Процесс гидроформовки – полное руководство

Процесс гидроформования является уникальной и функциональной методикой обработки металла в современной промышленности.

В этом руководстве вы узнаете все о гидроформовании – от преимуществ, техник, реального процесса до основных параметров гидроформования.

Давайте приступим.

Что такое гидроформование?

Гидроформование является уникальной методикой глубокой вытяжки для обработки металлов. Оно используется для формирования металлов, которые очень пластичны, таких как алюминий, латунь, сталь и медь.

Гидроформование или формование под давлением жидкости – это процесс формирования листового металла на плоский штамп под действием жидкостного давления.
Во многих случаях гибкая мембрана устанавливается над фольгой, а затем формируется в женскую полость.

Преимущества и недостатки гидроформования

Даже прежде чем выбрать гидроформование в качестве следующей методики обработки металла, важно узнать о преимуществах и недостатках.

Преимущества гидроформования металлов

• Оно очень хорошо подходит для неправильных контуров и сложных форм
• Оптимизация материала и спецификации толщины заготовки делает процесс экономически эффективным
• Процесс минимизирует утонение материала, что приводит к высокой точности в размерах и формовании
• Высокая механическая прочность
• Материал и вес деталей значительно снижены
• Низкое упрочнение
• Отсутствие возможности отскока
• Это может деформировать большие детали
• Это помогает улучшить прочность компонентов металла
• Снижение веса

Недостатки техники гидроформования

• Длительное время цикла создания детали
• Требуемое оборудование и машины достаточно дорогие.

Как глубокая штамповка сравнивается с процессом гидроформования

Когда речь идет о инструментах в методике обработки металла гидроформованием, вам понадобятся:

• Штамп или пунш
• Фиксирующие кольца

Автомобильная промышленность использует гидроформированные трубы для изготовления более безопасных и легких деталей для автомобилей.

Гидроформование используется из-за его простоты, более высокой размерной точности, прочности деталей и жесткости.

Это делает гидроформование на 50% дешевле, чем глубокая штамповка.

В большинстве случаев, инструменты, используемые при гидроформовании, изготовлены из чугуна, а штампы – из закаленной стали.

Гидроформовые инструментальные комплекты быстры и эффективны, потому что их легко собирать и настраивать.

Затраты на разработку: Гидроформование может включать изменения типа материала и спецификаций толщины стенки. Это снижает затраты на разработку, поскольку нет необходимости создавать новые инструменты по сравнению с вытяжкой.

Уменьшение времени пресса: Глубокая штамповка требует большего количества циклов пресса во время работы.

Гидроформование, с другой стороны, может достичь сокращения до 60-70% за один цикл по сравнению с 35-45% сокращением для глубокой штамповки.

Затраты на отделку: некоторые секторы, такие как медицина и авиакосмическая промышленность, часто требуют более высоких стандартов отделки поверхности и качества из-за точечной природы отраслей.

Глубокая штамповка оставляет царапины на готовых деталях.

Гидроформование удаляет дефекты поверхности детали, что в свою очередь снижает стоимость отделки деталей.

Затраты на процесс: для глубокой штамповки стоимость очень высока на короткой дистанции и уменьшается только с увеличением производства. Гидроформование, с другой стороны, все затраты, т.е. затраты на разработку, инструментальные и настройочные затраты, могут уменьшиться до 70%.

Гибкость: изменения конструкции в глубокой штамповке практически невозможны, как только созданы инструменты. Гидроформование, однако, предлагает более широкий и высокий уровень гибкости в отношении изменений дизайна.

Потери материала: гидроформование приводит к небольшим или отсутствующим отходам металла, поскольку потери материала устраняются на 50-70%. Глубокая штамповка имеет более высокий процент потерь материала.

Сроки поставки: в глубокой штамповке сложные детали требуют более длительных сроков поставки.

Гидроформование требует более коротких сроков поставки, даже в случае массового производства сложных деталей.

Процесс гидроформования

Дополнительные ресурсы:

Листовые штампованные детали – Источник: KDM

Глубокая штамповка – Источник: KDM

Высокоскоростная штамповка – Источник: KDM

Техника гидроформования – Источник: KDM

История процесса гидроформования

В 1889 году Гейгер и Гольц основали компанию Cincinnati Milling Machine. Компания стала основой для исследований и разработки процесса гидроформования.

В 1930-х годах компания Cincinnati Milling Company была одним из важнейших поставщиков и дистрибьюторов оборудования, используемого в металлообработке как в Европе, так и в США.

Более того, компания разработала методы глубокой штамповки, чтобы удовлетворить растущие требования, используя кожухи для шестерен и светоотражатели.

В 1956 году компания преобразовала Milacron в Цинциннати в центр исследований и разработки, чтобы ускорить изучение процесса гидроформования металла.

Это улучшило и создало новые формы гидроформования, которые были более сложными и приводили к лучшим результатам. В настоящее время результат новых форм гидроформования способствовал росту популярности и принятия методов гидроформования.

В 1970-х годах процессы гидроформования развились до современного вида процесса.

