不銹鋼管內(nèi)高壓成形原理及工藝過程

   不銹鋼管內(nèi)高壓成形工藝屬于液力成形技術(shù)范疇，其工作原理是通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)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(nèi)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(tǒng)制造工藝是先沖壓成形2個(gè)或2個(gè)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(diǎn)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(duì)比較簡單，難以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要。不銹鋼管內(nèi)高壓成形工藝制造的零件與傳統(tǒng)工藝制造的零件相比，其質(zhì)量減輕很多，對(duì)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(nèi)，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(zhì)不斷通過沖頭內(nèi)的液體通道流入管件腔內(nèi)；此時(shí)上模向下移動(dòng)，與下模共同形成密封的模腔；最后控制液體介質(zhì)壓力不斷增大，沖頭向內(nèi)推動(dòng)管件進(jìn)行軸向進(jìn)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(nèi)高壓成形工藝過程大致可分為3個(gè)階段。

  1. 初始充填階段    將管坯放在下模內(nèi)，閉合上模，將管的兩端用水平?jīng)_頭密封，使管坯內(nèi)充滿液體，并排出氣體，實(shí)現(xiàn)管端沖頭密封。

  2. 成形階段     對(duì)管內(nèi)液體加壓脹形的同時(shí)，兩端的沖頭按照設(shè)定加載曲線向內(nèi)推進(jìn)補(bǔ)料，在內(nèi)壓和軸向補(bǔ)料的聯(lián)合作用下使管坯基本貼靠模具，這時(shí)除了過渡區(qū)圓角以外的大部分區(qū)域已經(jīng)成形。

  3. 整形階段   提高壓力使過渡區(qū)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(bǔ)料。

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

    一條完整的內(nèi)高壓成形生產(chǎn)線主要由切管機(jī)、彎管機(jī)、預(yù)成形壓力機(jī)、內(nèi)高壓成形壓力機(jī)等設(shè)備組成。其中最重要的設(shè)備是內(nèi)高壓成形壓力機(jī)，由合模壓力機(jī)、高壓源、水平缸、液壓泵站、水壓系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等6部分組成，工作原理和組成見圖所示。內(nèi)高壓成形壓力機(jī)的作用是提供合模力、高壓液體介質(zhì)和軸向推力等，并按照設(shè)定的曲線控制內(nèi)壓和軸向推力。內(nèi)高壓成形壓力機(jī)一般工作流程是：閉合模具——施加合模力——對(duì)管坯內(nèi)填充加壓介質(zhì)——管端密封——按加載曲線施加內(nèi)壓和軸向進(jìn)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(nèi)高壓成形過程中要求合模壓力機(jī)在任意位置輸出最大壓力，并便于調(diào)壓和保壓，目前多采用液壓機(jī)作為合模壓力機(jī)。最大合模力是影響設(shè)備加工能力與結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，應(yīng)根據(jù)最大內(nèi)壓和零件的投影面積等因素確定。

    目前，不銹鋼管內(nèi)高壓成形機(jī)制造企業(yè)主要集中在歐洲，內(nèi)高壓成形機(jī)制造商有德國舒勒公司、SPS公司、瑞典公司等。生產(chǎn)應(yīng)用的內(nèi)高壓成形裝備高壓源最高壓力為400MPa，用于轎車零件生產(chǎn)的內(nèi)高壓成形機(jī)噸位多為5000-6000t，用于卡車零件的內(nèi)高壓成形機(jī)噸位達(dá)12000噸，臺(tái)面達(dá)6mx2.5m，水壓系統(tǒng)流量達(dá)到400Umin，設(shè)備均采用PLC或計(jì)算機(jī)控制，最多可實(shí)現(xiàn)32軸的伺服控制。

    為了降低設(shè)備制造成本，提高工作效率，瑞典公司設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝的短行程新型合模壓力機(jī)，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(chǔ)。SPS公司也開發(fā)了用于內(nèi)高壓成形的機(jī)械鎖模裝置，這樣的鎖模裝置可不采用液壓系統(tǒng)建立合模力，使不銹鋼管內(nèi)高壓成形件的生產(chǎn)周期縮短了25%。日本、中國等亞洲國家也相繼開展了內(nèi)高壓成形機(jī)研發(fā)，日本水壓工業(yè)所研制了一種機(jī)械鎖模裝置，可以利用小噸位的液壓機(jī)制作大型的內(nèi)高壓零件。日本川崎油工在普通油壓機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)了公稱壓力5000第一步的內(nèi)高壓成形機(jī)。