Att forma plåt till djupa, rundade eller geometriskt komplicerade detaljer kan vara en utmaning med traditionella pressmetoder. När kraven på form, ytfinish och materialutnyttjande är höga kan hydroforming vara ett effektivt alternativ.
Till skillnad från konventionell pressning, där plåten formas mellan två fasta verktygsdelar, används vid hydroforming ett vätsketryck för att pressa materialet mot ett formverktyg. Trycket fördelas jämnt över plåtens yta och gör det möjligt att forma detaljer som annars kan kräva flera pressoperationer.
Vad är hydroforming?
Hydroforming är en formningsmetod där hydraulisk vätska under högt tryck används för att deformera metall till en bestämd geometri.
Vid hydroformning av plåt placeras ett plåtämne i eller över ett formverktyg. Därefter byggs ett kontrollerat vätsketryck upp mot plåten. Trycket gör att materialet successivt formas efter verktygets konturer.
Eftersom vätskan påverkar en stor del av plåtens yta samtidigt blir kraftfördelningen annorlunda jämfört med när ett traditionellt stansverktyg pressar materialet mot en matris. Det kan ge större möjligheter att forma djupa eller komplexa geometrier samtidigt som materialflödet kan kontrolleras.
Hydroforming används både för plana plåtämnen och för rör, men principen är densamma: vätsketryck används som en aktiv del av formningsprocessen.
Så går hydroformning av plåt till
Den exakta processen varierar beroende på detaljens utformning, material och den utrustning som används, men hydroforming av plåt kan förenklat delas upp i några steg.
1. Plåtämnet förbereds
Ett plåtämne skärs till rätt dimensioner. Materialval, plåttjocklek och ämnets geometri behöver anpassas efter hur mycket materialet ska deformeras under formningen.
2. Plåten placeras i verktyget
Ämnet positioneras mot formverktyget och fixeras så att materialflödet kan styras under processen.
3. Vätsketrycket ökas
Hydraulisk vätska pressas mot plåten under kontrollerat tryck. När trycket ökar börjar materialet följa verktygets geometri.
Tryck, materialmatning och verktygsrörelser behöver balanseras för att undvika exempelvis veckbildning, sprickor eller oönskad uttunning av materialet.
4. Detaljen får sin slutliga form
När rätt tryck och deformation har uppnåtts ligger plåten mot formverktygets konturer och har fått sin slutliga eller nära slutliga geometri.
Detaljen kan därefter genomgå exempelvis trimning, håltagning, laserskärning, svetsning eller ytbehandling beroende på slutproduktens krav.
Varför används vätsketryck?
En av hydroformingens viktigaste egenskaper är hur trycket överförs till materialet.
Vid traditionell pressning koncentreras belastningen till kontakten mellan plåt, stans och matris. Vid hydroforming kan vätskan istället skapa ett jämnare tryck över den yta som formas.
Det kan vara särskilt värdefullt när en detalj innehåller:
- djupa former
- stora radier
- flera kurvor
- asymmetrisk geometri
- komplicerade övergångar mellan olika ytor
- höga krav på ytfinish.
Processen kan därför ge konstruktörer större frihet när en detalj ska utformas.
Fördelar med hydroforming
Hydroforming konkurrerar inte med traditionell pressning i alla typer av produktion. För rätt detalj kan metoden däremot erbjuda flera tydliga fördelar.
Komplexa geometrier
Vätsketrycket gör det möjligt att forma avancerade tredimensionella geometrier som kan vara svåra att tillverka med enklare bockning eller konventionell pressning.
Färre formningssteg
En detalj som annars skulle behöva formas i flera pressoperationer kan i vissa fall tillverkas med färre steg. Det kan minska både hantering och behovet av flera olika verktyg.
God ytfinish
Eftersom plåten på ena sidan formas med hjälp av vätska istället för ett fast verktyg kan risken för vissa verktygsmärken minska. Det är en viktig egenskap för komponenter där den synliga ytan har stor betydelse.
Möjlighet till integrerade detaljer
Hydroforming kan göra det möjligt att tillverka mer komplicerade komponenter som en sammanhängande detalj istället för att producera flera mindre plåtdelar som sedan måste sammanfogas.
Det kan i sin tur minska behovet av exempelvis svetsning och efterföljande bearbetning.
Effektivt materialutnyttjande
Precis som andra formningsmetoder bygger hydroforming på plastisk deformation av materialet. En stor del av det ursprungliga plåtämnet kan därför finnas kvar i den färdiga komponenten istället för att bearbetas bort som spån.
Vilka material kan hydroformas?
Metoden kan användas för flera metaller som normalt förekommer inom plåtbearbetning. Hur väl ett material lämpar sig beror framför allt på dess formbarhet och på detaljens geometri.
Vanliga material kan exempelvis vara:
- stål
- rostfritt stål
- aluminium
- koppar och vissa kopparlegeringar.
Materialets hållfasthet, duktilitet och tjocklek påverkar hur långt det går att deformera plåten utan att sprickor eller kraftig uttunning uppstår.
Det innebär att materialval och konstruktion bör betraktas som en del av själva tillverkningsprocessen och inte enbart som en fråga om slutproduktens egenskaper.
När passar hydroforming?
Hydroforming är framför allt intressant när komponentens geometri börjar bli så komplex att konventionella metoder kräver många bearbetningssteg eller komplicerade verktyg.
Metoden används därför ofta för komponenter inom exempelvis fordonsindustrin, flygindustrin och annan avancerad industriell tillverkning.
Det betyder däremot inte att hydroforming automatiskt är rätt lösning för varje plåtdetalj. För en enkel komponent med raka bockningar kan exempelvis kantpressning vara betydligt mer rationellt.
Valet av metod påverkas bland annat av:
- detaljens geometri
- material och materialtjocklek
- toleranskrav
- ytkrav
- produktionsvolym
- verktygskostnad
- behov av efterbearbetning.
Det är därför viktigt att bedöma hela tillverkningskedjan och inte enbart kostnaden för själva formningsoperationen.
Hydroforming ger nya möjligheter inom plåtformning
Hydroforming visar tydligt hur modern plåtbearbetning kan gå långt utöver traditionell klippning, bockning och pressning.
Genom att använda kontrollerat vätsketryck kan plåt formas till djupa och komplexa tredimensionella detaljer samtidigt som materialflödet styrs under processen. För rätt komponent kan tekniken innebära färre tillverkningssteg, god ytfinish och större frihet i konstruktionen.
När komponentens form blir allt mer avancerad är därför hydroforming en av de metoder som kan vara värd att utvärdera redan under konstruktionsfasen. Genom att anpassa konstruktion, material och tillverkningsmetod till varandra ökar möjligheten att ta fram en detalj som både uppfyller de tekniska kraven och går att producera effektivt.
