軸向：反向復(fù)合加壓脹形工藝的上限分析與實驗研究
2023-06-02【前言】
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生 產(chǎn)的日益發(fā)展， 管材脹形工藝研究已引起沖壓技術(shù)界的廣泛重視， 在生產(chǎn)中正獲得愈來愈多的應(yīng)用。 例如金屬管路工程中的三通、 四通管以及 自行車架管接件、 環(huán)形管件等， 都可用管材作毛坯， 在管內(nèi)工作介質(zhì)液體、氣體、橡膠等的漲力作用下， 通過模具使之成形為所要求的形狀。 因此， 管材脹形已成為目前管件生 產(chǎn)的重要方法之 一。由于聚氨醋橡膠具有良好的物理機械性能及使用方便 等優(yōu)點， 故在薄壁管件的脹形工藝中得到了更廣泛的應(yīng)用。本文提出的軸向—反向復(fù)合加壓脹形工藝， 是在自由脹形和軸向加壓脹形[1]基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的工藝方法。 以三通管的橡膠脹形為例， 其軸向—反向復(fù)合加壓脹形時的受力狀態(tài)如圖1所示。
在該脹形過程中， 除對管內(nèi)橡膠施加壓力和對管坯端部施加軸向壓力外， 還對脹形變形區(qū)外側(cè)施加反向壓力。由此易見， 由于反壓力的作用， 使脹形區(qū)最大變形處材料的應(yīng)力狀態(tài)得到了極大改善， 這就為發(fā)揮材料塑性創(chuàng)造了更為有利的變形條件。 本文研究結(jié)果表明， 該脹形工藝可使脹形變形區(qū)的壁厚減薄量大為減少， 其成形極限顯著提高。
【實驗研究及結(jié)論】
實驗裝置示意圖如圖4所示， 它主要由兩個凸模和沿軸向?qū)Ψ值陌寄＜胺磯簤K組成。 凸?？蓪芘鲀啥送绞┘虞S向壓力， 反壓塊可利用頂出缸對支管端部施加反壓力。實驗在1000kN液壓機上進(jìn)行，材料為20號無縫鋼管， 管坯外徑30mm， 管坯壁厚2.5mm。 實驗前對管坯進(jìn)行了軟化、磷化、皂化處理。 聚氨酷橡膠的硬度選用HS 一70A。 實驗時對整個成形過程離散為若干階段， 各階段皆為一次成形而無中間退火。 根據(jù)實驗結(jié)果， 繪制出了不同凹模圓角半徑時的成形載荷實驗曲線， 如圖5一7所示。為便于比較， 在圖5一7中也分別繪制出了成形載荷的理論曲線。
根據(jù)上述實驗結(jié)果， 可得出如下結(jié)論：
1）利用上限理論推導(dǎo)的公式（19）計算的理論成形載荷比實驗值大15%左右， 因此本文提出的理論計算公式可用于預(yù)估成形載荷的大小， 從而為生產(chǎn)中選擇設(shè)備提供依據(jù)。
2）凹模圓角半徑RD 的大小對復(fù)合加壓脹形工藝有較大影響。 當(dāng)增大凹模圓角半徑時， 摩擦阻力減小， 材料容易流向凹模型腔， 因而提高了材料成形極限。 文中RD=12mm時， 其極限脹形系數(shù)Kmax=1.76，比自由脹形(Kmax=1.76)時提高了41.9%。
3）在軸向—反向復(fù)合加壓脹形工藝中， 反壓力是抑制變形區(qū)壁厚變薄和提高成形極限的重要工藝參數(shù)。 反壓力過小時，不能有效地抑制壁厚變薄反壓力過大時， 不僅使成形載荷明顯增加， 而且對提高成形極限的作用不大。 反壓力與成形載荷的比值大約為1/4左右時較為合適， 需在試模時調(diào)整。
以下是正文：
