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内高压成形以管材为加工对象,以液体为主要传力介质,可以有效地降低零件重量、减少模具数量、提高生产效率,因此受到工程技术人员和科研工作者的广泛重视。本文兴迪源机械带来异形双锥形管件及空心曲轴内高压成形详解。
一、异形双锥形管件内高压成形：
异形双锥形管件的材料为1Cr18Ni9Ti,均匀延伸率45%，几何形状如图2—41所示。管材直径为56mm，壁厚为2.5mm。该件内高压成形有两个难点：
1、最大膨胀率达到111%,约为材料均匀延伸率的3倍；
2、形状非对称，上下左右都不对称，这种非对称使得局部塑性变形量大面易引起开裂，需要特殊形状的预成形坯。
图2-41异形双锥形管件形状与尺寸(mm)
表2-6为该双锥管件各截面的膨胀率，从中心开始每隔10mm取一个截面，各截面选取示意如图2-42所示。从该表可知，在A5-47截面处，下半周膨张率远大于上半周膨胀率，表明此处变形非常不均匀；在A1-A4截面，下半周能胀率已经超过材料均匀延伸率的2倍，容易在下半周产生开裂。
表2-6 双锥管件各载面的膨胀率
图2-42双形异形管件截面分析示意图
图2-43(a)所示为用“有益皱纹“方法获得的一个对称的双锥形预成形坏该件的最大膨胀率达到了78%，用该件作为预成形坏成形最终零件，虽然平均周向变形量已经变小，并进行了退火处理，由于在A5-47截面处变形不均匀还会导致开裂缺陷，见图2-43(b)。为了获得合格零件必须在双锥形预成形坏的基础上加工二次预成形坯，以克服塑性变形不均匀的困难。在采用合理的二次预成形坯后，获得合格零件，如图2-44所示。
图2-43一次预成形坯及开裂缺陷 (a)一次预成形坏；(b)开裂。
2-44异形双锥管件
二、空心曲轴内高压成形：
空心曲轴如图2-45(a)所示，长度为220mm,管材直径为63mm,壁厚为3mm,两个曲拐的形状和大小一致，两个曲拐的直径为86mm。
为了分析空心曲轴内高压成形的变形特点，在曲轴上选取了A1、A2和A3个典型截面，每个截面相隔20mm,如图2-45(a)所示。A1截面位于曲拐中间，A2截面位于曲拐与中间过渡段之间，A3截面位于两个曲拐中间，三个截面的形状如图2-45(b)所示。
表2-7是三个截面膨胀率的计算结果。A1、A2、A3的膨胀率分别是37%、13%和6.5%，而上半周膨胀率分别是62%、22%和11下半周膨胀率分别是12%，4%和2%，三个截面的上半周膨胀率和下半周膨胀率之比分别为5.17、5.5和5.5。可见由管材到零件的成形过程中上、下半周的膨胀率相差很大，变形过程是非对称的，其中最大变形截面A1截面的上、下半周的膨胀率相差5倍以上，尤其是上半周的膨胀率达到了62%，成形难度很大。
图2-45空心曲轴及截面尺寸(mm)变化分析 (a)曲轴剖面；(b)典型截面。
表2-7空心曲轴各截面膨胀率
通过以上分析，直接由管材成形出空心曲轴难度很大，必须有合理的预成形坯料或中间坯料。由于成形的最大难点在于曲拐处的局部膨胀率太大，因此预成形应能够降低曲拐的局部膨胀率。采用图2-46所示的预成形坯，可将曲拐的垂直高度由最终零件的86mm降到80mm。
图2-46中间毛坯尺寸(mm)示意图
虽然中间毛坯到零件的平均变形量仅为27%，但仍然存在变形不均匀性A1截面上半周平均变形量为44%，A1截面下半周平均变形量为10%。采用中间管材，尽管经过了退火处理，开裂还是发生在曲拐顶部(图2-47(a))。为了获得合格的零件，在中间坯料与零件之间还需要一次预成形以调整变形均匀性，通过这样的预成形后获得了合格零件，如图2-47(b)所示。
图2-47曲轴零件 (a)曲拐顶部开裂；(b)合格零件。
【兴迪源内高压技术优势】
自2007年创立以来，兴迪源机械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。
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部分文段和图片摘自：
《现代液压成形技术》
作者：苑世剑
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