内高压成形材料及工艺参数.pptx

内高压成形材料及工艺参数2010年04月23日一、内高压成形用管材二、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1、材料分类 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TC42、对管材的要求 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3、钢管种类 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=300mm D=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 5A02外径 65mm壁厚1.5m屈服强度81.5MPa抗拉强度183.6MPa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铝合金变径管零件图整形压力 （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高压液体反力摩擦力管材塑性变形力理论值工程估算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实际补料量：理想补料量的60％－80％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合模力闭合模具、避免缝隙确定合模压力机能力 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 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，可减小减薄率起皱开裂原因：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、退火恢复塑性开裂成形区间：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 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 图2-10 成形区间和加载曲线 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 （%）(a) 任意形状截面 (b) 圆截面 (c) 矩形截面 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