工艺技术_内高压成形材料及工艺参数

内高压成形材料及工艺参数 2010年04月23日 二 主要工艺参数确定 三 缺陷形式和加载曲线 四 内高压成形的摩擦与润滑 一 内高压成形用管材 一 内高压成形用管材 低碳钢 双向钢抗拉强度 290 440MPa趋势 抗拉强度达到590 780MPa 甚至达到980MPa不锈钢 奥氏体不锈钢304 1Cr18Ni9Ti 铁素体不锈钢429 309用于发动机歧管 耐热抗氧化 铝合金 5000系 6000系和7000系飞机和火箭管件 5000系铝合金管材汽车和自行车 6000系铝合金管材钛合金 纯钛和TC4 1 材料分类 结构的力学性能由设计确定内高压成形可通过加工硬化提高强度 成形性能具有较高的塑性及较大的n值和r值制管过程中尽量减小加工硬化 保留材料的塑性 直径 壁厚精度高于普通结构钢管 确保 密封 零件精度 精密热轧 冷轧钢管 电阻焊管一般均能满足要求批次之间的差别可调整密封段模具尺寸解决 清洁度要求管材的内壁外壁均应有很好的清洁度 保证零件表面质量 保护模具 2 对管材的要求 无缝管晶粒细化 流线均匀没有焊缝 力学性能一致性较好因内孔偏心 往往周向壁厚分布不均 导致开裂 零件壁厚差异 电阻焊管 ERW 采用热轧或冷轧板卷制造制造过程加工硬化不均 导致性能差别焊缝及热影响区易开裂 需通过特殊工艺控制成本低 成形性能好 可优先选用 3 钢管种类 激光焊管热影响区小 塑性和焊接接头抗开裂能力优于ERW管材用于复杂零件 尤其大膨胀率的内高压成形件主要问题是成本高 拉拔管 DOM 采用完全退火的厚壁ERW管通过冷拔工艺生产利用芯轴进行拉拔 获得精确的尺寸和均匀的材料性能冷拔后再通过正火或退火获得内高压成形要求的机械性能 连续变截面辊轧钢管 TRT 德国mubea公司制造材料相同 厚度不同沿轴线钢管直径变化 4 钢管力学性能测试 单向拉伸直径较大的焊管 可采用板材拉伸性能直径较小 材料强度较高的管材 取弧状试样拉伸 避免硬化影响沿环向或其它方向的性能 一般需要将管材切开后展平进行拉伸 弧形截面拉伸试样 环向拉伸避免展平时加工硬化的不利影响摩擦对测试结果有一定影响 液压胀形 技术参数钢管直径 30 120mm最大钢管壁厚 5mm钢管长度 D 30 60mm L 300mmD 60 100mm L 410mm 二 主要工艺参数确定 初始屈服压力开裂压力整形压力 成形压力 轴向进给力合模力补料量 铝合金变径管零件图 初始屈服压力管材开始发生塑性变形所需要的内压 开裂压力贴模前内压应小于开裂压力 5A02外径65mm壁厚1 5m屈服强度81 5MPa抗拉强度183 6MPa 整形压力 成形压力 成形截面过渡圆角保证尺寸精度高于其它部位所需内压选择增压器 确定加载曲线 铝合金变径管零件图 圆角整形压力计算示意图 整形压力与过渡圆角半径的关系 圆角半径越小 整形压力越高 合模力大 密封困难 功率增大在满足使用要求的情况下 过渡圆角半径应该尽量大一般 r 4 10 t 整形压力约为屈服强度的1 4 1 10 轴向进给力管端密封由两端向模具型腔补料确定水平缸推力 轴向进给力的构成 管坯初始长度补料量沿轴向推入模腔的材料长度 用于确定水平缸行程作用 减少减薄率 提高膨胀率 实际补料量 理想补料量的60 80 理想补料量 假设成形前后管坯壁厚不变成形后工件表面积等于初始管坯表面积 合模力 闭合模具 避免缝隙确定合模压力机能力 pc 整形压力 MPa Ap 工件在水平面上的投影面积 mm2 对于轴线为曲线的零件 投影面积Ap为宽度与轴线在水平面上投影长度之积 三 缺陷形式和加载曲线 缺陷形式屈曲原因 成形区长度过大 初期内压不足 轴向力大措施 管材长度合理 增加预成形 调整工艺参数 屈曲 起皱 开裂 起皱原因 轴向力过大 成形初期形成皱纹措施 调节加载路径 工艺复杂死皱 皱纹过深 形成无法展平的缺陷 有益皱纹 可以展平 可减小减薄率 开裂原因 内压过高 变形不均 管壁颈缩例如 低碳钢管膨胀率 40 则内压过高易开裂措施 管壁在颈缩前贴模 预成形减小膨胀率 退火恢复塑性 成形区间 不起皱 不破裂的轴向应力和内压之间匹配的区间加载曲线 内压和轴向进给量 轴向补料量 之间的关系 图2 10成形区间和加载曲线 加载曲线要在成形区间中选择确定加载曲线位置不同获得零件的壁厚减薄程度不同靠近上限壁厚减薄大靠近下限 壁厚减薄小成形区间的内压宽度越大 工艺控制越容易 膨胀率零件某一个截面周长相对于管坯初始周长的变化率 极限膨胀率通过控制加载曲线 从初始管材一次成形可获得的最大膨胀率 a 任意形状截面 b 圆截面 c 矩形截面 影响极限膨胀率的材料因素 管材力学性能 延伸率 硬化指数n值 厚向异性指数r值 延伸率 硬化指数越大 则极限膨胀率越大不锈钢极限膨胀率大与铝合金 圆形截面管件的极限膨胀率 成形区长度 2d 影响极限膨胀率的零件尺寸和工艺因素 最大截面的部位 成形区长度位于工件两端 容易补料 极限膨胀率较大成形区长度大 最大截面位于工件中部 不易补料 极限膨胀率相对较小壁厚厚度增大 极限膨胀率有所增大 但增加幅度较小零件形状非对称形状结构的极限膨胀率小于对称形状结构加载曲线采用优化的轴向补料量和内压匹配关系 可提高极限膨胀率 成形区长度对极限膨胀率的影响 极限膨胀率随成形区长径比变化存在峰值长径比大 极限膨胀率随长径比增加而减小 变化幅度不大长径比很小时 极限膨胀率随成形区长径比的减小急剧下降 四 内高压成形的摩擦与润滑 摩擦的影响 壁厚分布极限膨胀率缺陷形式 圆角过渡区开裂 润滑剂及摩擦系数 固体润滑剂 MoS2和石墨约占40 润滑油和石蜡约占30 乳化剂及高分子基润滑剂约占30