內(nèi)高壓成形材料及工藝參數(shù)

內(nèi)高壓成形材料及工藝參數(shù)2010年04月23日第一頁，共三十三頁。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)高壓成形用管材第二頁，共三十三頁。一、內(nèi)高壓成形用管材第三頁，共三十三頁。低碳鋼、雙向鋼抗拉強(qiáng)度：290－440MPa趨勢：抗拉強(qiáng)度達(dá)到590－780MPa，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(dòng)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TC41、材料分類

第四頁，共三十三頁。第五頁，共三十三頁。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?！懊芊狻?、“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

第六頁，共三十三頁。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、鋼管種類

第七頁，共三十三頁。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)械性能第八頁，共三十三頁。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第九頁，共三十三頁。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第十頁，共三十三頁。環(huán)向拉伸避免展平時(shí)加工硬化的不利影響摩擦對測試結(jié)果有一定影響第十一頁，共三十三頁。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=300mmD=60-100mm，L=410mm第十二頁，共三十三頁。第十三頁，共三十三頁。二、主要工藝參數(shù)確定第十四頁，共三十三頁。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)料量第十五頁，共三十三頁。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第十六頁，共三十三頁。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、確定加載曲線鋁合金變徑管零件圖圓角整形壓力計(jì)算示意圖

第十七頁，共三十三頁。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第十八頁，共三十三頁。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)成高壓液體反力摩擦力管材塑性變形力理論值工程估算第十九頁，共三十三頁。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60％－80％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第二十頁，共三十三頁。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第二十一頁，共三十三頁。三、缺陷形式和加載曲線第二十二頁，共三十三頁。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)塑性第二十三頁，共三十三頁。成形區(qū)間：不起皺、不破裂的軸向應(yīng)力和內(nèi)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，工藝控制越容易第二十四頁，共三十三頁。膨脹率零件某一個(gè)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)矩形截面第二十五頁，共三十三頁。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形截面管件的極限膨脹率（成形區(qū)長度＝2d）材料ηmax純脹形ηmax不銹鋼120％35％低碳鋼100％25％鋁合金40％20％銅合金150％60％第二十六頁，共三十三頁。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，可提高極限膨脹率第二十七頁，共三十三頁。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(shí)，極限膨脹率隨成形區(qū)長徑比的減小急劇下降第二十八頁，共三十三頁。四、內(nèi)高壓成形的摩擦與潤滑第二十九頁，共三十三頁。摩擦的影響壁厚分布極限膨脹率缺陷形式圓角過渡區(qū)開裂第三十頁，共三十三頁。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％施加方法噴灑、浸泡有些需干燥和硬化第三十一頁，共三十三頁。摩擦系數(shù)影響因素內(nèi)壓對低碳鋼摩擦系數(shù)的影響

肥皂：內(nèi)壓對摩擦系數(shù)沒有影響MoS2：隨內(nèi)壓增加而減小，到一定內(nèi)壓趨于穩(wěn)定材料鋼－鋼摩擦系數(shù)較低鋁合金－鋼摩擦系數(shù)較高潤滑劑內(nèi)壓送料速度送料量模具硬度及表面處理第三十二頁，共三十三頁。內(nèi)容總結(jié)內(nèi)高壓成形材料及工藝參數(shù)。不銹鋼：奧氏體不銹鋼304、1Cr18Ni9Ti。鋁合金：5000系，6000系和7000系。高于普通結(jié)構(gòu)鋼管，確?！懊芊狻?、“零件精度”。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。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。利用