利用有效介质成型加工的金属半成品的技术有着很大的发展潜力，尤其是涉及到实际零部件中某些特性的成型加工技术时。在已经拥有许多成熟的管件成型加工技术之后，利用有效介质成型加工板材工艺，则处于刚刚起步的阶段。在最近20年里，利用有效介质成型加工板材技术有了长足的进步。冲压成型加工的承重板材具有很多优点，如表面质量好、回弹小，以及具有良好的承压均衡性。在板材冲压成型加工技术中，还有很大的创新潜力，尤其是在汽车工业中，大批量使用的激光拼板焊接和变截面拼焊板半成品零部件的生产技术中，在减轻重量和降低生产成本方面还有着巨大的潜力。在采用合适的成型加工设备，以及对成型加工的工艺知识有了足够的了解以后，可以利用激光拼焊和变截面拼焊等有效介质成型加工技术生产汽车用半成品部件。可以将承重板材成型加工的优点融合到具有创新性的半成品板材成型加工之中。本文将通过三个实例证明：如何利用激光拼焊和变截面拼焊技术生产承重板材半成品。

尺寸要求极为精确的冲压半成品板材对成型加工技术提出了革命性的创新要求。一种可能的解决方案是：在传统的深冲压工艺中集成一个刚性的冲头，在冲压模具中使用有效介质成型加工。这种技术组合的优点是：使用有效介质成型加工的成型加工工艺可用于局部厚度尺寸不同的激光拼焊板或变截面拼焊板；通过刚性的拉延冲头实现受控的板材材料流动，使厚度不均的板材能够均匀的塑性成型。在后续的有效介质成型加工中，最终可以制造出辅助的轮廓形状，均匀的增加零件的强度。同时，在这种工艺组合的过程中还可大大的缩短成型加工的工序时间，因为与单纯的有效介质成型加工相比较，工件无需在深冲压之后承受液体的压力。

适用于不同板厚的技术组合

图1  将有效介质成型加工和深冲压成型加工集成在一起的工艺过程示意图

图1所示为这种深冲压结合有效介质成型加工的技术组合示意图。在深冲压之后，利用有效介质成型加工技术即可在深冲压工件的底部，也可在深冲压工件圆柱体的任何一个位置上加工出最终的工件形状。只要采用分体式的模具，就可以利用这一组合技术制造出带有凸缘的工件，并且简单、方便的从模具中取出工件。在基础科学试验研究的基础上。利用深冲压结合有效介质成型加工工艺制造的，具有图2所示的典型几何特征的普通轿车车轮圈足以证明这种技术大有潜力。

图2  复杂示教件的深冲压结合有效介质成型加工过程示意图

图3  利用方案1制造的激光拼焊板成型加工工件

在非均匀板材的成型加工过程中，传统的冲压工艺与有效介质成型工艺的组合会导致厚度不同板材的材料流动不均匀，会在薄壁和较软的工件部位出现失效，导致工件报废。为解决这种难题，首先对一个具有对称轴的工件进行试验，试验的目的是找出合理的、最佳的冲压工艺参数，提高成品率。第一次设计的工艺方案为：利用压板对压力的局部进行调节，对板材受压圆盘处的摩擦力施加影响。此时，在模具中配备了专门检测工件环形压紧面上所受压力大小的压力检测膜。这个方案的特点是：设备调节时间短；因为压力的分布是由压紧调节部件来确定的。但是这种方案不具有普遍性，相反对可能使用的材料组合带来了一定的限制，因为它要求材料的强度差异不能太大，以及板材的厚度不能有较大的差别。

图4  利用方案2制造的激光拼焊板成型加工工件

在研发的第二套方案中，改用非对称配置的板条对局部压紧力进行调节的方案，以便达到理想的冲压成型力。在确定板条具体的配置位置时，必须使用FE模拟软件进行模拟。这种方案的结果表明：能够顺利完成材料性能差异极大的激光拼焊板的成型加工，如厚度S0＝1mm的DC04号材料和厚度S0＝1.5mm的DP450制造的激光拼焊板也能够毫无问题的进行冲压成型加工（图4）。其中，激光拼焊板成型加工件的复杂程度，即深冲压深度，随着拼焊板各种材料之间不均匀性的增加而减少。这种方案的最大缺点是：模具制造和模具计算非常麻烦，必须投资生产模拟计算后所需的板条。总之，可以得出这样的结论：通过选择合适的冲压工艺方案，激光拼焊板压力成型加工的限制界限是完全可以扩展的。与传统的半成品冲压加工、成型加工相比较，拼焊板有效介质成型加工工件的复杂性变化很小，而且还与拼焊板材料的组合以及焊缝的位置有关。

利用有效介质成型加工技术对两层不同材料或不同厚度的材料进行加工时，由于两种材料之间完全不同的成型加工性能为压力成型加工带来了很大的困难。

用于不同成型性能的静态压力

图5  a）环形压紧面上形成的褶皱  b）开裂的工件

在成型加工过程中出现的工件失效破坏的机理表明，预成型过程中工件不同的拉伸和收缩，后续成型过程和校正过程中工件不同的断裂应力是失效的主要原因。而在整个冲压成型加工过程中，预成型只是其中的第一个阶段。在延展拉伸中，预成型仅发生在自由成型的区域中；在深冲压加工中，预成型仅发生在环形压紧区域中。当金属材料从压紧处的环形部分流入到凹模内时，才是评判工件危险部位成型能力的关键时刻，也是人们希望得到良好结果的重要时刻。这之后，紧跟着的是校正阶段，其目的在于使零件尽可能大的成型。板材的继续延展成型取决于模具内部的压紧力与必须克服的材料成型抗力和摩擦阻力之间的比例关系。在双层板材的成型加工中，不均匀的两种半成品板材具有不同的延展成型性能。因此，在一种材料的板材延展过程中环形压紧部位的两块半成品板材不一定始终处于相互紧密结合的状况。在环形的压紧面中出现相对滑动的两层板材表面间就会因附着力的消失而出现褶皱。因此，由于板材的厚度不同、机械性能不同，两块板材的成型加工能力受其断裂力的影响最大，并应以断裂力为标志来衡量两块板材一起成型时的成型能力。因为在两种材料一起进行成型加工时，强度较弱的半成品板材会在两块板材充分成型之前出现断裂。这两种失效机理可以用图5所示的工件实例予以说明。

图6  利用内压和外压进行的有效介质成型加工工艺方案原理和示意图

为了解决这个问题，人们研发了一种新的成型加工工艺方案：利用外部压力对双层板材的一侧（外侧）进行压力成型加工。外部压力的作用方向与内部压力的作用方向相反，因此外侧板材在内、外两个压力的作用下成型（图6）。通过合适的内、外压力比例，可以使得外侧板材得到理想的预成型效果，补偿了两种不同板材成型能力的不同，保障了不同成型性能的两块板材有着均匀的成型效果。在校正阶段中，仍然保持一定的外部压力，以避免板材薄弱环节处的断裂。利用这种新的压力成型工艺方案，可以使双层板材工件得到比传统成型加工更好的成型效果（图7）。

图7  利用内压成型加工系统生产合格的双层板材工件的成型加工工艺方案

本文介绍的以产品要求为主导的，结合有效介质成型加工技术的半成品压力成型加工工艺明确的体现了有效介质成型加工所蕴藏的节约能力和高效潜力。在不久的将来，人们将会在工业化大生产中看到这种技术的应用，看到利用这种成型加工工艺生产制造的产品。