До сих пор гидроформовочные станки сократили время выполнения деталей из металла методом гидроформования, потребность в рабочей силе для высококачественной продукции и требования к отделке поверхности конечного продукта.

Ключевые параметры, которые следует учитывать при гидроформовании

Хотя существует множество переменных, определяющих качество детали методом гидроформования, вы должны учитывать следующие три:

Температура – она играет важную роль в определении сил, применяемых в процессе гидроформования металла, и пределов, до которых материал может быть формирован.

Давление – изменение времени – в процессе гидроформования различные участки детали могут потребовать изменения давления.

Выбор материала – из-за требований к окончательной детали и их формовочной способности, материал, который можно формовать, ограничен.

Перемещение штампа для процессов формования методом гидроформования штампом

Пошаговый процесс процесса гидроформования

Шаг 1: Настройка системы инструментов для гидроформования металла

При гидроформовании вы будете использовать верхний элемент штампа. Кроме того, следует отметить, что камера для гидроформования состоит из:

• Защитная накладка
• Формовочная камера
• Прессованная гидравлическая система
• Резиновый диафрагма
• Нижние элементы штампа могут быть заменены кольцом и штампом
• Гидравлический поршень будет удерживать нижний элемент штампа
• Система штампа имеет держатель заготовки или кольцо

Шаг 2: Размещение металла для гидроформования и начало производства

Положите металлическую заготовку на кольцо для начала процесса гидроформования.

С заготовкой на месте медленно опускайте масляную камеру. Затем закройте пресс.

Вы накладываете давление масла на верхнюю камеру штампа, поднимая штамп из кольца верхней камеры.

Благодаря резиновому материалу, используемому для изготовления верхней камеры инструмента гидроформования, металлическая заготовка превращается в окончательный слиток без поверхностных дефектов, которые часто возникают при других способах формования, таких как штамповка.

Помните, что диафрагма поддерживает всю металлическую заготовку.

К концу процесса металлическая заготовка будет напоминать инструментальную систему. То есть форму штампа в гидроформовании.

Как только окончательная деталь примет форму, верхняя камера элемента депрессуризируется. Обычно, депрессуризация завершает цикл гидроформования.

Шаг 4: Завершение процесса гидроформования металла

На этом этапе верхняя камера штампа поднимается после снижения давления в камере.

Наконец, вы опустите штамп, оставляя готовую деталь.

Шаги процесса гидроформования

Как гидроформация листового металла сравнивается с гидроформованием труб

В настоящее время гидроформование листового металла и гидроформование труб являются двумя распространенными методами изготовления.

Но в чем конкретно заключается сравнение этих методов гидроформования:

Процесс гидроформования листа

Металлическая заготовка устанавливается на гидроформовочный пресс. Затем на этот материал накладывается давление, заставляя его принять форму формы/штампа, на который он нажат.

Из-за своей универсальности процесс популярен в области энергетики на основе суши, обороны, медицины и авиации, среди других.

Процесс гидроформования листа

Отрасли известны своей потребностью в специализированных деталях с очень сложными формами и конструкциями.

Процесс гидроформования трубы

Процесс назван по металлической трубе, используемой в процессе гидроформования. Обычно этот процесс полезен в авиационной и автомобильной промышленности, где есть большой спрос на трубчатые детали.

Во время процесса формования гидравлическое масло подается в трубу и подается под давлением, чтобы труба приняла форму окружающей формы.

Лучшая часть заключается в том, что этот процесс может производить различные формы, длины и веса шлангов и труб.

Снова автомобильная промышленность использует гидроформовку труб для создания более безопасных и легких деталей автомобилей.

Гидроформование используется из-за своей простоты и более высокой размерной точности, прочности деталей и жесткости.

Процесс гидроформования трубы

Факторы, определяющие стоимость гидроформования металла

В любом процессе металлообработки важно контролировать стоимость производства. Это единственный способ для металлообрабатывающих предприятий оставаться конкурентоспособными в отрасли.

Инструменты в гидроформировании

Для выполнения процесса вам понадобятся направляющее кольцо и штамп.

Обычно резиновая мембрана и верхняя палата (находящаяся под давлением) выступают в качестве женской палаты. В результате это снижает стоимость инструментов для гидроформирования примерно на 50% по сравнению с другими методами.

Материал, используемый для создания инструментов для гидроформирования, – чугун.

Чугун относительно дешев по сравнению с закаленной сталью, которая часто используется при глубокой штамповке. Кроме того, инструменты для гидроформирования также просты и легко устанавливаются, что делает процесс более быстрым и эффективным.

Стоимость разработки

Гидроформирование может вместить изменения в типе материала и толщине стенки.

Это снижает стоимость разработки, так как нет необходимости создавать новый инструмент по сравнению с глубокой штамповкой.

Сокращенное время прессования

При глубокой штамповке требуется несколько циклов прессования во время работы.

В случае гидроформирования один цикл может обеспечить сокращение до 60–70%, по сравнению с 35-45% в глубокой штамповке.

