图1 空心异形截面零件引言液压成形技术同冲压，焊接等传统的成形技术相比，是一门新型的金属成形技术。

为了解决汽车，航空航天等领域的一些复杂的工艺问题和技术要求，从20世纪50年代起，德、美、日等国科学家在相关领域内先后提出了内高压成形技术和板料液压成形技术。

1985年我国科学家王仲仁教授发明了球形容器无模液压成形技术，提出了壳体液压成形技术。

近几年，依托于计算机控制技术和高压液压系统的发展，液压成形技术迅速发展。

目前，很多复杂结构的零件都可以通过该技术批量地加工生产。

一、液压成形技术的概述1.1 液压成形的定义和分类液压成形也称为液力成形是指利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术。

按使用的液体介质不同，液压成形分为水压成型和油压成型；按使用的配料不同，液压成形分为管材液压成形，板料液压成形和壳体液压成形。

板料和壳体液压成形使用的成形压力较低，而管材液压成形使用的压力较高，又称为内高压成形，本文中称管材液压成形为内高压成形。

1.2 液压成形的特点现代液压成形技术的主要特点表现在两个方面：①液压成形技术仅需要凸模和凹模中的一个，或者不使用任何模具，这样可以省去一半，甚至不需要花费制造模具的费用和加工时间，而且液体作为凸模可以成形很多刚性凸模无法成形的复杂零件。

②液体作为传力介质具有实时可控性，通过液压闭环伺服系统和计算机控制系统可以按给定的曲线精确控制压力，确保工艺参数在设定的数值内，并且随时间可变可调，大大提高了工艺柔性。

二、内高压成形技术2.1 内高压成形技术的原理及分类内高压成形技术是用管材作为原材，通过对官腔内施加液体压力及在轴向施加负荷作用，使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成形技术。

内高压成形技术主要可以整体成型轴线为二维或三维曲线的异形截面空心零件，从材料的初始圆截面可以成形为矩形，梯形，椭圆形或其他异形的封闭界面，如图1所示。

内高压成形技术根据坯料塑性变形的特点可分为变径管成形、弯曲轴线管成形和多通管成形等，下面对这三种成形技术的基本原理进行介绍。

2.1.1 变径管内高压成形技术(a)(b)图2 两种典型的变径管(a)对称变径管；(b)不对称变径管。

体，并排除气体，将管的两端用(a)(b)(c)变径管内高压成形技术工艺过程填充阶段；(b)成形阶段；(c)整形阶段。

2.1.2弯曲轴线异形截面管件内高压成形技术弯曲轴线异形截面空心构件的轴线是二维或三维曲线，典型截面形状包括矩形、梯形、椭圆形以及这些形状之间的过渡形状。

弯曲轴线异形截面管件的内高压成形工艺过程包括弯曲、预成形和内高压成图4 弯曲轴线异形截面管件 内高压成形工艺过程 (a)管材；(b)弯曲； (c)预成型；(d ）内高压成形（a ）(b) （c ）图5 三通管内高压成形工艺过程 (a)自由胀形阶段；(b)支管成形阶段； (c)整形阶段。

形等主要工序，如图4所示。

用于内高压成形的弯曲件除了保证弯曲轴线形状尺寸满足要求外，更重要的是控制弯曲过程中的壁厚减薄，这是保证内高压成形顺利进行的前提。

弯曲轴线异形截面管内高压成形技术广泛以用于汽车制造领域。

目前，世界上最长的低碳钢内高压成形件是美国通用汽车公司制造的长度为12m 的卡车纵梁。

最长的铝合金内高压成形件是V olvo大吉普上的纵梁，长度达5m ，铝管直径达100mm 。

2.1.3 薄壁多通管内高压成形技术多通管结构形式有T 形三通管、Y 形三通管、X 形四通管和六通管等。

在各种多通管中Y 形三通管为上下左右非对称结构，成形难度最大。

多通管内高压成形的主要指标是支管高，T 形三通管支管高度可以达到1倍原始管径，Y 形三通管支管高度可以达到0.75倍原始管径。

多通管的成形工艺过程分为三个阶段①成形初期，中间冲头不动，左右冲头进行轴向补料的同时，向管材内施加一定的内压，支管顶部尚未接触中间冲头，处于自由胀形状态。

②成形中期，从支管顶部与中间冲头接触开始，内压继续增加，按照给定的内压与三个冲头匹配的曲线，左右冲头继续进给补料，中间冲头开始后退，后退中要保持与支管顶部接触，并对支管顶部施加一定的反推力，以防止支管顶部的过度减薄造成开裂。

