弗劳恩霍夫IWU推进液压成形工艺：被动式HPSF将双极板成形提至每分钟60循环

液压成形利用高压流体将板材或管材成形为所需几何形状，在传统成形工艺中由第二刚性模具承担的成形力传递，则由流体介质完成。德国弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所（Fraunhofer IWU，以下简称：弗劳恩霍夫IWU）近日通过对工艺流程进行重新设计和集成，大幅缩短了高压板材成形（HPSF）的生产周期，使生产速度由此前每分钟最多8个冲程提高至每分钟60个循环。除此之外，IWU团队还将液压成形与流动挤压相结合，使金属—塑料混合复合部件的制造更加简便。

图1：被动式高压板材成形模具方案。模具上方为成形型腔，下方为填充板，系统包括气弹簧、活动活塞、液压缸以及成形介质和相应的进液、溢流结构。©弗劳恩霍夫IWU

并行工艺缩短生产周期

与拉深等传统板材成形工艺相比，板材液压成形通常具有较长的加工周期。即使采用卷料连续送料，生产速度通常也只能达到每分钟6至8个冲程，其主要原因在于“压力机开合”“建立夹紧力”和“成形”三个工艺步骤需要依次完成。

图2：户外休闲家具可作为金属—塑料混合复合部件的应用实例。采用液压成形与流动挤压相结合的工艺，可以经济地制造此类零部件。图为效果图。© Felix Monza

弗劳恩霍夫IWU针对这一问题，对工艺流程和模具结构进行了重新设计。在其开发的被动式高压板材成形（HPSF）技术中，上述三个步骤不再依次进行，而是可以并行完成。该工艺的成形压力直接由模具内部的液压缸产生；随着压力机闭合，夹紧力同时建立，并自动形成所需的流体压力。

这种工艺结构无需额外配置独立的高压水液压系统，而是可以使用标准压力机完成成形。结合卷料送料生产方式，采用被动式HPSF技术后，双极板的生产速度最高可达到每分钟60个循环。

弗劳恩霍夫IWU目前主要针对燃料电池和电解槽双极板的制造，对被动式HPSF技术进行研究。不过，该工艺同样可以应用于智能手机外壳等板材零部件的生产，并作为传统拉深工艺的替代或补充。由于模具成本较低，即使是目前主要采用冲压工艺生产的小型板材零部件，也可以采用这一技术进行经济性批量生产。

除生产周期较短之外，被动式HPSF还具有较大的设计自由度和较好的表面质量。成形过程中，流体能够将板材均匀地压向模具表面，从而有利于获得更加均匀的材料厚度分布，同时改善零件表面质量。结合较短的循环时间，该工艺为板材成形提供了另一种技术路径。

液压成形与流动挤压相结合

金属—塑料混合复合部件已经广泛应用于汽车、家具等领域。例如，在汽车行业，仪表板横梁（cross-car beam）和前端模块等结构中，经常可以看到金属与塑料永久连接形成的复合部件；家具腿等类似产品同样存在金属与塑料部件的组合应用。

目前，这类混合复合部件通常采用液压成形与注塑相结合的方式制造。然而，两种工艺在设备、过程控制和技术要求方面存在明显差异，将其集成到同一生产系统中，需要同时配置并协调两套不同的制造工艺，由此不仅增加了系统复杂程度，也会带来较高的设备和模具投资，对于中小企业而言尤其如此。

针对这一问题，弗劳恩霍夫IWU联合开姆尼茨工业大学、注塑技术企业Schicktanz GmbH、轻量化液压成形压力机制造商IWC Engineering以及工业设计师Felix Monza，共同开发了一种新的工艺组合，将管材液压成形与塑料部件的同步流动挤压结合起来。

图3：在液压成形与流动挤压组合工艺中，金属管和热塑性塑料部件共同加热，并在温度受控的模具中同步成形。

©弗劳恩霍夫IWU

与传统的内高压成形（IHF）和塑料注塑组合工艺相比，该方案的主要区别在于，塑料部件并不是在成形过程中直接注塑，而是以预先挤出或注塑制成的预成形件形式置于模具中，并在金属管成形的同时完成重新成形。这样可以省去注塑设备，同时避免多个制造系统之间复杂的工艺集成。

在这一新工艺中，金属管和热塑性塑料部件首先共同加热，然后一同放入温度受控的模具内。金属管进行内压成形的同时，塑料部件受到压力作用，并同步形成最终几何形状。

对于结构较为复杂的聚合物几何形状，可以采用模具滑块控制材料流动；在适用情况下，也可以使用预先注塑成形的塑料部件。此外，螺纹嵌件等其他部件也可以集成到成形过程中。成形完成并冷却后，将最终零件从模具中取出。

整个过程的控制方式基本沿用传统IHF工艺。由于模具和工件均处于较高温度，因此采用气态氮作为成形介质，用于完成金属管的内压成形。

两项技术将在开姆尼茨现场展示

弗劳恩霍夫IWU开发的这两种工艺分别针对板材高效成形以及金属—塑料复合部件制造中的效率和成本问题，通过重新设计工艺流程和减少设备集成环节，实现对现有成形工艺的简化。

包括上述技术在内的多项管材制造、后续加工及液压成形领域的新技术，将于2026年9月30日至10月1日在德国开姆尼茨举行的管材、型材及液压成形技术专业论坛（Technical Forum on Tube, Profile and Hydroforming Technologies）上进行现场展示。

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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