內(nèi)高壓成形以管材為加工對象,以液體為主要傳力介質(zhì),可以有效地降低零件重量、減少模具數(shù)量、提高生產(chǎn)效率,因此受到工程技術(shù)人員和科研工作者的廣泛重視。本文興迪源機(jī)械帶來異形雙錐形管件及空心曲軸內(nèi)高壓成形詳解。
一、異形雙錐形管件內(nèi)高壓成形：
異形雙錐形管件的材料為1Cr18Ni9Ti,均勻延伸率45%，幾何形狀如圖2—41所示。管材直徑為56mm，壁厚為2.5mm。該件內(nèi)高壓成形有兩個(gè)難點(diǎn)：
1、最大膨脹率達(dá)到111%,約為材料均勻延伸率的3倍；
2、形狀非對稱，上下左右都不對稱，這種非對稱使得局部塑性變形量大面易引起開裂，需要特殊形狀的預(yù)成形坯。
圖2-41異形雙錐形管件形狀與尺寸(mm)
表2-6為該雙錐管件各截面的膨脹率，從中心開始每隔10mm取一個(gè)截面，各截面選取示意如圖2-42所示。從該表可知，在A5-47截面處，下半周膨張率遠(yuǎn)大于上半周膨脹率，表明此處變形非常不均勻；在A1-A4截面，下半周能脹率已經(jīng)超過材料均勻延伸率的2倍，容易在下半周產(chǎn)生開裂。
表2-6 雙錐管件各載面的膨脹率
圖2-42雙形異形管件截面分析示意圖
圖2-43(a)所示為用“有益皺紋“方法獲得的一個(gè)對稱的雙錐形預(yù)成形壞該件的最大膨脹率達(dá)到了78%，用該件作為預(yù)成形壞成形最終零件，雖然平均周向變形量已經(jīng)變小，并進(jìn)行了退火處理，由于在A5-47截面處變形不均勻還會導(dǎo)致開裂缺陷，見圖2-43(b)。為了獲得合格零件必須在雙錐形預(yù)成形壞的基礎(chǔ)上加工二次預(yù)成形坯，以克服塑性變形不均勻的困難。在采用合理的二次預(yù)成形坯后，獲得合格零件，如圖2-44所示。
圖2-43一次預(yù)成形坯及開裂缺陷 (a)一次預(yù)成形壞；(b)開裂。
2-44異形雙錐管件
二、空心曲軸內(nèi)高壓成形：
空心曲軸如圖2-45(a)所示，長度為220mm,管材直徑為63mm,壁厚為3mm,兩個(gè)曲拐的形狀和大小一致，兩個(gè)曲拐的直徑為86mm。
為了分析空心曲軸內(nèi)高壓成形的變形特點(diǎn)，在曲軸上選取了A1、A2和A3個(gè)典型截面，每個(gè)截面相隔20mm,如圖2-45(a)所示。A1截面位于曲拐中間，A2截面位于曲拐與中間過渡段之間，A3截面位于兩個(gè)曲拐中間，三個(gè)截面的形狀如圖2-45(b)所示。
表2-7是三個(gè)截面膨脹率的計(jì)算結(jié)果。A1、A2、A3的膨脹率分別是37%、13%和6.5%，而上半周膨脹率分別是62%、22%和11下半周膨脹率分別是12%，4%和2%，三個(gè)截面的上半周膨脹率和下半周膨脹率之比分別為5.17、5.5和5.5。可見由管材到零件的成形過程中上、下半周的膨脹率相差很大，變形過程是非對稱的，其中最大變形截面A1截面的上、下半周的膨脹率相差5倍以上，尤其是上半周的膨脹率達(dá)到了62%，成形難度很大。
圖2-45空心曲軸及截面尺寸(mm)變化分析 (a)曲軸剖面；(b)典型截面。
表2-7空心曲軸各截面膨脹率
通過以上分析，直接由管材成形出空心曲軸難度很大，必須有合理的預(yù)成形坯料或中間坯料。由于成形的最大難點(diǎn)在于曲拐處的局部膨脹率太大，因此預(yù)成形應(yīng)能夠降低曲拐的局部膨脹率。采用圖2-46所示的預(yù)成形坯，可將曲拐的垂直高度由最終零件的86mm降到80mm。
圖2-46中間毛坯尺寸(mm)示意圖
雖然中間毛坯到零件的平均變形量僅為27%，但仍然存在變形不均勻性A1截面上半周平均變形量為44%，A1截面下半周平均變形量為10%。采用中間管材，盡管經(jīng)過了退火處理，開裂還是發(fā)生在曲拐頂部(圖2-47(a))。為了獲得合格的零件，在中間坯料與零件之間還需要一次預(yù)成形以調(diào)整變形均勻性，通過這樣的預(yù)成形后獲得了合格零件，如圖2-47(b)所示。
圖2-47曲軸零件 (a)曲拐頂部開裂；(b)合格零件。
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部分文段和圖片摘自：
《現(xiàn)代液壓成形技術(shù)》
作者：苑世劍
由興迪源機(jī)械編輯
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