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    不銹鋼管內高壓成形原理及工藝過程

       不銹鋼管內高壓成形工藝屬于液力成形技術范疇,其工作原理是通過內部加壓和軸向加力補料,把管狀坯料壓入到模具型腔,使其形成各種所需零部件。目前,內高壓成形工藝主要用來整體成形變徑管、彎曲軸線異型截面空心零件和薄壁多通管零件。這類零件傳統制造工藝是先沖壓成形2個或2個以上半片沖壓件再焊接成整體零件,為減少焊接變形,一般采用點焊工藝,因而得到的零件不是封閉的截面。此外,沖壓件截面形狀相對比較簡單,難以滿足結構設計的需要。內高壓成形工藝制造的零件與傳統工藝制造的零件相比,其質量減輕很多,對汽車的輕量化效果顯著。



        不銹鋼管件液壓脹形的原理是先將管坯放入下模腔內,然后管件兩端的沖頭在液壓缸的作用下壓入,將管件腔密封,液體介質不斷通過沖頭內的液體通道流入管件腔內;此時上模向下移動,與下模共同形成密封的模腔;最后控制液體介質壓力不斷增大,沖頭向內推動管件進行軸向進給,管件變形并逐漸貼模,最終得到所需形狀的零件。以變徑管的成形過程為例,內高壓成形工藝過程大致可分為3個階段。


      1. 初始充填階段    將管坯放在下模內,閉合上模,將管的兩端用水平沖頭密封,使管坯內充滿液體,并排出氣體,實現管端沖頭密封。


      2. 成形階段     對管內液體加壓脹形的同時,兩端的沖頭按照設定加載曲線向內推進補料,在內壓和軸向補料的聯合作用下使管坯基本貼靠模具,這時除了過渡區圓角以外的大部分區域已經成形。


      3. 整形階段   提高壓力使過渡區圓角完全貼靠模具而成形為所需的工件,這一階段基本沒有補料。



         從不銹鋼管截面形狀可看出,可把管材的圓截面變為矩形、梯形、橢圓形或其它異型截面。根據受力和變形特點,零件分為成形區和送料區2個區間。成形區是管材發生塑性變形直徑發生變化的部分;送料區是在模具內限制管材外徑不變,主要作用是向成形區補充材料。不銹鋼管內高壓成形過程,是由于變形量較大,對管材的成形性能以及成形工藝都有較高的要求,因此內高壓成形規律及內高壓成形專用材料是很多研究者重點研究的對象。內高壓成形過程是一個涉及到液壓、材料學、力學等諸多方面的綜合變形過程,對液體壓強、軸向位移等控制精度要求高。內高壓成形過程的成敗以及實現的難易程度不僅與變形過程中的加載路徑有關,所使用管材的綜合力學性能也起著決定性的作用。因此,為了成功實現管材的內高壓成形過程,用于內高壓成形的管材除了具備較高的強度之外,還必須具有良好的塑性,這就要求選擇高強塑積的管材作為原料。



        一條完整的內高壓成形生產線主要由切管機、彎管機、預成形壓力機、內高壓成形壓力機等設備組成。其中最重要的設備是內高壓成形壓力機,由合模壓力機、高壓源、水平缸、液壓泵站、水壓系統和計算機控制系統等6部分組成,工作原理和組成見圖所示。內高壓成形壓力機的作用是提供合模力、高壓液體介質和軸向推力等,并按照設定的曲線控制內壓和軸向推力。內高壓成形壓力機一般工作流程是:閉合模具——施加合模力——對管坯內填充加壓介質——管端密封——按加載曲線施加內壓和軸向進給一增壓整形——泄壓——去合模力——退回沖頭——開模。由于不銹鋼管內高壓成形過程中要求合模壓力機在任意位置輸出最大壓力,并便于調壓和保壓,目前多采用液壓機作為合模壓力機。最大合模力是影響設備加工能力與結構的主要參數,應根據最大內壓和零件的投影面積等因素確定。



        目前,不銹鋼管內高壓成形機制造企業主要集中在歐洲,內高壓成形機制造商有德國舒勒公司、SPS公司、瑞典公司等。生產應用的內高壓成形裝備高壓源最高壓力為400MPa,用于轎車零件生產的內高壓成形機噸位多為5000-6000t,用于卡車零件的內高壓成形機噸位達12000噸,臺面達6mx2.5m,水壓系統流量達到400Umin,設備均采用PLC或計算機控制,最多可實現32軸的伺服控制。


        為了降低設備制造成本,提高工作效率,瑞典公司設計了結構緊湊、易于安裝的短行程新型合模壓力機,其總高5米,可直接安裝在混凝土地面上,而不需龐大的基礎。SPS公司也開發了用于內高壓成形的機械鎖模裝置,這樣的鎖模裝置可不采用液壓系統建立合模力,使不銹鋼管內高壓成形件的生產周期縮短了25%。日本、中國等亞洲國家也相繼開展了內高壓成形機研發,日本水壓工業所研制了一種機械鎖模裝置,可以利用小噸位的液壓機制作大型的內高壓零件。日本川崎油工在普通油壓機基礎上開發了公稱壓力5000第一步的內高壓成形機。


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