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低碳钢瓶形管件及Ω接头管件内高压成形详解
2019-08-29
摘要:内高压成形是一种以管材为坯料,以油液为传压介质,在管材内部施加超高压的同时,对管坯的两端施加轴向推力进行补料。因两种外力的合力作用,管坯产生塑性变形。本文兴迪源机械带来低碳钢瓶形管件及Ω接头管件内高压成形详解。

  内高压成形是一种以管材为坯料,以油液为传压介质,在管材内部施加超高压的同时,对管坯的两端施加轴向推力进行补料。因两种外力的合力作用,管坯产生塑性变形,最终与模腔内壁贴合,使管坯成为具有三维形状零件的现代塑性加工技术。本文兴迪源机械带来低碳钢瓶形管件及Ω接头管件内高压成形详解。

  一、低碳钢瓶形管件内高压成形:

  图2-36为一种瓶形管件的零件图。管材外径为40mm,初始壁厚为2.5mm,成形区直径为183mm,材料为20钢。该件成形的难点在于:

  ①左右非对称,要求管材两端的补料量不同;

  ②成形区长,长度为管材直径的4.6倍,成形过程中所需要的补料量达到80mm,初始管材的长度为403mm,接近管材外径的10倍,管材初始长度大容易引起屈曲;

  ③膨胀量大,膨胀率为70%,而材料延伸率仅为28%。

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  图2-36 瓶形管件形状与尺寸(mm)

  由于该瓶形件材料为低碳钢,而且成形区长,要想获得大膨胀率,必须采用合适的预成形坯。同样采用“有益皱纹”作为预成形坯聚料,皱纹形状如图2-37(a)所示。然后通过加压整形使皱纹展平,即可获得该瓶形管件,如图2-37(b)所示。壁厚分布情况为两端送料区增厚,向中部成形区减薄,送料区越长,增厚越严重,左侧送料区增厚大于右侧。

  在成形区,壁厚的分布是起伏变化的,这与成形过程中皱峰皱谷的位置相对应,皱峰处壁厚稍薄,而皱谷处壁稍厚,这也是利用“有益皱纹“成形的壁厚分布的一个显著特点。最薄处壁厚为1.92mm,减薄率为25.2%。左侧最大壁厚为2.75mm,增厚10%。

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  图2-37瓶形管件a)有益起皱形状;(b)瓶形管件。

  二、Ω接头管件内高压成形:

  图2-38为Ω接头管件零件图,该管件轴向剖面形状类似希腊字母Ω,因此称为Ω接头,为运载火箭动力系统中构成补偿管的重要零件之一。管材材料为1Crl8Ni9Ti。该接头的传统生产工艺为采用模具压出半环,切边配对后焊接成整圆,存在两条轴向焊缝。传统生产工艺的主要问题:

  ①模具压弯出半圆凸筋宽度不一致,精度难以保证;

  ②两半圆焊后变形严重,对接面翘曲,尺寸超标,并造成两端头无法加工;

  ③两半圆采用手工钨极氩弧焊焊接,清除焊漏工作量大易碰伤工件造成废品,如清理不净,则滚焊钢丝套时易出现虚焊,降低可靠性

  ④1零件结构存在叠加,造成有些位置无法进行X射线探伤,易造成焊接缺陷漏判。

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  图2-38 Ω接头管件形状与尺寸(mm)

  采用内高压成形工艺制造图2-38所示Ω接头,需要外径为161mm,壁厚1.5mm的不锈钢管。该管材直径大、壁厚薄,无法获得无缝管材。由于激光焊接工艺具有焊缝塑性好、热影响区小、焊道窄且表面质量好、焊后清理工作量小、可重复性好等优点,故采用激光焊接制造管材。

  Ω接头内高压成形的难点:

  ①大直径超薄零件,径厚比达107,管端密封困难;

  ②内圆角小,仅为板厚的3.3倍,需要成形压力高;

  ③轴向反力大,当成形压力为150MPa时,轴向反力接近3000KN,超过现有设备液压伺服缸的能力;

  ④没有过渡区或者过渡区为垂直边,并且要求⌀190mm凸台处的最小壁厚大于1.3mm。这些难点综合在一起,使得图2-38所示零件成形难度非常大。为了成形小圆角,需要很高的成形压力,成形压力高,轴向反力大、管端密封困难。为了满足最小壁厚要求和高压下整形圆角,需要一定的轴向补料,而补料过度或与内压匹配不合适,就会产生内凹缺陷,如图2-39所示。

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  图2-39 内凹缺陷

  只有解决超薄管端部密封、大直径管轴向减力、避免内凹缺陷和壁厚控制才能获得合格的零件,如图2-40所示。其壁厚分布为中部膨胀区减薄较大,两端传料区壁厚基本不变,最小壁厚为1.37mm。

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  图2-40 Ω接头零件

  【兴迪源内高压成形技术优势】

  兴迪源机械(Xingdi Machinery)是一家专注流体压力成形技术的锻压设备制造企业。自2007年创立以来,公司一直致力于内高压成形的技术创新和产品研发。主营产品范围从生产普通液压设备,现今发展至生产、研发国内顶尖流体压力成形技术的锻压设备。

XD-SHF系列板材充液成形设备

  兴迪源机械自2010年开始组建超高压液力成形技术团队,突破了成形压力100MPa-250MPa的技术难关,研发出“内高压成型设备”并投入用户生产现场。至今,公司已是创立超过10年的实力企业,已掌握了成形压力为500MPa的技术,并向市场提供了合模力4000吨、成形压力达500MPa以内的各种规格的内高压成型液压设备数十台套,技术研发成果在国内同行的民营企业中达到优异水平。


  部分文段和图片摘自:

  《现代液压成形技术》

  作者:苑世剑

  由兴迪源机械编辑

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