内高压成形材料及工艺参数.ppt

技术部,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,*,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：290440MPa,趋势：抗拉强度达到590780MPa，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=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,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,高压液体反力,摩擦力,管材塑性变形力,理论值,工程估算,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6080,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,p,c,整形压力（MPa）,A,p,工件在水平面上的投影面积（,mm,2,）,对于轴线为曲线的零件，投影面积,A,p,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）,材料,max,纯胀形,max,不锈钢,120,35,低碳钢,100,25,铝合金,40,20,铜合金,150,60,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,施加方法,喷洒、浸泡,有些需干燥和硬化,摩擦系数影响因素,内压对低碳钢摩擦系数的影响,肥皂：内压对摩擦系数没有影响,MoS2,：随内压增加而减小，到一定内压趋于稳定,材料,钢钢摩擦系数较低,铝合金钢摩擦系数较高,润滑剂,内压,送料速度,送料量,模具硬度及表面处理,此课件下载可自行编辑修改，供参考！,感谢您的支持，我们努力做得更好！,