Стоимость отделки

Отрасли, такие как авиационная промышленность и медицина, часто требуют более высокую степень поверхностной отделки. После глубокой штамповки на законченных деталях остаются царапины.

Гидроформирование устраняет дефекты на поверхности детали, что в свою очередь снижает стоимость отделки деталей.

Другие факторы включают:

• Стоимость сырья, используемого для гидроформирования
• Стоимость установки оборудования, инструментов и машин, необходимых для процесса гидроформирования
• Стоимость сварки и отделки в случаях, когда конечный продукт не соответствует требуемым стандартам по отделке
• Трудозатраты
• Сложность конструкции части, которую нужно подвергнуть гидроформированию

Применение процесса гидроформирования

Техника металлообработки гидроформирования играет важную роль во многих отраслях:

Авиационная промышленность – гидроформирование используется при производстве запасных частей для станций технического обслуживания FAA, деталей системы нагрузки, таких как рамы, выемки, ребра и кронштейны, поддоны для масляных фильтров, держатели линз, кожухи гироскопов и контейнеры под давлением, компоненты реактивных двигателей, детали системы сопел и портативные водонагреватели.

Автомобильная промышленность – использует гидроформирование для производства крыш автомобилей, капотов, панелей, тормозных деталей, защитных кожухов двигателя, корпусов маховика, стартеров для гоночных автомобилей, впускных коллекторов, бензобаков и кожухов датчиков.

Энергетика – отрасль наземного энергетического производства обычно использует детали из материалов Haynes, Inconel и HastX для производства запасных частей с помощью процессов гидроформирования.

Материалы устойчивы к коррозии, которая может возникнуть из-за высоких температур выбросов и теплообменников промышленных газовых турбин.

Здравоохранение – алюминиевые контейнеры с крышками для стерилизации хирургических инструментов, отражатели, кожухи для светильников операционных, и подносы для хирургических инструментов.

Оборонная промышленность – кожухи и выпускные системы военной авиации, защитное снаряжение, портативные водонагреватели и кожухи двигателя.

Коммерческое освещение – кожухи балластов и наружные кожухи электрических коробок.

Пищевая промышленность – коммерческие приборы для приготовления попкорна, соковыжималки и покрытые металлические кулинарные посуды.

Дополнительные ресурсы:

Процесс гидроформирования – Источник: Science Direct

Процесс гидроформирования – Источник: JMP

Секция ЧаВо

Какие существуют два типа гидроформирования?

Существует две основные категории гидроформирования: трубное и листовое гидроформирование, в зависимости от формы заготовки, используемой в их процессе.

Они дополнительно классифицируются на подтипы с различными процессами, переменными и требованиями к оборудованию

1. Трубное гидроформирование: горячий газовый требух, электрогидравлический, растяжение трубы, гибридное, импульсное

1. Листовое гидроформирование: полость, штамп

Что такое листовое гидроформирование?

Листовое гидроформирование – это особый тип глубокого гидроформирования, при котором используется высоко-давлений резиновый материал.

Резина используется для формовки металлических деталей.

В этом процессе вы помещаете металлический лист на штамп перед тем, как вода под высоким давлением принуждает его принять форму штампа.

Каковы формы листового гидроформирования?

Листовое гидроформирование имеет две основные формы: полость и штамп.

Эти формы могут быть дополнительно подразделены следующим образом;

i. Полость: многоступенчатое, двойное заготовление, теплое гидроформирования, электрогидравлическое, горячий газовый, подвижный штамп / противоштамповое, импульсное гидроформирования.

ii. Штамп: гибридное одиночное заготовление, горячий газовый, гибридное двойное заготовление, многоступенчатое, импульсное гидроформирование, теплое гидроформирование

Какова цель гидроформирования?

Цель гидроформирования – заменить устаревший процесс глубокой штамповки, при котором создавались детали из нескольких частей перед их сваркой.

При отсутствии процесса сварки его можно использовать для создания сложных деталей, форм и контуров.

Какую жидкость вы используете в гидроформировании?

Для процессов гидроформирования используется гидравлическое масло. Это потому, что гидравлическое масло может выдерживать высокие давления и обеспечивать достаточную силу, необходимую для прессования формы.

Какие материалы подходят для гидроформирования?

• Алюминий
• Латунь
• Нержавеющая сталь
• Медь
• Inconel
• Специальные материалы, такие как Гастеллой, высоконикелевая сталь, Васпаллой

Есть рекомендуемые допуски и отделка в процессе гидроформирования?

Гидроформирование может соответствовать аэрокосмическим стандартам допусков, которые обычно составляют около 0,76 мм для листовых металлов.

Эта возможность обеспечения допусков делает его применимым практически во всех отраслях применения.

Гидроформирование также устраняет царапины, которые иначе оставались бы после использования традиционных методов прессования, обеспечивая более гладкую отделку деталей, изготовленных при этом процессе.

Заключение

Очевидно, гидроформирование – универсальный металлообрабатывающий процесс, который можно применять практически во всех отраслях. При тщательном проектировании продукции это стоэффективное решение в металлообработке. Свяжитесь с KDM сейчас для всех ваших процессов гидроформирования.