汽车车身制造中的液力拉深技术

凹模
成一定的压力。 这时板坯有控制地向上鼓起， 并且在 最终成形构件的整个面上进行预拉深，直到工件的
液压腔
压力调节装置 压机工作台
中间面积贴到凸模上。在预拉深之后， 压边圈、 板坯 和凹模构成的整体压向凸模。此过程中液压乳剂被 挤压， 同时压力可以保持不变、 递增或者递减地被调
压力介质
图’
液力深拉伸的模具结构
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液力深拉深 液力深拉深的原理 液 力 深 拉 深 是 利 用 压 力 介 质 （大 多 是 油 水 乳
剂） 进行成形， 主要应用在双动液压机上完成。液体 介质一般为油或水。
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液力深拉深模具结构 在下模设置压力介质容器， 作为液压腔， 并用于
紧固凹模。 液压容器与压机的压力调节装置相连， 用 一个夹紧环将凹模固定在液压容器上，同时在环上 开有槽， 将泄漏的液体排放出去。 上模则由拉深凸模 和压边圈构成， 压边圈上装有一个溅油环， 用来收集 泄漏的液体。液力深拉深模具结构&)(如图 ’ 所示。
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汽车车身制造中的液力拉深技术
王洪俊 ’，范海雁
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（’2 上海大众汽车有限公司， 上海 )+’3+, ； 上海 )+++.* ） )2 上海理工大学，
摘要： 传统的汽车冲压件成形工艺已经不能满足目前国内 外 车 身 制 造 的 要 求 ， 一些有条件的企业开始 广泛研究和开发板材成形新技术、 新工艺， 并尝试在有限批量的生产中采用更多样的工艺和材料， 而在结构 件中则开始更多地采用非传统工艺。本文着重介绍了液力拉深技术在汽车冲压件成形中的应用。 关键词： 机械制造； 液力拉深； 车身； 汽车 中图分类号： $4*3/2*5) 引言 目前，随着国内外汽车制造和使用环境的不断 变化， 如汽车轻量化、 更短的开发周期以及提高车身 安全性等因素，已经对汽车车身的开发及塑性加工 技术提出了更高的要求。 尽管受到投资成本、工艺的可靠性等因素的困 扰， 在国内一些中、 小企业还是把优化现有生产工艺 作为企业发展策略的首选，但在国外以及国内的一 些大型企业中已开始广泛研究和开发板材成形新技 术、 新工艺， 如液力拉深、 内高压成形、 热成形等。采 用新工艺有很多技术上的优势，可以提高材料利用 率、 减少零件制造工序和降低成本。 拉深是将金属板料冲压成形为各种开口空心零 件的重要方法， 被广泛地应用于航空航天、 汽车和电 子等领域。 传统的拉深模具由刚性凸模、 压边圈和凹 模构成， 拉深过程中， 凸模底部材料几乎不发生塑性 变形， 坯料的主要变形区是凸缘区。 该区材料在周向 压应力和径向拉应力作用下发生塑性变形并被逐渐 拉入凹模内， 转化形成筒壁。 在传统的拉深过程中，极限拉深系数主要受到 筒壁传递拉应力能力的限制。当拉深时筒壁所受拉 应力超过筒壁传递拉应力的能力时，将会产生拉裂 现象。此外， 传统的刚性拉深工艺在减少拉深工序、 降低模具成本、提高拉深件尺寸精度和表面质量以 及适应多品种小批量生产等问题上受到一定限制。 文献标识码： 6 近些年来，国外已广泛开展可以应用液压成形 法对板材零件进行成形加工的研究 % 这种工艺方法 对传统的工艺技术进行了重要改进 % 综合了胀形与 拉深两种变形方式，凹模可以根据坯料尺寸形状进 行更换， 凹模与坯料贴合后可以移动。 用这种方法可 以成形非常复杂的中小批量板材零件 % 成形后零件 回弹少、 精度高， 不仅可以节省后续的加工及组装费 用，而且可将原来需要多个零件组合的部件改成单 个零件， 既减少了零件组合工作， 节省模具投资和研 制周期 % 又增加了车体刚度， 有利于汽车轻量化， 非 液力拉深 常适用于汽车样车板材零件的加工应用&’(。 技术包括液力深拉深和液力正拉深两种。
图/ 离合器衬套的三维模型
另 外 还 有 一 YFZ 倒 角 斜面， 如图 4 所示。 圆孔边缘外侧的
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张士宏 * 塑性加工技术的科学化与中国 塑 性 加 工 技 术 的 发 展 * 世 界科技研究与发展， （, ） %&+ -,.’’*
