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Flexform橡皮囊工艺在小批量汽车领域的应用

盖世汽车荟荟 2022-09-06 14:29

匡德机械科技主要提供高压金属板材成型压机，以及应用于先进材料致密化的热等静压机和冷等静压机，在全球范围内已经交付了近1900套系统，据匡德公司官网，自1960年代以来所售出的设备，超过90％至今仍在运行。

匡德机械科技（上海）有限公司产品经理许晓亮以《Flexform橡皮囊工艺在小批量汽车领域的应用》为主题，围绕Quintus公司介绍、Flexform橡皮囊工艺简介、Flexform在小批量汽车领域的应用案例三部分展开演讲。以下是演讲内容整理：

Quintus机械科技（上海）有限公司产品经理许晓亮

Quintus公司介绍

各位嘉宾下午好，我是来自瑞典Quintus公司的许晓亮，我是负责Flexform橡皮囊技术的产品经理。Flexform从传统意义来讲是一个柔性成型橡皮囊压力机，但是跟普通的压力机有点不太一样。我们这个压机下半部分是模具，上面是一个可随着零件变形的橡皮囊。橡皮囊里面是包着液压油，液压油的压力最大可以到140MPa，差不多像指甲盖大小的地方可以有1.4吨的压力。而且由于压力是通过液压油来传递的，所以每个点的垂直方向，包括侧面每个点的压力都是一样的，跟传统的上下模只有垂直方向的力这点不太一样。

我今天要分享三个部分，一个是简单介绍Quintus这个公司，二是Flexform橡皮囊工艺简介，三是Flexform在小批量汽车领域的应用案例。

我们公司最早是1950年建立，那时候还叫ASEA，是瑞典的国有公司，后来跟一家公司合资成立了ABB。我们这个部门几经辗转，从Flow到AVURE，到现在是属于日本的株式会社神户制钢所，但是我们部门从财务上还是独立经营的。

从1950年开始，针对人造金刚石的广泛需求，瑞典政府牵头了一个项目：通过用高温和高压的方式生产人造金刚石。这需要使用预应力钢丝缠绕技术来做一个容器。基于这个技术，我们发展出了两种产品，一个是航空领域用的比较多，用来提高零件疲劳寿命。另外就是钣金成型，我们在飞机工业和汽车的小批量试制上也有一些应用。今天主要分享的就是钣金成型的橡皮囊工艺。

我们公司是一家小公司，总部在瑞典，全球大概有170名员工。但是从1950年到现在，大概在全球销售了1900套系统，主要应用的领域是航空航天、汽车、能源、医疗。Quintus在中国的总部位于上海，主要是提供一些技术服务和产品售后。

目前，Flexform橡皮囊压力机在国内有19台，其中18台在航空工业领域，1台用在汽车行业，做一些试制还有小批量的验证项目。全球范围内，沃尔沃、宝马、戴姆勒都是我们的客户，我们现在全球最大尺寸的一台设备也在汽车工业，配置在福特设于美国的工厂内，有一个2m×4m的工作台面，可以压一些比较大的零件。

Flexform橡皮囊工艺简介

大家看一个影片，可以对Flexform的工作流程有一个更好地了解。首先是将把模具放在工作台上面，模具上放料片，放完之后将工作台填入高压腔体内，腔体上面是一个橡皮囊，里面包的是液压油，对液压油进行冲压的时候，橡皮囊会顺着这个方向，把料片贴合到下模。在高压的情况下，橡皮囊几乎是呈流体的状态，可以把整个工作台填满，将模具和料片之间所有的间隙都填满，所以再复杂的部件都可以成型。

图片来源：Quintus

我们的压力标准是80MPa，换算成压机的吨位，最小的设备都有17000吨的压力，所以它对于材料是没有特殊要求的：我们压过12mm厚的铝合金，压过5mm厚的不锈钢，包括像钛合金都可以在压机里成型。传统汽车行业里，传统的压力机的上下模都是金属，Quintus的Flexform橡皮囊压力机的下面是金属模，上面也是一个橡皮囊，当中的料片也是金属。最上面是一个橡皮，橡皮是软的，因此它和料片之间的摩擦不会产生划痕，所以做外饰比较好。

