中科院科普问答——为你揭开内高压成形的奥秘(其七)

2017-09-19 Author:兴迪源机械 分类:内高压成形

NO.1

问:内高压成形技术适用的材料?

答:适用于内高压成形的材料有低碳钢、低合金高强度钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金和镍基合金等。目前汽车工业常用的低碳钢和低合金高强度钢抗拉级别为300 ~ 450MPa,随着对减重的进一步需求,内高压成形件的抗拉强度级别将上升到500 ~ 600MPa,甚至达到1000MPa。不锈钢主要有奥氏体不锈钢AISI 304等,制造发动机歧管所需的耐热抗氧化不锈钢如429、309等。铝合金则主要有5系、6系和7系,飞机和火箭多使用5系,汽车和自行车等多使用6系,7系铝合金的管材内高压成形件应用才刚刚开始。钛合金主要有纯钛和TC4,由于钛合金常温下变形抗力高,塑形低且回弹大,目前只能制造形状简单的零件。科普来自于兴迪源机械官网。

 

NO.2

问:内高压成形技术对管材成形性能的要求

答:成形性能方面要求具有较高的塑性及较大的n值和r值。管材的加工方法对其力学性能和成形性能影响较大。用于内高压成形的管材,要求在制管过程中尽量减少加工硬化,尽量保留材料的塑性并提高r值,用于后续的内高压成形。(此答案引自兴迪源机械官网)

 

NO.3

问:内高压成形技术对管材的外径和壁厚精度的要求

答:管材的外径和壁厚精度要求,往往比普通结构用钢管的尺寸精度要求更高,根据成形中所采用的密封方法和零件壁厚精度要求具体制定。一般来说,精密热轧和冷轧钢管的外径与厚度公差均能满足要求,电阻焊管也容易满足。如果各批次公差有差别,也可以通过调整模具的尺寸来解决。管端必须垂直于管材中心线进行切割,端面与中心线的垂直度误差应在1.5度以内。(科普来源于兴迪源机械官网)

 

NO.4

问:内高压成形技术对管材的清洁度的要求

答:管材的外壁和内壁均应有很好的清洁度。钢管表面应经过酸洗,保证无锈迹。在内高压成形中,管材表面的氧化皮和锈迹会引起模具的磨损,并污染加压介质。管材内外表面带来的各种碎屑都可能掉在模腔中被压入成形件表面,影响零件的质量。(答案摘自兴迪源官网)

 

NO.5

问:内高压成形使用的管材种类和规格?

答:目前能够用于内高压成形的钢管主要有无缝管、电阻焊管(ERW)、拉拔管(DOM)和激光焊管。对于钢材来说,ERW管比无缝管和拉拔管成本低,且成形性能好,因此通常有限选择ERW管。激光焊管成形性能好,但成本高,主要用于变形量大的复杂零件。
对于无缝管来说,因为没有焊缝,它的力学性能一致性较好,适合于一定成形压力范围内的内高压成形件。但是由于无缝管加工中难免发生一定的偏心,导致管材周向壁厚变化,容易造成成形过程开裂或壁厚分布不均匀,影响使用性能。
ERW管材是采用冷轧或者热轧板卷制造的,为了满足内高压成形件表面质量要求,板卷表面应无氧化皮,并经酸洗和涂油处理。由于ERW管材的制造过程对其加工硬化有一定的影响,不同工艺参数会导致管材圆周上不同部位的屈服应力有所不同。因此需要通过严格控制生产工艺减小这种差别,以便满足内高压成形的要求。
DOM管材是采用完全退火的厚壁ERW管通过冷拔工艺生产的,采用有芯轴的模具进行管材拉拔生产,可以获得非常精确的尺寸和均匀的材料性能,冷拔后的管材在通过正火或者退火获得内高压成形所要求的机械性能。
激光焊管用于复杂零件的内高压成形,一般来说,激光焊管塑性和焊接接头抗开裂能力优于ERW管材,这是因为激光焊管的热影响区远远小于ERW管材,尤其是在大膨胀率的内高压成形件上,激光焊管优势显著,其主要问题是成本较高。(此答案来自于兴迪源官网)

 

NO.6

问:管材的力学性能测试的特点和主要方法?

答:由于管材加工过程的影响,通常管材轴向和环向的力学性能不同,尤其是延伸率,n值和r值。管材力学性能测试的难点在于如何测试环向力学性能。目前主要的测试方法有:试样单向拉伸、环向拉伸和液压胀形。科普自兴迪源机械官网。

 

NO.7

问:焊管力学性能测试的要点?

答:对于焊管,可以用初始板材不同方向的拉伸性能来近似代替焊管的轴向和环向拉伸性能。但是对于直径较小、材料强度较高的管材,由于在卷曲过程中板材会产生严重的加工硬化,使得管材的性能特别是环向变形性能发生明显变化,同时焊接过程也会对板材的性能有较大影响,因此用初始板材的性能来代替焊管的性能必然产生较大误差。此时,可以从焊接管材上直接切取弧状试样进行拉伸以避免加工硬化的影响。但是该方法只能用于轴向而不能用于环向性能的测试。摘自兴迪源机械文章。

 

NO.8

问:管材环向的拉伸力学性能测试如何进行?

答:对于直径较大的低强度材料,可以通过切开管材展平后进行拉伸试验,但是对于小直径的高强度材料则由于加工硬化的原因不适用。为了避免展平过程的影响,目前多采用管材环向拉伸实验方法。它使用两个D形块插入管材中进行单向拉伸,它的主要优点是避免了展平产生的加工硬化,主要缺点就是管材内壁和D形块之间的摩擦系数对测试结果有一定影响。答案摘自兴迪源机械官网。

 

NO.9

问:管材液压胀形方法测试力学性能的特点?

答:在实验时,向管材内通入高压液体使管材发生变形,通过测量管材在不同压力下的胀形高度,则可以计算得到管材的轴向和环向拉伸曲线以及等效应力—应变曲线,采用该方法不需要对管材进行加工,也就不会产生加工硬化,同时变形时的应力应变状态也更接近于内高压成形的状态,它的主要优点是可以同时获得环向和轴向的力学性能及应力应变曲线,主要缺点是根据解析公式计算出来的力学性能参数存在一定误差,需要建立专用的胀形装置、模具和仪器,费用高。此科普源自兴迪源机械官网。

 

NO.Ⅹ

问:内高压成形过程的摩擦系数一般是多少?

答:一般来说,对于低碳钢和不锈钢管材,摩擦系数范围为0.02—0.07,对于铝合金,摩擦系数范围为0.05—0.15。对于一种材料的零件,摩擦系数具体数值取决于润滑剂、内压、送料速度、送料量和模具硬度及表面处理情况。小知识源自兴迪源文章。