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液力正拉深 汽车上的大型覆盖件， 如车盖、 车门或发动机罩
!""# 年 第 $ 期
等按其造形不同在构件中间部位的抗翘曲强度很 小， 原因是构件中间部位的变形程度很小， 所以材料 达不到足够的强化处理。当覆盖件承受很小的外力 时就会发生变形，这对汽车的碰撞行为和抗冲击强 度将会产生不良影响。 “液力正拉深” 方法是一种既 可以解决上述问题，又可以降低模具费用的成形工 艺方法。
凸模
压边圈
压力介质
被迫从凸缘部分流出，凹模与凸缘之间呈现液体润 滑状态。 径向加压机械液压拉深法 （& ） 此方法需要在凹模内制造液压室与凸缘外缘的 液体通道。 刚性凸模压下过程中， 液压室的液体经该 通道流向凸缘外缘， 对凸缘外缘施加径向压力， 从而 减小板料成形过程中凸缘部分的拉应力。
图% 液力正拉深的模具结构
整， 拉深过程结束 后 ， 液压乳剂的压力重新产生， 使 模具 板坯紧压在凸模上而达到最理想的凸模形状(%)。 结构见图 % 。
增大，板料受到液体压力的作用而被均匀地压贴在 凸模上。 液压室内液体压力可以根据拉深件形状、 材 料性能、 板厚的不同加以调整。 动态机械液压拉深法 （% ） 与上述方法略有不同的是，在凸缘部分凹模面 上没有使用密封材料，液体在所造成的压力作用下
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板料成形变形力小， 成形过程简单， 但仅能成形 等壁厚件， 限制了它的应用范围。 随着汽车工业中一 些薄壁但壁厚有变化的零件的大量出现，板料冲压 与冷锻复合塑性成形技术得到发展，其工艺路线为 上述两种工艺路线的交叉和综合：板料平面应力变 形S 三向应力体积成形冲压冷锻件。 作为一种复合成形工艺，冲锻复合技术兼有板 料冲压和冷锻技术的特点：! 原材料为板料或金属 带料， 材料利用率和普通板料冲压相当； " 变形过程
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液力深拉深成形的优点 由于成形过程中，拉深凸模压入液压腔而产生
向各个方向起作用的反压力，并将要成形的坯料始 终紧压在凸模表面上；同时与液压腔相连的调节系 统根据工件不 同 的 拉 深 深 度 调 节 液 压 腔 内 的 压 力 。 因此， 加大了凸模与坯料之间的附着摩擦， 不仅使拉 深力大大提高， 而且成形件的精度也很高， 有利于减 少回弹；此外，由于板材不是在刚性圆角上进行拉 伸， 而是通过液体间隙的压力被拉伸， 因而成形件应 力分布均匀， 表面质量高； 同时， 因为成形工序减少， 也使模具费用降低， 成本降低。
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液力深拉深的成形方法及成形过程 液力深拉深的成形方法主要包括：机械液压拉
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液力拉深技术
深法、动态机械液压拉深法和径向加压机械液压拉 深法&*(。
收稿日期： )++,-’’-*+ 作者简介： 王洪俊 （’./.- ） ， 男， 硕士
机械液压拉深法 （’ ） 刚性凸模压下时将板料压入液压室，液体压力

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德国舒勒股份公司 * 金属成形技术手册， ’///-01,.0’1 ， ’2,.’/0* 陈 明 安*铝 薄 板 3 塑 料 复 合 成 型 机 理 的 研 究*中 南 大 学 博 士 学 位 论文， %11%-4.’1*
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文章编号： （4DD[ ） /[\4XD/4/ D/XDDYKXDL
凹模
工艺优点 （% ） 由于板坯不与凸模或者凹模摩擦，而是通过液 压乳剂将板坯挤压到凸模上，因此，不仅模具磨损 小， 模具的耐用度高， 而且工件可达到较理想的表面 质量。 此外， 由于使用液力正拉深工艺费用低于传统 的工艺， 用一套模具可以加工各种材料 （钢、 铝、 较高 硬度的钢） 和任何厚度的板材， 而且常可以节省一个 加工工序， 模具费用大为降低。