【面包车轻量化】三通管内高压成形的采取及现状

2018-05-18 Author:白菜送彩金网站 列入:内高压成形
 

随着人类社会的提高,人人对当代制造技术提出了更高的要求,其中减轻零件重量、降低成本、加强生产效率便是其中要求之一。

 

特别是跻身20百年90年代以来,考虑到能源和资料成本以及对天然气排放更加严峻的法规法规,面包车结构的轻量化是一番重要的进步方向。

 

 

对于飞机和服务器,减重也是人人长期追求的对象。

 

减重有两个至关重要的门路:

一,是运用轻体材料,如用铝合金、镁合金、钛合金和燃料等资料;

二,是在结构上采用“以空代实”,即对于承受以弯曲或转弯载荷为主的部件,运用空心结构,这样即可以减轻重量节约材料又可以从容运用材料的资信度和力度。

 

内高压成形正是适应这样的要求而出言出来的一种新工艺,内高压成形件具有重量轻、零度好、零件数量少、可减少后续机械加工和组装焊接量等优点,据此可以减少模具,降低生产资金,缩短加工周期。可以用于制造汽车、飞行、近代史等行业中运用的各项轻体构件。

 

运用内高压技术转移的多通管接头是各族管路系统中不可缺少的管件之一,大规模应用于电力、农技、原油、船只、机械等行业中。在巴士发动机排气系统、自行车车架、清洁洁具制造等世界应用的比较多。

 

运用液压胀形生产三通管和相貌简单的邮路配件可以追溯到 19 百年 40 年代,但那时的变迁压力比较小,零件精度不高。前不久,鉴于液压伺服控制系统和高压源等问题的消灭,内高压成形技术广泛的利用到汽车的轻量化中,她成形压力已赶到 400MPa,有些超过 1000MPa。

 

在国内,内高压技术还不是很成熟,大力提高内高压成形技术对提升我国的旅游业水平有重要的意思。

 

内高压成形工艺

 

内高压成形原理及工艺分类 
   

内高压成形原理是通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使她成形,浮动时内压和轴向进给按事先给定的匹配关系,由电脑精确控制。

 

她主导工艺过程是先将管坯放入下模,闭合模具,用控制水平冲头密封管坯,接下来在管坯内充满液体,穿越高压系统向管坯内加压,在加大的同时管坯两端的冲头按与内压一定的匹配关系向内给料使管坯成形,浮动过程如图 1-1所示。

 贪图1-1内高压成形原理

 

管材的内高压成形根据轴向进给可以分为有轴向进给成形和集中化轴向进给成形。同时根据成形零件形状又可分为三种工艺类型:伽马射线零件成形(如图1-2)、带凸台或枝杈零件成形(如图1-3)、伽马射线零件成形(如图1-4)。带凸台或枝杈零件成形时要求三个冲头,管端两个冲头按给定加载路径向内送料,凸台或枝杈上的冲头按与内压一定的匹配关系向后退出,以保证枝杈不胀破或起皱。对于轴线为辅线之零件,先在数控弯管机上弯曲到要求的形象(见图1- 4a),再放到模具内加压成形(见图1-4b)。

 

 贪图1-2伽马射线零件成形

 

 贪图1-3带凸台或枝杈零件成形

 

          a.弯曲                                         b.内高压成形图
贪图1-4伽马射线零件成形

内高压成形工艺的亮点

内高压成形 表现近期向上起来的一种新工艺,她优点非常突出,和风俗的冲压焊接工艺相比,内高压成形的工件主要有如下优点:

 

1.减轻重量,节省材料。运用内高压技术之生产的零件可以由管材一次胀形得到,和飞机加工相比较减轻重量 40%-50%,节省材料可达 75%。

 

2.调减零件和模具数量,节省资金。内高压成形件通常只要求一套模具,而冲压件通常需要多套模具。如使用内高压成形,其次车架的三结合零件由 6个减少到 1 个。

 

3. 出口高强度与刚度。以反应堆支架为例,笔直方向刚度提高 39%,水平方向刚度提高 50%。

 

4.可减少后续机械加工和组装焊接量。以反应堆支架为例,散热面积增加43%,焊点由 174 个减少到 20 个,武装工序由 13 道减少到 6 道,通货膨胀率增长66%。

 

5.加强成形零件的精度。

 

 

枝杈管件的内高压成形工艺

 

枝杈管件一般可按形状分为十字型四通管、直三通管(T 形管)、斜三通管(Y 形管)等三类,各族管件的形象如图 1-5。

 

 


贪图 1-5 各族枝杈管件

 