③成形后期，左右冲头停止进给，中间冲头停止后退，迅速增加内压进行整形使支管顶部过渡圆角达到设计要求。

如图5所示，以Y 形三通管为例，说明多通管内高压成形的基本工艺过程。

采用内高压技术成形的多通管接头是各种管路系统中不可缺少的管件之一，广泛应用于电力、化工，石油、船机械等行业中。

而且在汽车发动机排气系统、自行车车架、卫生洁具制造领域应用的比较多。

图6 充液拉深成形技术 (a)充液阶段；(b)施加压力阶段； (c)成形阶段；(d)成形结束。

2.2 内高压成形技术的现状和发展趋势现代内高压成形技术不同于早期的液压胀管工艺，其本质区别在于：①成形压力高，工业生产压力一般达到400MPa ，有时达1000MPa 。

②工艺参数可控，内压与轴向位移按给定加载曲线实现计算机闭环控制，超高压力控制精度达到0.2MPa ～0.5MPa ，位移控制精度达到0.05mm 。

③零件形状复杂、精度高可以整体成形三维曲线异形截面复杂结构件。

内高压成形技术近十多年来在汽车工业得到广泛应用，汽车等运输工具对减轻质量和降低成本的需求又促进了内高压成形技术的不断改进，使该技术迅速发展，发展趋势为：（1）超高压成形。

目前，工业生产中使用的内高压成形机的增压器最高压力一般为400MPa 。

为了适应更复杂的结构形状和精度、更大壁厚和高强度材料，需要更高的内压，将发展到600MPa ，甚至1000MPa 。

（2）新成形工艺。

拼焊管内高压成形，将不同厚度或不同材料管材焊接成整体，然后再用内高压成形加工出构件，可以进一步减轻结构质量；采用初始截面形状为非圆截面的型材作为一种预知坯成形出设计要求的零件；内高压成形与连接等工艺复合，把几个管材或经过预成形管材放在内高压成形模具内，通过成形和连接工艺复合加工为一个零件，进一步减少零件数量，提高构件整体性。

（3）超高强度钢成形。

随着汽车对结构轻量化需求的进一步提高，车体上使用的钢材强度越来越高，材料塑性降低，导致开裂倾向严重，成形难度增大。

（4）热态内压成形。

为了解决高性能铝合金、镁合金等轻合金材料室温塑性低、成形困难的问题，采用加热加压介质成形异型截面零件是内高压成形发展的一个重要方向。

三、板料液压成形技术3.1 板料液压成形技术的原理及分类针对传统板材冲压成形中存在的成形极限低、模具型腔复杂，以及零件表面品质差等缺点，发展了板料液压成形技术。

其基本原理是采用液体作为传力介质以代替刚性的凸模或凹模来传递载荷，使坯料在液体压力作用下贴靠凹模或凸模，从而实现金属板材零件的成形。

根据液体介质取代凹模或凸模可将之进一步分类为充液拉深成形和液体凸模拉深成形。

3.1.1 充液拉深成形技术充液拉深成形是用液体介质代替凹模传递载荷，液压则作为辅助成形的手段，可减小普通拉深成形中凸、凹模之间坯料的悬空区，使该部分坯料紧贴凸模，零件形状尺寸最终靠凸模来保证。

