1、內高壓成形材料及工藝參數內高壓成形材料及工藝參數20102010年年0404月月2323日日二、主要工藝參數確定二、主要工藝參數確定三、缺陷形式和加載曲線三、缺陷形式和加載曲線四、內高壓成形的摩擦與潤滑四、內高壓成形的摩擦與潤滑一、內高壓成形用管材一、內高壓成形用管材一、內高壓成形用管材一、內高壓成形用管材 低碳鋼、雙向鋼低碳鋼、雙向鋼 抗拉強度：290440MPa 趨勢：抗拉強度達到590780MPa，甚至達到980MPa 不銹鋼：不銹鋼：奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼304、1Cr18Ni9Ti；鐵素體不銹鋼；鐵素體不銹鋼429、309 用于發動機歧管（耐熱抗氧化） 鋁合金：鋁合金：5000系，

2、系，6000系和系和7000系系 飛機和火箭管件：5000系鋁合金管材 汽車和自行車：6000系鋁合金管材 鈦合金：鈦合金：純鈦和純鈦和TC41、材料分類、材料分類 結構的力學性能 由設計確定 內高壓成形可通過加工硬化提高強度成形性能 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 高于普通結構鋼管，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整密封段模具尺寸解決清潔度要求 管材的內壁外壁均應有很好的清潔度，保證零件表面質量、保護模具2、對管材的要求、對管材的要求 無縫管 晶粒細化、流線均勻 沒有焊縫，

3、力學性能一致性較好 因內孔偏心，往往周向壁厚分布不均導致開裂、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，導致性能差別 焊縫及熱影響區易開裂，需通過特殊工藝控制 成本低，成形性能好，可優先選用3、鋼管種類、鋼管種類 激光焊管 熱影響區小，塑性和焊接接頭抗開裂能力優于ERW管材 用于復雜零件、尤其大膨脹率的內高壓成形件 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 利用芯軸進行拉拔，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高壓成形要求的機械性能連續變截面輥軋鋼管（TRT） 德國mubea公司制造 材料相同，厚度

4、不同 沿軸線鋼管直徑變化4、鋼管力學性能測試、鋼管力學性能測試 單向拉伸 直徑較大的焊管，可采用板材拉伸性能 直徑較小、材料強度較高的管材，取弧狀試樣拉伸，避免硬化影響 沿環向或其它方向的性能，一般需要將管材切開后展平進行拉伸 弧形截面拉伸試樣弧形截面拉伸試樣環向拉伸 避免展平時加工硬化的不利影響 摩擦對測試結果有一定影響 液壓脹形技術參數 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、主要工藝參數確定二、主要工藝參數確定 初始屈服壓力 開裂壓力 整形壓力（成形壓力） 軸向進給力 合模力 補料量 R5

5、R5652088652001281.5鋁合金變徑管零件圖鋁合金變徑管零件圖MPa8 . 35 .81655 . 122ssdtp初始屈服壓力 管材開始發生塑性變形所需要的內壓開裂壓力 貼模前內壓應小于開裂壓力22 1.5183.6=8.47MPa65bbtpd5A02外徑 65mm壁厚1.5m屈服強度81.5MPa抗拉強度183.6MPaMPa8 .39255 . 12 . 0bsccrtp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壓 選擇增壓器、確定加載曲線R5R5652088652001281.5鋁合金變徑管零件圖鋁合金變徑管零件圖圓角整形壓力計算示意圖圓角

6、整形壓力計算示意圖 rpt直邊中點過渡區整形前的管坯c模具c整形壓力與過渡圓角半徑的關系 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，過渡圓角半徑應該盡量大 一般，r =(4-10)t，整形壓力約為屈服強度的1/4-1/10051015202530350.00.20.40.60.81.0 pc /src/t軸向進給力 管端密封 由兩端向模具型腔補料 確定水平缸推力軸向進給力的構成軸向進給力的構成 kN1208 .3946214. 3422iippdFp高壓液體反力高壓液體反力kN1 .451 . 08 .3955.556514. 3ipdlFp摩擦力摩擦力k

7、N6 .125 .81655 . 114. 35 . 02sttdFp管材塑性變形力管材塑性變形力12045.1 12.6177.7kNaptFFFF理論值kN156132)3 . 11 . 1 (paFF工程估算管坯初始長度補料量 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mm1 .239)(sin21220llddDdlDlmm1 .392001 .23910lll實際補料量：理想補料量的6080理想補料量： 假設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能力 p pc c整形壓力（整形壓力（MPaMPa）

8、A Ap p工件在水平面上的投影面積（工件在水平面上的投影面積（mmmm2 2） 對于軸線為曲線的零件，投影面積對于軸線為曲線的零件，投影面積A Ap p為寬度與軸線在水平面上投影長度之積為寬度與軸線在水平面上投影長度之積310cpcpAFkN510108 .39128173三、缺陷形式和加載曲線三、缺陷形式和加載曲線缺陷形式 屈曲 原因：成形區長度過大，初期內壓不足，軸向力大 措施：管材長度合理、增加預成形、調整工藝參數屈曲屈曲起皺起皺開裂開裂起皺 原因：軸向力過大，成形初期形成皺紋 措施：調節加載路徑，工藝復雜 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

9、原因：內壓過高、變形不均、管壁頸縮 例如：低碳鋼管膨脹率40，則內壓過高易開裂 措施：管壁在頸縮前貼模、預成形減小膨脹率、退火恢復塑性成形區間：不起皺、不破裂的軸向應力和內壓之間匹配的區間加載曲線：內壓和軸向進給量（軸向補料量）之間的關系 0軸向進給內壓開裂區成形區間起皺區上限下限加載曲線圖圖2-10 2-10 成形區間和加載曲線成形區間和加載曲線 加載曲線要在成形區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，壁厚減薄小成形區間的內壓寬度越大， 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

10、初始管材一次成形可獲得的最大膨脹率(a) (a) 任意形狀截面任意形狀截面 (b) (b) 圓截面圓截面 (c) (c) 矩形截面矩形截面 100%Cdd100%Ddd(224 )100%cabrdd%100maxmaxddCmaxmax100%Ddd影響極限膨脹率的材料因素影響極限膨脹率的材料因素管材力學性能（延伸率、硬化指數n值、厚向異性指數r值） 延伸率、硬化指數越大，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圓形截面管件的極限膨脹率 （成形區長度（成形區長度2d2d）材料max純脹形max不銹鋼12035低碳鋼10025鋁合金4020銅合金15060影響極限膨

11、脹率的零件尺寸和工藝因素影響極限膨脹率的零件尺寸和工藝因素最大截面的部位、成形區長度 位于工件兩端，容易補料，極限膨脹率較大 成形區長度大、最大截面位于工件中部，不易補料，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 非對稱形狀結構的極限膨脹率小于對稱形狀結構加載曲線 采用優化的軸向補料量和內壓匹配關系，可提高極限膨脹率成形區長度對極限膨脹率的影響成形區長度對極限膨脹率的影響極限膨脹率隨成形區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長徑比的減小急劇下降 四、內高壓成形的摩擦與潤滑四、內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 圓角過渡區開裂圓角過渡區開裂 潤滑劑及摩擦系數固體潤滑劑：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