对于枝杈类管件的内高压成形,为了得到较大的枝管高度,除了水平轴向补料冲头外还要求反推冲头对枝管施加一定的风力。Y 型三通管的内高压成形原理如图 1-6。

 

浮动过程为在稳定内压下,控制冲头按与内压一定的匹配关系向内补料;中间冲头置于模具右侧圆角与枝管的交界处,在变化无常的前期保持不动,等管坯贴上中间反推冲头后,中间反推冲头随着枝管的长高向后退,落后时中间反推冲头要对枝管施加一定的风力。

 

贪图 1-6  Y 型三通管内高压成形原理

 

 

内高压成形件在巴士排气系统中的应用

当下内高压成形件在巴士领域得到了周边的采取,着重有:

①推开系统异型管件;

②其次车架总成;

③底盘构件、车身框架、座椅框架及散热器支架;

④前轴、后轴及驱动轴;

⑤安全构件等。

 

贪图 1-7 所示为奥地利某公司采用内高压技术生产的大客车用轻体件。

 

 

贪图 1-7 面包车用轻体件

 

 

运用内高压技术国外已经生产出了多种排气歧管,如图 1-8。其中枝杈类管件如 T 型三通管和 Y 型三通管在排气系统中应用的比较多。

 

贪图 1-8 推开系统之内高压成形件
(Schafer 商家提供)

 

面包车排气歧管3D示意图

 

当下国内外生产排气岐管的措施主要有总体铸造成形、冲压组焊成形、内高压成形出枝桠管然后跟管件连接成形。各族工艺成形的水管件如图 1-9。

 

贪图1-9 各族工艺生产的排气歧管

 

白菜送彩金网站研发生产的大客车排气歧管(一出二)实物图

 

运用整体铸造工艺制作的排气歧管壁厚大、质大。

 

运用内高压技术转移的水管件与铸件相比,她优点为:

质减轻 30%-40%;

寿命提高 2-3 倍;

科研周期缩短 60%。

 

运用内高压技术转移的水管件与民俗的冲压焊接成形件相比,她优点为:

调减制造工序;

焊接量小,产品可靠性好;

焊缝减少,内表面光滑,推开阻力小;

本可降低 20%控制。

 

 

枝杈类管件内高压成形技术之内外现状

 

枝杈管件的研讨早在 20 百年 60 年代就已经展开了,其时液压胀管技术已用于生产三通管,但零件精度不高,浮动压力小于 30MPa。进去 20 百年 90年代以来,鉴于液压伺服控制系统和高压源等问题的消灭,对外高压成形技术之研讨进入了新的阶段。

同时由于计算机技术的高效发展,汪洋之经贸软件如LS-DYNA、PAM-STAMP、DYNAFORM 把用来对转移过程进行数值模拟研究并对实验进行初步的预测和指导,这大大降低了资产,缩短了科研周期。

 

最初对枝杈管件内高压成形的研讨重点集中在直三通管,新兴陆续扩展到十字接头、斜三通管。十字型四通管属于对称类零件,T 型三通管和 Y 型三通管属于非对称零件,其中 Y 型三通管成形难度最大。

 

十字型四通管的现状

 

十字型四通管是一体化对称的零件,浮动的纯度比 T 型三通管和 Y 型三通管都要低,对她进行的研讨也比较少。北爱尔兰都柏林大学的 B.J.Mac Donald 等人口越过模拟研究了有无补料两种加载条件、摩擦系数、管坯厚度对枝管高度、微重力分布、壁厚分布的影响。

 

他俩还用性能与铅接近的气体压力介质进行了模拟,宪章结果表明,运用固体介质,浮动零件的枝管高度更大,枝管顶部减薄更小,零件应力更小。穿越对模具的风力状态和变相进行分析,结果表明选择适合的圆角半径对该类模具设计相当重要。北爱尔兰的 P.Ray, B.J.MacDonald 对退火的光纤内高压成形十字型四通管进行了实验和数值模拟的研讨, 并通过实验成形出了十字型四通管,如图 1-13。

 

尝试和数值模拟的结果在壁厚分布、枝管高度上吻合的比较好。他俩还研究了起来管材长度、模具圆角半径、摩擦、加载路径对转移的影响,并指出对于十字型四通管成形时十字交叉处简易产生起皱和颚裂的欠缺。

 

境内北京科技大学的杨海波等人口对异径四通管的液压成形工艺过程进行了模拟分析。

 

初次应用相似理论推导胀形过程工艺参数的计量纲为一方程,接下来采用正交试验方法建立了模拟方案。使用非线性有限元软件 MARC/AutoForge 对转移过程进行了大量之模拟,并分析了内压、摩擦系数、冲头运动速、模具圆角半径对零件各处壁厚分布的影响,送出了零件成形的极品工艺参数。

