內(nèi)高壓成形工藝的專利技術(shù)綜述

王美娟

摘 要：為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，管件內(nèi)高壓成形工藝具有美好的發(fā)展前景。本文主要針對國內(nèi)學(xué)者在合模力控制、降低摩擦力這兩方面的專利研究進(jìn)行簡單介紹。

關(guān)鍵詞：管件；內(nèi)高壓；合模力；摩擦力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.052

內(nèi)高壓成形是一種以液體為傳壓介質(zhì)，利用內(nèi)高壓使金屬管坯變形成為復(fù)雜形狀零件的現(xiàn)代塑性加工技術(shù)，其原理是通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形。合模力和摩擦力均是影響管坯成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素，本文主要針對國內(nèi)學(xué)者在合模力控制、降低摩擦力這兩方面的專利研究進(jìn)行簡單介紹。

1 合模力控制

恒定或較大的合模力對機(jī)器保壓要求高，特別是大體積的內(nèi)高壓成形件因充液時(shí)間長，往往造成因機(jī)器保壓性能不好，造成成形時(shí)抬模現(xiàn)象，嚴(yán)重影響加工零件的產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)器的安全，并造成管坯與模具表面摩擦力大，零件補(bǔ)料、走料困難，容易在變形較大處產(chǎn)生破裂，零件成形介質(zhì)的壓力要求高，對潤滑的要求也相對較高等問題。目前，國內(nèi)主要有以下合模力控制方法：

變化合模力。為了克服傳統(tǒng)恒定合模力管材內(nèi)高壓成形所需壓力高，在整個成型過程中，在初期補(bǔ)料階段、中期成形階段、后期整形階段，系統(tǒng)的合模力從小到大逐步遞增，到整形階段合模力達(dá)到最大，通過比例溢流閥調(diào)整合模力使模具使用壽命提高，降低電機(jī)功率，做到節(jié)能增效[1]；

管坯部分放入成型模腔。通常成形時(shí)需要的合模力與模具型腔內(nèi)管材的水平投影面積成正比。為降低合模力，可以減少模具的總體尺寸，管坯端部采用新型的密封結(jié)構(gòu)，無需采用水平油缸來推動沖頭，只將需要成形的管材置于模具型腔內(nèi)，而其余部位都置于模具型腔之外[2]。

2 降低摩擦力

軸向補(bǔ)料是提高管材內(nèi)高壓成形極限、提高壁厚均勻性的重要工藝措施。但存在的問題是即使施加潤滑隨著管坯內(nèi)部壓力的不斷升高，管坯與模具間的摩擦力不斷增大，軸向補(bǔ)料難度也越來越大。為降低摩擦力，通常有以下方法：

對管坯實(shí)施磁場力。在模具的兩端送料區(qū)嵌入通電后可產(chǎn)生磁場的線圈，在進(jìn)料區(qū)兩端部沖頭軸向進(jìn)給之前對線圈通電，在沖頭軸向進(jìn)給之后對線圈斷電，其原理是利用線圈使管坯與線圈產(chǎn)生磁場力，降低模具與管坯的摩擦力，磁場力是體積力，管坯上無集中力作用點(diǎn)，管坯成形的表面質(zhì)量較好[3]；

管坯與沖頭不發(fā)生相對運(yùn)動。將管坯的兩端分別放置于送料區(qū)的左、右沖頭的型腔內(nèi)，使送料區(qū)的兩側(cè)沖頭與管坯端部不發(fā)生相對運(yùn)動，減小管坯與模具的摩擦力，隨著內(nèi)壓增大，送料區(qū)管材壁厚基本保持不變，且隨著兩側(cè)沖頭向內(nèi)運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)軸向補(bǔ)料，如圖1（a）和圖1（b）所示[4-5]；

在加工截面與周長相差較大的管件時(shí)，為了提高膨脹量和控制最小壁厚，需要很大軸向補(bǔ)料量。傳統(tǒng)變徑管內(nèi)高壓成形模具中的上模和下模均為一體制成，導(dǎo)致送料區(qū)模具與管材外壁的摩擦作用，送料區(qū)管材壁厚增加，膨脹區(qū)管材壁厚減薄。為克服此缺陷，提供一種用于變徑管內(nèi)高壓成形的組合模具。如圖1（c）所示，此裝置通過控制模具與沖頭共同前進(jìn)，共同推動管材進(jìn)行補(bǔ)料的方法，來消除送料區(qū)管材外壁和模具之間的摩擦，從而減小了送料區(qū)管壁變厚[6]。

變化內(nèi)壓。利用金屬材料反復(fù)加載再提高屈服應(yīng)力的特點(diǎn)，控制型腔的內(nèi)壓，降低端頭軸向進(jìn)給時(shí)的摩擦力，提高材料的均勻變形能力，延遲破裂失穩(wěn)的發(fā)生，提高管材的成形極限和壁厚均勻性。具體實(shí)施是：先將送料區(qū)的兩端沖頭軸向運(yùn)動，密封型腔，在通過沖頭的填充通道通入成形介質(zhì)，直至充滿型腔，使型腔內(nèi)保持一定的內(nèi)壓P0，該內(nèi)壓P0應(yīng)保證沖突軸向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，管坯不發(fā)生起皺失穩(wěn)。再對兩端沖頭施加軸向進(jìn)給力，直至管坯發(fā)生微小有益起皺；然后再升高內(nèi)壓至P1，該內(nèi)壓P1能消除上述有益起皺，后將內(nèi)壓降至P0，重復(fù)上述步驟[7]。

3 內(nèi)高壓成形工藝的展望

國內(nèi)對內(nèi)高壓成形工藝的研究頗多，但是，一方面，與國外比較仍存在很大的差距，且國內(nèi)很多公司都還只是引進(jìn)國外，特別是日本的技術(shù)和裝置；另一方面，國內(nèi)主要集中于內(nèi)高壓成形的研究，而外高壓成形工藝不成熟。鑒于21世紀(jì)對結(jié)構(gòu)輕量化的迫切需求，對成形復(fù)雜管件的質(zhì)量提出了進(jìn)一步要求，如何在合模力控制、減小摩擦等方面均得到優(yōu)化，解決這一難題迫在眉睫。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧波啪沃爾精密液壓機(jī)械有限公司.一種變合模力的管材內(nèi)高壓成形裝置和方法.CN103212619A[P].2013-07-24.

[2]哈爾濱工藝大學(xué).具有局部凸起狀的長管零件的成形方法.CN101219451A[P].2008-07-16.

[3]初冠南.一種軸向補(bǔ)料的工藝方法.CN102225441A[P].2011-10-26.

[4]哈爾濱理工大學(xué).變截面空心構(gòu)件成形裝置及方法.CN102921791A[P].2013-02-13.

[5]哈爾濱工業(yè)大學(xué).一種管材內(nèi)高壓成形時(shí)減小導(dǎo)向區(qū)摩擦的裝置.CN101011715A[P].2007-08-08.

[6]哈爾濱工業(yè)大學(xué).一種用于變徑管內(nèi)高壓成形的組合模具.CN103191970A[P].2013-07-10.

[7]哈爾濱工業(yè)大學(xué).一種提高管材內(nèi)高壓成形極限的工藝方法.CN102248058A[P].2011-11-23.