内高压变形加工技能制造小型零部件

在日用消费品,电子技能 、通讯 技能 或者汽车工业领域中,产品在市场上都呈现了小型化的开展 趋势。这些出产 所需的微型零部件有着批量大、出产 时间紧迫、几何形状凌乱、公差要求严厉 和精度高级 要求。出产 厂通常都会选用 微型件变形加工技能 来完成。

图1 内高压成型工艺可以大批量出产 高质量薄壁管件制成的微型部件

在大批量出产 微型金属工件时,变形加工技能 具有技能 性和经济性两方面的优势。基于这种原因,科隆高级 专业技能 大学的IFP出产 技能 研讨 所,主要从事汽车制造业内高压变形加工技能 研讨 的专业研讨 所,开始了微型零部件内高压变形加工的可行性实验 。这一研发工作也是欧盟委员会第6号框架方案 Masmicro(精微产品量产制造体系 的整合)中的一个项目。

从简略 到凌乱

内高压变形加工技能 的利益 在于,通过很少的几个步骤即可将一个空心管件制形成 一个结构形状凌乱的空心零部件。而使用 切削加工技能 来制造 相同 的微型空心零件往往要支付 极大的努力和投资,并且 有时乃至 底子 无法完成。之所以会这样,是因为切削加工时刀具作用在微型工件的切削压力过大,所需的切削加工时间过长或者刀具无法抵达 切削加工部位。假如 使用 板材制造 微型空心工件,则往往需要多道变形加工工序,终究 还需要选用 焊接工艺将这些单独的板材卷绕成型的零件焊接在一同 。从效果上看,在微型零件的大批量出产 时其经济效益不如内高压变形加工。

因为 内高压变形加工中的冷却硬化和资料 纤维不被堵截 的关系,选用 内高压工艺技能 制造出来的微型件具有很高的安稳 性;因为 有着完好 、封闭的横截面,因此刚性很高;具有小的外部尺寸公差和易于运送 介质的流畅过渡。内高压变形加工的出产 可以选用 一模多件、顺序模和级进模等变形加工技能 与整个出产 流程坚持 一致。

原则上,内高压变形加工技能 适用于直管或者弯管的零件加工,以便将这些空心管件制造 成横截面变化的变径管件,以及沿管件轴向有特殊形状的空心零件。典型零件包括:可以 沿轴向运动的传感器零部件、光学仪器零部件、喷发 体系 和定量体系 零件,以及外科手术用用具 。

所需压力更高

按 1:1的比例将大型工件内高压变形加工工艺复制到微型件内高压变形加工中是十分 困难的,其难点就在于微型件的几何形状不同:因为 横截面面积很小,因此所需的变形加工压力就要高出很多。加上变形时很高的负载,因此模具零部件所承受 的负载也将大大提高。此外,因为 最终制品 的壁厚很薄,有些部位乃至 小于1mm,因此资料 的晶格结构对变形性能和变形加工的重复精度有着极大的影响。与大型工件的内高压变形加工相比较,大型工件选用 内高压变形加工后仅在工件表面质量检测时能查到几个较为粗大的结晶颗粒。而在微型工件的内高压变形加工技能 中,工艺特性的影响则抉择 了只能对一些有条件的大型件选用 内高压变形加工技能 和物理方法。

图2 微型管件内高压变形加工模具的上部,可见到管件的形状和密封锥

IFP 研讨 所更高的方针 是:首要 确定这品种 似按比例缩放式的加工工艺的底子 状况 。为此,他们使用了专门为实验 研发设计的微管扩口液压夹具。比较时的留意 事项和过程模仿 状况 也都逐个 对应地表明 出来(图2)。依据 研讨 得到的微型内高压变形加工的底子 知道 和所需要的工作参数,使用 这种模具就能够 开始第一个实验 工件的微变形加工了。

大批量出产 实验

在后来的大批量出产 实验中,专门缔造 了一台用于微型内高压变形加工的设备。这台机床选用 了专利密封原理,可以对不同金属资料 和直径小于1mm的管件进行扩口,内高压变形加工时的压力最高可达4 000Pa(图3)。活络 组合的模具允许在很短的时间内进行调整,以适用于不同工件的加工。

图3 微型件内高压变形加工用实验 模具

为了能在几微米的规模 内满足不同加工公差的要求,所有机床部件和模具都按顺序进行了编号,并使用 FEM(有限元法)核算 其所承受 的应力(图4)。通过改变设计变量的数学模仿 ,可以对设备零部件的变形状况进行优化,以便可以 得到最高的零部件精度。

图4 变形状况的优化(上图)。某微型内高压变形加工模具在合模力作用下,上、下模与定位片(x)以及结合平面的宽度(b)的优化过程。以及模仿 成绩的图形显示(下图)