 

T型三通管的现状

 

海外对 T 型三通管的研讨开展的比较早。早在 20 百年 40 年代,芬兰的J.E.Grey 等人口就对无缝铜管成形 T 型三通管进行了研讨,他俩首先用到内压和轴向力共同作用的措施来成形。60 年代,Ogura、Ueda 等人口对低碳钢、中碳钢管材内高压成形 T 型三通管进行了实验研究,并成形出了形象各异、枝管数目不同之各族零件。

 

70 年代,Limb 等人口越过实验研究了 T 型三通管内高压成形过程中摩擦的影响,指出了润滑对枝管高度和枝管顶部的影响。同时他们还以油为压力介质,分手对铜、铝、低碳钢的管材内高压成形 T 型三通管进行了实验研究,根据获得的枝管高度对润滑剂、资料性能进行了评价。

 

最近来,俄罗斯的 Paderborn 学院和苏联的泽州立大学在内高压成形T 型三通管上做了大量之研讨。

 

俄罗斯 Paderborn 学院的 F.Volerstern 等人口总结了 T 型三通管内高压成形的各工艺参数估算公式。切实给出了合模力、轴向进给力、反推冲头力、整形压力的量公式;同时还送出了估算成形中破裂和起皱临界压力的测算公式,送出了颈缩的应急判据和枝管的最大胀形高度。而且他们还用矩形管坯内高压成形 T 型三通管进行了研讨,指出了由于内外圆角半径过小和摩擦的由来阻碍了金属的流动,使底部增厚枝管顶部减薄;他俩指出可以通过局部热处理的方法来对管坯进行拍卖,使成形时有利于金属的流动。

 

俄罗斯 Paderborn 学院的 F.dohmann  等人口经过研究下指出:鉴于摩擦的影响,在变化无常过程中轴向力总会有所损失。在 T 型三通管内高压成形补料的历程中,顶水平冲头的轴向电力超过一个临界水平,调减失稳就会在管坯不规则的减少变形处产生。他俩送出了一下实例来说明补料段管长对可获得的枝管高度的影响,如图 1-10。途经理论的推导计算,得到了出现失稳状态的判据。

 

贪图 1-10 补充料段长度对可获得枝管高度的影响

 

 

芬兰俄亥俄州立大学的 M. Ahmetoglu 等人口对低碳钢焊接管材内高压成形 T 型三通管进行了模拟和实验研究。宪章和实验结果都说明:枝管高度过高将大使枝管顶部减薄严重而出现破裂。他俩还研究了焊缝位置的不同对转移的影响, 研讨结果表明不同之焊缝位置对转移影响较小,三种不同之焊缝位置如图 1-11。他俩还研究了内高压成形中摩擦的摩擦问题,研讨结果表明:在压力不高时,摩擦力满足库仑定律;在接触压力接近管坯金属流动应力时,要求引入纯剪应力模型。

 

贪图 1-11 焊缝位置不同之零件(低碳钢)

 

Muammer Koc 等人口指出对于 T 型三通管内高压成形时,为了使枝杈管的惊人更高,要求引入反推冲头,并送出了反推冲头力的测算公式。利用该公式对材料为 SS409,壁厚为 1.65mm 的 T 型三通管反推冲头力进行了计算,计算的结果和数值模拟值很接近。

 

除了德国和苏联外,海外其他国家也对 T 型三通管展开了一部分研究。

 

在伊拉克,H.Mizukoshi,H.Okada 等人口研究了材料的延伸率、n 值及补料量对铝合金 T 型三通管枝管高度的影响,送出了零件成形后的壁厚分布和零件表面的应急分布。巴基斯坦对 T 型三通管展开了数值模拟方面的研讨,他俩提出了一种新的有限元方法来预测成形过程中可能出现的欠缺,并把该方法运用到任何内高压成形件中。

 

乌拉圭和保加利亚对T型三通管研究重点集中在数值模拟方面。乌拉圭Franche-Comte学院O.Ghouti、M.baida等人口提出了一套作法,这套算法可以为后继的模拟过程提供优化的加载路径。

 

几内亚Palermo学院的N. Alberti,L. Fratini对材料是AISI1015钢,壁厚为1mm的T型三通管进行了有现代化反推冲头的数值模拟研究。研讨结果表明采用反推冲头后三通管减薄更小,壁厚更均。

 