这就是我们的缸体，跟传统的容器不太一样，我们的缸体是两层结构，里面是一个锻造的不锈钢压力桶，外面缠绕了很多钢丝。在缠绕钢丝的过程中，我们已经对钢丝施加了很大的力量。锻造的不锈钢压力桶一般受到最大工作压力的125%，外面预应力钢丝会在同时将它箍紧。

而在工作过程中，内部压力同外部钢丝施加的压力相抵消，相当于工作情况下的不锈钢钢桶不受压力，因此不至于产生裂纹，降低了爆破的风险，因此安全度较高，这一设计也在被作为高压容器及特高压容器的设计标准，现在很多超过100MPa的压力机缸体都在用这种设计。

稍微总结一下橡皮囊压力机的优势，核心工艺是利用高压来推动橡皮成型，这其中最大的好处和特点是：因为我们只是用一半模具，最起码可以节省50%的模具费用。此外，还有模具材料不受限制；模具设计生产周期短；有安全保障，只可能漏，不可能爆；设备寿命长，具备超长的压力腔体和框架寿命等优势。

Flexform在小批量汽车领域的应用案例

在汽车行业橡皮囊压力机也有应用案例。首先从它可以生产的零件来讲，白车身所有的零件都可以在压机里面生产，Flexform橡皮囊压力机尤其擅长应对成型零件表面的复杂程度高这一问题：由于Flexform是通过高压的液压油推动橡皮来成型的，所以下模长什么样，它就可以压出来什么样。

图片来源：Quintus

第二，材料的厚度不受影响，我们压过很薄的零件，零点零几毫米的材料都可以。这是我们和国内的一家公司，他们当时想验证一下橡皮囊工艺到底能不能生产出一个汽车零件，所以我们当时合作做了这么一个零件，这个零件不是实际使用的零件，是一个假想的B柱，我们设计了很多比较难的几个尺寸，最终是在橡皮囊压机里面实际生产出了这个模具。

它用的材料是1.5mm厚的DP600不锈钢，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 去压产品，第2序是直接将其压成型，压力是100MPa。

图片来源：Quintus

在生产的时候，首先把模具放在工作台上，将料片平摊在上面。第一序推进去用25MPa的压力压完以后，出来调整一下，再用100MPa的压力压成型。整个过程下来，开发模具3万5千元，而橡皮囊的成本微乎其微，我们设备的产能是每年可以达到4万-5万次的循环。几乎没有什么特别高的维护费用，只是每年需要定期更换一些密封圈，生产成本是很低的。

跟传统的冲压来比，我们的优势是交货期非常短。对下模的要求只是加工出零件的几何尺寸即可，不需要很复杂的设计，也不需要上下模的配合，所以模具的交货期几乎约等于最终产品的交货期。结合这些特点，我们给Flexform橡皮囊压力机进行了定位，如果说专门做汽车试制项目，用Flexform橡皮囊压力机来做，一方面能节约很多的模具成本，另一方面能缩短一些产品的交货期，因为汽车试制和量产不一样，也就是50辆-100辆的体量，非常符合Flexform橡皮囊压力机“小批量多品种”的定位。

我们公司有比较强的研究能力，可以对零件成型和潜在缺陷做具体的分析，支持客户对一些零件成型可行性，包括成型工艺做技术支持，这些也是我们的强项。Quintus从1970年开始从事钣金成型行业，有铝合金、不锈钢、高温合金、钛合金等各种材料的压制经验，就算碰到一些特殊拉裂的情况，我们也可以针对其提供解决方案。

基本上和各位嘉宾分享的就是这些，做一下总结。我们利用高压挤压橡皮囊的方式来促成零件成型，最大的特点是半模生产，模具成本节省50%-90%。另外一个特点是最终零件的交货期比传统上下模要快，产品周期减少达50%。此外，这一设备在航空行业和汽车行业共投入使用了将近五十年的时间，寿命极长。比如西门子有一台Flexform橡皮囊设备是上世纪六十年代做的，现在还在瑞典作为一个生产工具使用。国内第一台Flexform橡皮囊设备是1986年的，现在也仍在工作，可以保持持续稳定地输出，“设备寿命极长”是我们为之骄傲的一点。