1、內(nèi)高壓成形材料及工藝參數(shù),2010年04月23日,二、主要工藝參數(shù)確定,三、缺陷形式和加載曲線,四、內(nèi)高壓成形的摩擦與潤滑,一、內(nèi)高壓成形用管材,一、內(nèi)高壓成形用管材,低碳鋼、雙向鋼 抗拉強(qiáng)度：290440MPa 趨勢：抗拉強(qiáng)度達(dá)到590780MPa，甚至達(dá)到980MPa 不銹鋼：奧氏體不銹鋼304、1Cr18Ni9Ti；鐵素體不銹鋼429、309 用于發(fā)動機(jī)歧管（耐熱抗氧化） 鋁合金：5000系，6000系和7000系 飛機(jī)和火箭管件：5000系鋁合金管材 汽車和自行車：6000系鋁合金管材 鈦合金：純鈦和TC4,1、材料分類,結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能 由設(shè)計(jì)確定 內(nèi)高壓成形可通過加工硬化提高強(qiáng)度,成

2、形性能 具有較高的塑性及較大的n值和r值 制管過程中盡量減小加工硬化，保留材料的塑性,直徑、壁厚精度 高于普通結(jié)構(gòu)鋼管，確保“密封”、“零件精度” 精密熱軋、冷軋鋼管、電阻焊管一般均能滿足要求 批次之間的差別可調(diào)整密封段模具尺寸解決,清潔度要求 管材的內(nèi)壁外壁均應(yīng)有很好的清潔度，保證零件表面質(zhì)量、保護(hù)模具,2、對管材的要求,無縫管 晶粒細(xì)化、流線均勻 沒有焊縫，力學(xué)性能一致性較好 因內(nèi)孔偏心，往往周向壁厚分布不均導(dǎo)致開裂、零件壁厚差異,電阻焊管（ERW） 采用熱軋或冷軋板卷制造 制造過程加工硬化不均，導(dǎo)致性能差別 焊縫及熱影響區(qū)易開裂，需通過特殊工藝控制 成本低，成形性能好，可優(yōu)先選用,3、鋼

3、管種類,激光焊管 熱影響區(qū)小，塑性和焊接接頭抗開裂能力優(yōu)于ERW管材 用于復(fù)雜零件、尤其大膨脹率的內(nèi)高壓成形件 主要問題是成本高,拉拔管（DOM） 采用完全退火的厚壁ERW管通過冷拔工藝生產(chǎn) 利用芯軸進(jìn)行拉拔，獲得精確的尺寸和均勻的材料性能 冷拔后再通過正火或退火獲得內(nèi)高壓成形要求的機(jī)械性能,連續(xù)變截面輥軋鋼管（TRT） 德國mubea公司制造 材料相同，厚度不同 沿軸線鋼管直徑變化,4、鋼管力學(xué)性能測試,單向拉伸 直徑較大的焊管，可采用板材拉伸性能 直徑較小、材料強(qiáng)度較高的管材，取弧狀試樣拉伸，避免硬化影響 沿環(huán)向或其它方向的性能，一般需要將管材切開后展平進(jìn)行拉伸,弧形截面拉伸試樣,環(huán)向拉伸

4、 避免展平時加工硬化的不利影響 摩擦對測試結(jié)果有一定影響,液壓脹形,技術(shù)參數(shù) 鋼管直徑：30-120mm 最大鋼管壁厚：5mm 鋼管長度： D=30-60mm，L=300mm D=60-100mm，L=410mm,二、主要工藝參數(shù)確定,初始屈服壓力 開裂壓力 整形壓力（成形壓力） 軸向進(jìn)給力 合模力 補(bǔ)料量,鋁合金變徑管零件圖,初始屈服壓力 管材開始發(fā)生塑性變形所需要的內(nèi)壓,開裂壓力 貼模前內(nèi)壓應(yīng)小于開裂壓力,5A02 外徑 65mm 壁厚1.5m 屈服強(qiáng)度81.5MPa 抗拉強(qiáng)度183.6MPa,整形壓力 （成形壓力） 成形截面過渡圓角 保證尺寸精度 高于其它部位所需內(nèi)壓 選擇增壓器、確定加