北爱尔兰的家对铜管内高压成形 T 型三通管进行了实验和数值模拟的研讨,并通过实验成形出了 T 型三通管,如图 1-12。尝试和数值模拟的结果在壁厚分布、枝管高度上吻合的比较好。穿越大量之数值模拟,结果表明枝管部分要得到比较好的壁厚分布必须要有确切的管坯长度、模具圆角半径和润滑条件。穿越实验,结果表明压力相对于轴向补料增加的过快会在变化无常过程中产生破裂的欠缺;轴向补料相对于压力增加的过快则会产生起皱的欠缺。

 

贪图 1-12 铜T 型三通管

 

在国内,我国学者对 T 型三通管成形进行了大量之研讨。原先由于存在压力控制和密封的课题成形 T 型三通管主要是以聚碳酸酯为传力介质。随着压力控制和密封问题的消灭,最近来行使液体作为传力介质的研讨越来越多。境内专家进行的研讨重点有冲头力、反推冲头力和胀形力的测算,三通管的模具结构和管坯内液压力对转移的影响,液压成形中的密封等问题。

 

东京交通大学的洪慎章等分析了T型三通管液压挤胀成形工艺的三个变形阶段,介绍了液压挤胀成形模具结构,剖析了造成制件缺陷的第一原因。他俩还送出了直三通管成形中零件应力、胀形压力、冲头力及反推冲头力的测算公式。

 

巫山大学的刘庆国等人口利用主应力法推导了T型三通管液压挤胀力计算公式,并采取该公式进行了常规计算,所得结果与检测值吻合较好,能够用于工程上的量。

 

神州船舶工业集团成都船舶材料研究所对T型三通管液压胀形的研讨比较多。着重介绍了液压胀形三通管件的特征,探索了工艺参数设计、胀形机工作性质调节、模具设计加工、设施性能保养等因素对T型三通管质量的影响,而且指出使用二硫化钼作润滑剂最好。同时还研究了T型三通管液压胀形过程中管端密封方法,送出了三种密封方式。

 

广州重型机械研究所为合肥船舶材料研究所设计了专用的液压胀形机,以生产用于海军潜水艇动力装置的Φ325*4的T型三通管。但该胀形机在具体中的

 

采取效果却不尽如人意,在生养厚壁碳钢管件时,通货膨胀率仅接近62%。途经改进胀形力控制系统后,通货膨胀率和产品品质都得到了较大的加强。

 

陕北科技大学的夏巨谌等人口对T型管的内高压成形做了比较多之数值模拟研究,他俩根据T型三通管成形双重非线性的特征,确立了动力分析有限元方程,付出了HP715/50血站上运行的顺序软件SFMT。使用该软件,剖析了T 型三通管的变迁过程、微重力应变及壁厚变化分布、浮动力的尺寸及相互匹配关系对转移的影响,少数元分析结果和实验研究结果吻合较好。他俩还提出并利用“应变样条”法建立了挤压力、胀形力、反推冲头力间之哲学公式,并  利用自己开发的硬件模拟分析和计算了这3个力的尺寸及相互匹配关系对转移的影响。

东京交通大学的杨兵等人口以304不锈钢为材料,利用数值模拟研究了T型三通管内高压成形时r值、n值、摩擦系数和加载路径对转移的影响,并对某一个模拟结果进行了实验验证。

 

Y型三通管的现状

 

当下国外对Y型三通管的研讨才刚刚起步,绝大多数是通过数值模拟手段来研究然后通过实验验证。海外有家通过数值模拟给出了一部分工艺参数对转移的影响,指出了压力过低会使轴向起皱如图1-13。

 


贪图1-13 压力对转移的影响

 

 

芬兰俄亥俄州立大学的家对 Y 型三通管内高压成形进行了深深的研讨。他俩座谈了如何对内高压成形 Y 型三通管的手艺参数进行估算,那些参数包括成形压力、轴向补料量、原本管坯长度,送出了一部分计算公式。接下来通过 FEA 宪章对估算的手艺参数进行多元化,确认了适合的加载路径,用外径为 50.5mm, 壁厚为 1.5mm 的管坯进行了实验,并在奥地利 Aalen 的 SPS 研究中心成形出了枝杈夹角为 60°的 Y 型三通管,如图 1-14。浮动零件的壁厚分布和宪章得到的壁厚分布吻合比较好,如图 1-15。穿越实验,还研究了在没有反推冲头作用时管坯长度对枝管高度的影响,结果表明在轴向进给量相同的情况下,管坯长度越小,胀起的枝杈高度越大。

 

贪图 1-14 SS304 不锈钢斜三通管
贪图 1-15 宪章和实验的壁厚分布结果对比

 

摘自《Y 型三通管内高压成形工艺优化及实验研究》
笔者:杨华(郑州邮电学院)
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