初探 Hydroforming 管材技術

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初探 Hydroforming 管材技術

文章KennyBike » 2009年 11月 19日, 17:35

自從接觸卜威 Kinesis 以來 , 也開始研究起 Hydroforming . 液壓成形技術 . 我記得很久以前有車友問我 , 為何那個鋁合金的管要做這麼肥 , 為何不像鋼管車一樣就好 . 當時我只認知到其中一個原因 減輕重量. 沒錯是減輕重量. 但是如果要更深入來看 , 我們就要來看 Hydroforming 技術了.

Hydroforming 是透過高壓加壓液體 , 讓管材變形 , 並且增加金屬的強度及延展性 , 以下節錄 "鄭炳國 金屬工業研究發展中心金屬成形組" 原文 中的高壓成形技術的優點

減輕重量:與沖壓銲接件相比,汽車採用管件液壓成形的空心結構件,重量可減少 20 ~ 30%。若與車削、搪孔相比,管件液壓成形的空心軸類,重量可減輕 40 ~ 50%,有些甚至可達 75%。

減少半成品零件數量:在成形過程中可一次加工,得到如引擎托架、棚頂托梁、門框等大型複雜的 3D 工件,與沖壓銲接件相比,副車架零件由 6 個減少到 1 個,散熱器支架零件由 17 個減少到 10 個。

降低模具費用:管件液壓成形件通常僅需要一套模具,而沖壓銲接件由多個沖壓件銲接而成,因此需要多套沖壓模具。

減少後續機械加工和組裝銲接:以散熱器支架為例,銲接點由 174 個減少到 20 個,製造道次由 13 道減少到 6 道,生產效率提高 66%。

提高強度、剛性及疲勞強度:成形過程中工件被「加工強化」,因此獲得比一般沖壓件更高的強度。以散熱器支架為例,垂直方向強度提高 39%,水平方向強度提高 50%。

降低生產成本:舒勒液壓成形公司對已應用的產品進行分析,管件液壓成形件比沖壓銲接件成本平均降低 15 ~ 20%,模具費用降低 20 ~ 30%。

創新性:可以克服傳統製程的限制,應用於新產品造型設計與開發。


嗯 , 看起來液壓成形技術好處很多 . 這也就是為何目前鋁合金車架要做變形的最大原因. 追根究底我找到一篇很重要的高壓成形技術的歷史 - 李少濠 臺灣精微材料股份有限公司 - 高壓下的金屬 , 在這篇文章中 , 最重要的結論是

布立基曼也測量金屬在數萬大氣壓力下的張力強度和延性。令人驚訝的是,壓力越大,張力強度和延性也變大。也就是說,金屬受到壓力時,即使用力拉扯也不容易斷掉,就像剛剛搗好的年糕一樣,可以拉得長長的還不致斷裂


我做一個小小的推論 , 以目前鋁合金材質來說 , 材質本身的金屬特性都差不多 , 如果各家車架廠都用相同的 7075 鋁合金 , 那麼做出來的車架 , 排除焊接技術 , 兩支車架的剛性是很接近的,如果幾何也接近 , 路感很可能也是一樣的. 所以高壓成形技術變成是目前我們評選車架的一個很重要的因素.

以卜威的 SPF 技術來說 , 目前一般的高壓成形技術是採用液壓成形 , 但是卜威採用氣壓成形 , 因為氣壓的壓力可以做到高於液壓 , 所以可以形成更薄及強度更強的管材. 也就是重量更輕 , 強度更強的鋁合金車架. 這就是為何 , 當我看到卜威的車架沒經過試乘 , 就可以大略推斷他的強度會比一般液壓成形的車架更好.

我們接著回到 Hydroforming , 在 wikipedia 提供了一個很棒的液壓成形的模擬施工圖 , 請參考

然後我們來看 youtube Dedacciai Hydroforming 的影片


這是Hydroforming 有限元素分析的模擬圖 , 我們可以看到管材在液壓成形的變化過程


最後透過對液壓成形技術的瞭解 , 您就可以更瞭解到一支車架的管材不能只是看材質編號喔...Hydroforming 跟焊接..等技術也大大的決定管材的鋼性強度喔..
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