企業(yè)

Flexform橡皮囊工藝在小批量汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

蓋世汽車薈薈 2022-09-06 14:29

匡德機械科技主要提供高壓金屬板材成型壓機，以及應(yīng)用于先進材料致密化的熱等靜壓機和冷等靜壓機，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)交付了近1900套系統(tǒng)，據(jù)匡德公司官網(wǎng)，自1960年代以來所售出的設(shè)備，超過90％至今仍在運行。

匡德機械科技（上海）有限公司產(chǎn)品經(jīng)理許曉亮以《Flexform橡皮囊工藝在小批量汽車領(lǐng)域的應(yīng)用》為主題，圍繞Quintus公司介紹、Flexform橡皮囊工藝簡介、Flexform在小批量汽車領(lǐng)域的應(yīng)用案例三部分展開演講。以下是演講內(nèi)容整理：

Quintus機械科技（上海）有限公司產(chǎn)品經(jīng)理許曉亮

Quintus公司介紹

各位嘉賓下午好，我是來自瑞典Quintus公司的許曉亮，我是負責(zé)Flexform橡皮囊技術(shù)的產(chǎn)品經(jīng)理。Flexform從傳統(tǒng)意義來講是一個柔性成型橡皮囊壓力機，但是跟普通的壓力機有點不太一樣。我們這個壓機下半部分是模具，上面是一個可隨著零件變形的橡皮囊。橡皮囊里面是包著液壓油，液壓油的壓力最大可以到140MPa，差不多像指甲蓋大小的地方可以有1.4噸的壓力。而且由于壓力是通過液壓油來傳遞的，所以每個點的垂直方向，包括側(cè)面每個點的壓力都是一樣的，跟傳統(tǒng)的上下模只有垂直方向的力這點不太一樣。

我今天要分享三個部分，一個是簡單介紹Quintus這個公司，二是Flexform橡皮囊工藝簡介，三是Flexform在小批量汽車領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

我們公司最早是1950年建立，那時候還叫ASEA，是瑞典的國有公司，后來跟一家公司合資成立了ABB。我們這個部門幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，從Flow到AVURE，到現(xiàn)在是屬于日本的株式會社神戶制鋼所，但是我們部門從財務(wù)上還是獨立經(jīng)營的。

從1950年開始，針對人造金剛石的廣泛需求，瑞典政府牽頭了一個項目：通過用高溫和高壓的方式生產(chǎn)人造金剛石。這需要使用預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞技術(shù)來做一個容器?；谶@個技術(shù)，我們發(fā)展出了兩種產(chǎn)品，一個是航空領(lǐng)域用的比較多，用來提高零件疲勞壽命。另外就是鈑金成型，我們在飛機工業(yè)和汽車的小批量試制上也有一些應(yīng)用。今天主要分享的就是鈑金成型的橡皮囊工藝。

我們公司是一家小公司，總部在瑞典，全球大概有170名員工。但是從1950年到現(xiàn)在，大概在全球銷售了1900套系統(tǒng)，主要應(yīng)用的領(lǐng)域是航空航天、汽車、能源、醫(yī)療。Quintus在中國的總部位于上海，主要是提供一些技術(shù)服務(wù)和產(chǎn)品售后。

目前，F(xiàn)lexform橡皮囊壓力機在國內(nèi)有19臺，其中18臺在航空工業(yè)領(lǐng)域，1臺用在汽車行業(yè)，做一些試制還有小批量的驗證項目。全球范圍內(nèi)，沃爾沃、寶馬、戴姆勒都是我們的客戶，我們現(xiàn)在全球最大尺寸的一臺設(shè)備也在汽車工業(yè)，配置在福特設(shè)于美國的工廠內(nèi)，有一個2m×4m的工作臺面，可以壓一些比較大的零件。

Flexform橡皮囊工藝簡介

大家看一個影片，可以對Flexform的工作流程有一個更好地了解。首先是將把模具放在工作臺上面，模具上放料片，放完之后將工作臺填入高壓腔體內(nèi)，腔體上面是一個橡皮囊，里面包的是液壓油，對液壓油進行沖壓的時候，橡皮囊會順著這個方向，把料片貼合到下模。在高壓的情況下，橡皮囊?guī)缀跏浅柿黧w的狀態(tài)，可以把整個工作臺填滿，將模具和料片之間所有的間隙都填滿，所以再復(fù)雜的部件都可以成型。

圖片來源：Quintus

我們的壓力標準是80MPa，換算成壓機的噸位，最小的設(shè)備都有17000噸的壓力，所以它對于材料是沒有特殊要求的：我們壓過12mm厚的鋁合金，壓過5mm厚的不銹鋼，包括像鈦合金都可以在壓機里成型。傳統(tǒng)汽車行業(yè)里，傳統(tǒng)的壓力機的上下模都是金屬，Quintus的Flexform橡皮囊壓力機的下面是金屬模，上面也是一個橡皮囊，當中的料片也是金屬。最上面是一個橡皮，橡皮是軟的，因此它和料片之間的摩擦不會產(chǎn)生劃痕，所以做外飾比較好。

