不锈钢管件内高压成形原理及工艺过程

 内高压成形工艺属于液力成形技术范畴，其工作原理是通过内部加压和轴向加力补料，把管状坯料压入到模具型腔，使其形成各种所需零部件。目前，内高压成形工艺主要用来整体成形变径管、弯曲轴线异型截面空心零件和薄壁多通管零件。这类零件传统制造工艺是先冲压成形2个或2个以上半片冲压件再焊接成整体零件，为减少焊接变形，一般采用点焊工艺，因而得到的零件不是封闭的截面。此外，冲压件截面形状相对比较简单，难以满足结构设计的需要。内高压成形工艺制造的零件与传统工艺制造的零件相比，其质量减轻很多，对汽车的轻量化效果显著。

一、内高压成形原理及工艺过程

   不锈钢管件液压胀形的原理是先将管坯放入下模腔内，然后管件两端的冲头在液压缸的作用下压入，将管件腔密封，液体介质不断通过冲头内的液体通道流入管件腔内；此时上模向下移动，与下模共同形成密封的模腔；最后控制液体介质压力不断增大，冲头向内推动管件进行轴向进给，管件变形并逐渐贴模，最终得到所需形状的零件。以变径管的成形过程为例，内高压成形工艺过程大致可分为3个阶段，如图所示。

   1. 初始充填阶段，将管坯放在下模内，闭合上模，将管的两端用水平冲头密封，使管坯内充满液体，并排出气体，实现管端冲头密封。

   2. 成形阶段，对管内液体加压胀形的同时，两端的冲头按照设定加载曲线向内推进补料，在内压和轴向补料的联合作用下使管坯基本贴靠模具，这时除了过渡区圆角以外的大部分区域已经成形。

   3. 整形阶段，提高压力使过渡区圆角完全贴靠模具而成形为所需的工件，这一阶段基本没有补料。可看出，可把管材的圆截面变为矩形、梯形、椭圆形或其它异型截面。根据受力和变形特点，零件分为成形区和送料区2个区间。成形区是管材发生塑性变形直径发生变化的部分；送料区是在模具内限制管材外径不变，主要作用是向成形区补充材料。

   内高压成形过程，由于变形量较大，对管材的成形性能以及成形工艺都有较高的要求，因此内高压成形规律及内高压成形专用材料是很多研究者重点研究的对象。内高压成形过程是一个涉及到液压、材料学、力学等诸多方面的综合变形过程，对液体压强、轴向位移等控制精度要求高。内高压成形过程的成败以及实现的难易程度不仅与变形过程中的加载路径有关，所使用管材的综合力学性能也起着决定性的作用。因此，为了成功实现管材的内高压成形过程，用于内高压成形的管材除了具备较高的强度之外，还必须具有良好的塑性，这就要求选择高强塑积的管材作为原料。

二、内高压成形设备

   一条完整的内高压成形生产线主要由切管机、弯管机、预成形压力机、内高压成形压力机等设备组成。其中最重要的设备是内高压成形压力机，由合模压力机、高压源、水平缸、液压泵站、水压系统和计算机控制系统等6部分组成，工作原理和组成见图所示。内高压成形压力机的作用是提供合模力、高压液体介质和轴向推力等，并按照设定的曲线控制内压和轴向推力。内高压成形压力机一般工作流程是：闭合模具——施加合模力——对管坯内填充加压介质——管端密封——按加载曲线施加内压和轴向进给一增压整形——泄压——去合模力——退回冲头——开模。

  由于内高压成形过程中要求合模压力机在任意位置输出最大压力，并便于调压和保压，目前多采用液压机作为合模压力机。最大合模力是影响设备加工能力与结构的主要参数，应根据最大内压和零件的投影面积等因素确定。

  目前，内高压成形机制造企业主要集中在欧洲，内高压成形机制造商有德国舒勒(SCHULER)公司、SPS公司、瑞典AP&T公司、Schaefer公司等。生产应用的内高压成形装备高压源最高压力为400MPa，用于轿车零件生产的内高压成形机吨位多为5000~6000t，用于卡车零件的内高压成形机吨位达12000t，台面达6mx2.5m，水压系统流量达到400Umin，设备均采用PLC或计算机控制，最多可实现32轴的伺服控制。

  为了降低设备制造成本，提高工作效率，瑞典Schaefer公司设计了结构紧凑、易于安装的短行程新型合模压力机，其总高5.1m，可直接安装在混凝土地面上，而不需庞大的基础。SCHULER、SPS公司和AP&T公司也开发了用于内高压成形的机械锁模装置，这样的锁模装置可不采用液压系统建立合模力，使内高压成形件的生产周期缩短了25%。日本、中国等亚洲国家也相继开展了内高压成形机研发，日本水压工业所研制了一种机械锁模装置，可以利用小吨位的液压机制作大型的内高压零件。日本川崎油工在普通油压机基础上开发了公称压力5000t的内高压成形机。