàn)電磁鐵由鋼的飽和極限的限制。另一方面，電源流體系統(tǒng)的限制只由材料的強(qiáng)度容量的限制。
行業(yè)將會(huì)越來越依賴于自動(dòng)化，以提高生產(chǎn)力。這包括生產(chǎn)操作遠(yuǎn)程和直接控制，制造工藝和材料處理。流體動(dòng)力的肌肉因?yàn)樵谝韵滤拇箢悆?yōu)勢(shì)自動(dòng)化。
1緩解和控制精度。通過使用簡(jiǎn)單的杠桿和推按鈕，流體動(dòng)力系統(tǒng)的操作員能夠容易地啟動(dòng)，停止加快或減慢，以及位置勢(shì)力提供任何所需馬力與公差精確，萬分之一英寸。圖示出了流體動(dòng)力系統(tǒng)，它允許在飛機(jī)飛行員提高和降低了起落架。當(dāng)飛行員，移動(dòng)一個(gè)小的控制閥在一個(gè)方向上，在壓力下的油流向的一端氣缸降低起落架。到收起起落架，導(dǎo)頻使閥桿在相反的方向，從而允許油流進(jìn)入氣缸的另一端。
2倍增的力量。流體動(dòng)力系統(tǒng)（不使用笨重的齒輪，滑輪和杠桿）可以簡(jiǎn)單地乘以力和有效地從一盎司的幾分之一到幾百噸的輸出。
3恒定的力或力矩。只有流體動(dòng)力系統(tǒng)能夠提供恒定的力或力矩，無論速度的變化。這是完成的工作是否輸出移動(dòng)每小時(shí)幾英寸，每分鐘幾百英寸，每小時(shí)幾轉(zhuǎn)數(shù)，或每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的。
4簡(jiǎn)單，安全，經(jīng)濟(jì)。一般情況下，流體動(dòng)力系統(tǒng)使用運(yùn)動(dòng)部件少比同類的機(jī)械或電氣系統(tǒng)。因此，它們是簡(jiǎn)單的去維護(hù)和操作。這，反過來，最大化安全性，緊湊性和可靠性。例如，一個(gè)新的動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制設(shè)計(jì)已經(jīng)讓所有其他類型的電源系統(tǒng)過時(shí)在許多非公路車輛。轉(zhuǎn)向裝置包括一個(gè)手動(dòng)的操作的方向控制閥和流量計(jì)的單個(gè)本體。因?yàn)檗D(zhuǎn)向單元是完全流體相連，機(jī)械連接件，萬向接頭，軸承，減速齒輪等。被淘汰。這提供了一種簡(jiǎn)單的，緊湊的系統(tǒng)，此外，非常小的輸入轉(zhuǎn)矩要求生產(chǎn)所需的最棘手的應(yīng)用程序的控制。這是其中重要的控制空間的限制，需要一個(gè)小的轉(zhuǎn)向車輪和有必要減少操作者的疲勞。
流體動(dòng)力系統(tǒng)的其他好處包括可逆的瞬間運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)保護(hù)，防止過載，和無極變速控制。流體動(dòng)力系統(tǒng)也有每重量比最高馬力任何已知的動(dòng)力源。盡管所有這些非常可取的特點(diǎn)流體動(dòng)力的，它不是萬能的所有電力傳輸問題。液壓系統(tǒng)中也有一些缺點(diǎn)。液壓油是凌亂，泄漏是不可能完全消除。此外，大多數(shù)液壓油可以如果石油泄漏發(fā)生在熱設(shè)備的區(qū)域引起火災(zāi)。
氣動(dòng)系統(tǒng)
氣動(dòng)系統(tǒng)使用高壓氣體來傳輸和控制電源。正如其名稱所暗示的，氣動(dòng)系統(tǒng)通常使用空氣（而不是一些其它氣體）作為流體介質(zhì)，因?yàn)榭諝馐且环N安全，成本低，并且容易可用液體。它是在環(huán)境中特別安全的地方電火花可以從系統(tǒng)組件點(diǎn)燃泄漏。