如图6所示，其成形工艺过程分为充液阶段，（a ）(b) 图7 液体凸模拉深技术 (a)拉深阶段；(b) 整形阶段。

施加压力阶段，成形阶段和成形结束四个阶段。

充液拉深成形中的液压作用形成了坯料与凸模之间的摩擦保持效果，提高了凸模圆角区板料的承载能力，抑制坯料减薄和开裂，可有效提高成形极限、减少成形道次。

同时，液体从坯料与凹模上表面间溢出可形成流体润滑，促进外围板材进入凹模，缓解了零件表面的划伤。

3.1.2 液体凸模拉深成形技术液体凸模拉深成形则是以液体介质代替凸模传递载荷，液压作为主驱动力使坯料变形，坯料法兰区逐渐流入凹模，最终在高压作用下使坯料贴靠凹模型腔，零件形状尺寸靠凹模来保证。

如图7所示，其成形工艺过程分为拉深阶段和整形阶段。

液体凸模拉深成形这一成形方法通过合理控制压边力可使坯料产生拉-胀成形，应变硬化可提高曲面薄壳零件的刚性、压曲抗力和抗冲击能力。

因此，它非常适于铝合金和高强钢等轻合金板料形状复杂（特别是局部带有小圆角）、深度较浅的零件成形。

3.2 板料液压成形技术的特点和发展趋势与传统板材冲压加工相比，板料液压成形技术具有以下优点： （1）成形极限高。

由于充液拉深成形中液压的作用，使坯料与凸模紧紧贴合，产生“摩擦保持效果”，提高了传力区的承载能力。

更为重要的是，对于汽车制造领域的复杂曲面零件，反向液压的作用形成“软拉深筋”，消除悬空区，坯料与模具之间建立起有益摩擦使得凸模底部圆角处坯料的径向拉应力减小，应变轨迹在成形极限图上向左偏移，可大幅提高成形极限，而传统拉深的等双拉应力状态则容易导致拉裂。

（2）尺寸精度高、表面品质好。

液体从板材与凹模表面间溢出形成流体润滑，利于板材进入凹模，减少零件表面划伤，所成形零件外表面得以保持原始板材的表面品质，尤其适合镀锌板等带涂层的板材成形。

（3）道次少。

可成形复杂薄壳零件，减少中间工序，并可成形具复杂形状的零件，减少退火等耗能工序。

（4）成本低。

复杂零件在一道工序内完成，减少多任务序成形所需的模具，降低生产成本。

由于具有上述特点，从零件结构看，适合于成形高径比大或深的筒形件、盒形件、复杂曲面零件等；从材料角度看，适合高强钢、高性能铝合金和低塑性材料的成形。

发展趋势有如下几点：（1）提高成形极限和零件质量的成形新技术。

充液拉深目前向着主动径向加压充液拉深、正反加压充液拉深、预胀充液拉深、热态充液拉深技术方向发展。

（2）低塑性材料的拉深成形。

高性能铝合金、镁合金和超高强度钢等材料图8 球形容器无模液压成形 (a)下料；(b) 弯卷； (c)组装焊接；(d)液压胀形。

的强度高、塑性低，易产生破裂和起皱的倾向，普通冲压工艺往往需要多到工序，工艺复杂。

充液拉深技术可以弥补成形方面的不足，且节省工序，提高效率。

（3）大型复杂型面零件成形。

大型复杂型面零件普通冲压成形往往需要与零件形状尺寸一致的凸模及与型腔相配的凹模，模具成本高、试模周期长。

充液拉深成形只需凹模，液室压力起到软凹模的作用使板材贴模，显著降低模具成本，模具调试简单。

（4）与普通拉深工艺复合，提高效率。

四、壳体液压成形技术4.1壳体液压成形技术的原理壳体液压成形是采用一定形状的封闭多面壳体作为预成形坯，在封闭多面壳体充满液体后，通过液体介质在封闭多面壳体加压，在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于最终的壳体形状。

最终壳体形状可以是球形、椭圆形和环形等形状。

球形容器无模液压成形工艺的基本过程为：先由平板或经过辊弯的单曲率壳板组焊成封闭的多面壳体，然后在封闭多面壳体内充满液体介质（通常为水），并通过一个加压系统向封闭多面壳体内施加压力，在内压作用下壳体产生塑性变形而逐渐趋向于最终的壳体形状。