這就是我們的缸體，跟傳統(tǒng)的容器不太一樣，我們的缸體是兩層結(jié)構(gòu)，里面是一個鍛造的不銹鋼壓力桶，外面纏繞了很多鋼絲。在纏繞鋼絲的過程中，我們已經(jīng)對鋼絲施加了很大的力量。鍛造的不銹鋼壓力桶一般受到最大工作壓力的125%，外面預(yù)應(yīng)力鋼絲會在同時將它箍緊。

而在工作過程中，內(nèi)部壓力同外部鋼絲施加的壓力相抵消，相當于工作情況下的不銹鋼鋼桶不受壓力，因此不至于產(chǎn)生裂紋，降低了爆破的風(fēng)險，因此安全度較高，這一設(shè)計也在被作為高壓容器及特高壓容器的設(shè)計標準，現(xiàn)在很多超過100MPa的壓力機缸體都在用這種設(shè)計。

稍微總結(jié)一下橡皮囊壓力機的優(yōu)勢，核心工藝是利用高壓來推動橡皮成型，這其中最大的好處和特點是：因為我們只是用一半模具，最起碼可以節(jié)省50%的模具費用。此外，還有模具材料不受限制；模具設(shè)計生產(chǎn)周期短；有安全保障，只可能漏，不可能爆；設(shè)備壽命長，具備超長的壓力腔體和框架壽命等優(yōu)勢。

Flexform在小批量汽車領(lǐng)域的應(yīng)用案例

在汽車行業(yè)橡皮囊壓力機也有應(yīng)用案例。首先從它可以生產(chǎn)的零件來講，白車身所有的零件都可以在壓機里面生產(chǎn)，F(xiàn)lexform橡皮囊壓力機尤其擅長應(yīng)對成型零件表面的復(fù)雜程度高這一問題：由于Flexform是通過高壓的液壓油推動橡皮來成型的，所以下模長什么樣，它就可以壓出來什么樣。

圖片來源：Quintus

第二，材料的厚度不受影響，我們壓過很薄的零件，零點零幾毫米的材料都可以。這是我們和國內(nèi)的一家公司，他們當時想驗證一下橡皮囊工藝到底能不能生產(chǎn)出一個汽車零件，所以我們當時合作做了這么一個零件，這個零件不是實際使用的零件，是一個假想的B柱，我們設(shè)計了很多比較難的幾個尺寸，最終是在橡皮囊壓機里面實際生產(chǎn)出了這個模具。

它用的材料是1.5mm厚的DP600不銹鋼，零件尺寸是1500mm×370mm，最大深度是130mm，最后定的成型工序有2序，第1序是以25MPa/cm2 去壓產(chǎn)品，第2序是直接將其壓成型，壓力是100MPa。

圖片來源：Quintus

在生產(chǎn)的時候，首先把模具放在工作臺上，將料片平攤在上面。第一序推進去用25MPa的壓力壓完以后，出來調(diào)整一下，再用100MPa的壓力壓成型。整個過程下來，開發(fā)模具3萬5千元，而橡皮囊的成本微乎其微，我們設(shè)備的產(chǎn)能是每年可以達到4萬-5萬次的循環(huán)。幾乎沒有什么特別高的維護費用，只是每年需要定期更換一些密封圈，生產(chǎn)成本是很低的。

跟傳統(tǒng)的沖壓來比，我們的優(yōu)勢是交貨期非常短。對下模的要求只是加工出零件的幾何尺寸即可，不需要很復(fù)雜的設(shè)計，也不需要上下模的配合，所以模具的交貨期幾乎約等于最終產(chǎn)品的交貨期。結(jié)合這些特點，我們給Flexform橡皮囊壓力機進行了定位，如果說專門做汽車試制項目，用Flexform橡皮囊壓力機來做，一方面能節(jié)約很多的模具成本，另一方面能縮短一些產(chǎn)品的交貨期，因為汽車試制和量產(chǎn)不一樣，也就是50輛-100輛的體量，非常符合Flexform橡皮囊壓力機“小批量多品種”的定位。

我們公司有比較強的研究能力，可以對零件成型和潛在缺陷做具體的分析，支持客戶對一些零件成型可行性，包括成型工藝做技術(shù)支持，這些也是我們的強項。Quintus從1970年開始從事鈑金成型行業(yè)，有鋁合金、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等各種材料的壓制經(jīng)驗，就算碰到一些特殊拉裂的情況，我們也可以針對其提供解決方案。

基本上和各位嘉賓分享的就是這些，做一下總結(jié)。我們利用高壓擠壓橡皮囊的方式來促成零件成型，最大的特點是半模生產(chǎn)，模具成本節(jié)省50%-90%。另外一個特點是最終零件的交貨期比傳統(tǒng)上下模要快，產(chǎn)品周期減少達50%。此外，這一設(shè)備在航空行業(yè)和汽車行業(yè)共投入使用了將近五十年的時間，壽命極長。比如西門子有一臺Flexform橡皮囊設(shè)備是上世紀六十年代做的，現(xiàn)在還在瑞典作為一個生產(chǎn)工具使用。國內(nèi)第一臺Flexform橡皮囊設(shè)備是1986年的，現(xiàn)在也仍在工作，可以保持持續(xù)穩(wěn)定地輸出，“設(shè)備壽命極長”是我們?yōu)橹湴恋囊稽c。