在氣動(dòng)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)用于壓縮和供應(yīng)必要的空氣量。壓縮機(jī)的活塞，葉片的典型或螺桿式。基本上是壓縮機(jī)通過減少增大了氣體的壓力它的所描述的完美的氣體定律體積。氣動(dòng)系統(tǒng)正常使用哪一個(gè)被認(rèn)為是一個(gè)無限的空氣的大型集中式空氣壓縮機(jī)源類似的電氣系統(tǒng)，你只插入一個(gè)電出口電力。這樣，加壓空氣可以從一個(gè)源通過管道輸送在整個(gè)整個(gè)工廠的各個(gè)位置。壓縮空氣是通過空氣過濾器管道輸送到每個(gè)電路以去除污染物可能傷害氣動(dòng)元件的緊密配合部件，如閥門，氣瓶。然后，空氣流經(jīng)確保穩(wěn)壓器，降低了壓力為特定電路應(yīng)用所需的水平。因?yàn)榭諝馐遣皇且粋€(gè)很好的潤(rùn)滑劑（含有約20 ％的氧），氣動(dòng)系統(tǒng)需要潤(rùn)滑的油很細(xì)霧噴射到排氣從壓力調(diào)節(jié)器。這可以防止密切配合運(yùn)動(dòng)的磨損配件氣動(dòng)元件。
從大氣中自由空氣中含有不同量的水分。這水分可以是有害的，因?yàn)樗梢韵慈?rùn)滑劑，從而引起過度的磨損和腐蝕。因此，在某些應(yīng)用中，空氣干燥器是要消除這種不良的水分。由于氣動(dòng)系統(tǒng)排氣直接排入大氣，它們能夠產(chǎn)生過量的噪音。因此，消音器安裝在空氣閥和致動(dòng)器排氣口降低噪音和防止操作人員從導(dǎo)致無法傷害只有暴露于噪音，而且還從高速空氣中的顆粒。
有幾個(gè)原因考慮使用氣動(dòng)系統(tǒng)代替液壓系統(tǒng)。液體表現(xiàn)出更大的慣性大于做氣體。因此，在液壓系統(tǒng)中的油的重量是一個(gè)潛在的問題，當(dāng)加速和減速驅(qū)動(dòng)器和時(shí)，突然打開和關(guān)閉閥門。由于牛頓運(yùn)動(dòng)定律（力等于質(zhì)量乘以加速度），以加速油所需要的力比大許多倍這需要以加速空氣的等體積。液體也表現(xiàn)出更大的粘度比辦氣體。這導(dǎo)致較大的摩擦壓力和功率損失。另外，由于液壓系統(tǒng)使用的流體外國(guó)到大氣中，它們需要特殊的水庫和沒有EAK系統(tǒng)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)系統(tǒng)使用的空氣其中被排出，直接返回到周圍環(huán)境中。通常講，氣動(dòng)系統(tǒng)比液壓系統(tǒng)更便宜。
壓縮機(jī)是典型的活塞，葉片或螺旋式的。基本上是一個(gè)壓縮機(jī)由所述減少其容積增大了氣體的壓力由理想氣體定律。氣動(dòng)系統(tǒng)通常使用一個(gè)大的中央空調(diào)這被認(rèn)為是類似于無限空氣源壓縮機(jī)電氣系統(tǒng)，你只是插入電源插座的電力。這樣，加壓空氣可以從一個(gè)源通過管道輸送到各個(gè)位置貫穿整個(gè)工業(yè)廠房。壓縮空氣通過管道輸送到每個(gè)通過空氣過濾器電路，以去除污染物可能損害氣動(dòng)組件，如閥和液壓缸的緊密配合的部分。該然后，空氣流經(jīng)滑雪后確定調(diào)節(jié)器從而降低了壓力的為特定的電路應(yīng)用所需的水平。因?yàn)榭諝馐遣皇且粋€(gè)好潤(rùn)滑劑（含有大約20％的氧氣），氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的潤(rùn)滑給油很細(xì)水霧注入從排氣壓力調(diào)節(jié)器。
然而由于空氣的可壓縮性，是不可能獲得精確的控制執(zhí)行器的速度與氣動(dòng)系統(tǒng)。此外，精確的定位控制是不是索取。而氣動(dòng)壓力是相當(dāng)?shù)陀捎趬嚎s機(jī)的設(shè)計(jì)限制時(shí)，液壓壓力可高AS10，000磅。因此，液壓系統(tǒng)可高功率系統(tǒng)，而氣動(dòng)僅限于低功耗應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)氣動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用正以快速的步伐。典型例子包括沖壓，鉆孔，提升機(jī)，沖床，夾緊，裝配，鉚接，材料處理和邏輯控制操作。