5、載曲線,鋁合金變徑管零件圖,圓角整形壓力計(jì)算示意圖,整形壓力與過渡圓角半徑的關(guān)系,圓角半徑越小，整形壓力越高 合模力大、密封困難、功率增大 在滿足使用要求的情況下，過渡圓角半徑應(yīng)該盡量大 一般，r =(4-10)t，整形壓力約為屈服強(qiáng)度的1/4-1/10,軸向進(jìn)給力 管端密封 由兩端向模具型腔補(bǔ)料 確定水平缸推力,軸向進(jìn)給力的構(gòu)成,管坯初始長度 補(bǔ)料量 沿軸向推入模腔的材料長度，用于確定水平缸行程 作用：減少減薄率、提高膨脹率,實(shí)際補(bǔ)料量：理想補(bǔ)料量的6080,理想補(bǔ)料量： 假設(shè)成形前后管坯壁厚不變 成形后工件表面積等于初始管坯表面積,合模力,閉合模具、避免縫隙 確定合模壓力機(jī)能力,pc整形壓

6、力（MPa） Ap工件在水平面上的投影面積（mm2） 對于軸線為曲線的零件，投影面積Ap為寬度與軸線在水平面上投影長度之積,三、缺陷形式和加載曲線,缺陷形式 屈曲 原因：成形區(qū)長度過大，初期內(nèi)壓不足，軸向力大 措施：管材長度合理、增加預(yù)成形、調(diào)整工藝參數(shù),屈曲,起皺,開裂,起皺 原因：軸向力過大，成形初期形成皺紋 措施：調(diào)節(jié)加載路徑，工藝復(fù)雜 死皺：皺紋過深，形成無法展平的缺陷 “有益皺紋”：可以展平，可減小減薄率,開裂 原因：內(nèi)壓過高、變形不均、管壁頸縮 例如：低碳鋼管膨脹率40，則內(nèi)壓過高易開裂 措施：管壁在頸縮前貼模、預(yù)成形減小膨脹率、退火恢復(fù)塑性,成形區(qū)間：不起皺、不破裂的軸向應(yīng)力和內(nèi)

7、壓之間匹配的區(qū)間 加載曲線：內(nèi)壓和軸向進(jìn)給量（軸向補(bǔ)料量）之間的關(guān)系,圖2-10 成形區(qū)間和加載曲線,加載曲線要在成形區(qū)間中選擇確定 加載曲線位置不同獲得零件的壁厚減薄程度不同 靠近上限壁厚減薄大 靠近下限，壁厚減薄小 成形區(qū)間的內(nèi)壓寬度越大， 工藝控制越容易,膨脹率 零件某一個截面周長相對于管坯初始周長的變化率 （%）,極限膨脹率 通過控制加載曲線，從初始管材一次成形可獲得的最大膨脹率,(a) 任意形狀截面 (b) 圓截面 (c) 矩形截面,影響極限膨脹率的材料因素,管材力學(xué)性能（延伸率、硬化指數(shù)n值、厚向異性指數(shù)r值） 延伸率、硬化指數(shù)越大，則極限膨脹率越大 不銹鋼極限膨脹率大與鋁合金,圓

8、形截面管件的極限膨脹率 （成形區(qū)長度2d）,影響極限膨脹率的零件尺寸和工藝因素,最大截面的部位、成形區(qū)長度 位于工件兩端，容易補(bǔ)料，極限膨脹率較大 成形區(qū)長度大、最大截面位于工件中部，不易補(bǔ)料，極限膨脹率相對較小 壁厚 厚度增大，極限膨脹率有所增大，但增加幅度較小 零件形狀 非對稱形狀結(jié)構(gòu)的極限膨脹率小于對稱形狀結(jié)構(gòu) 加載曲線 采用優(yōu)化的軸向補(bǔ)料量和內(nèi)壓匹配關(guān)系，可提高極限膨脹率,成形區(qū)長度對極限膨脹率的影響,極限膨脹率隨成形區(qū)長徑比變化存在峰值 長徑比大，極限膨脹率隨長徑比增加而減小，變化幅度不大 長徑比很小時，極限膨脹率隨成形區(qū)長徑比的減小急劇下降,四、內(nèi)高壓成形的摩擦與潤滑,摩擦的影響,壁厚分布 極限膨脹率 缺陷形式,圓角過渡區(qū)開裂,潤滑劑及摩擦系數(shù),固體潤滑劑：MoS2和石墨 約占40 潤滑油和石蠟 約占30 乳化劑及高分子基潤滑劑 約占30 施