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塑性工程学报:冲击液压胀形下退火处理对H65黄铜管性能的影响

2022-12-01

【作 者】 田丰硕;刘建伟;张文袖;赵鑫牛

随着人们对资源利用、环境保护以及可持续发展的认识逐渐深刻,节能减排和轻量化技术成为了制造业主要发展方向。管材液压胀形 ( Tube Hydroforming,THF) 技术是以管材为毛坯,在液体压力和轴向载荷的联合作用下,将管材胀形为所需形状的结构轻量化技术[1]。陈占斌等[2]开发了一套轴向超声波辅助的微小管液压胀形装置,并通过试验验证了装置的可行性,该装置通过引入超声震动以达到提高微小管成形性能的目的,为微小管的成形提供了一种新方案。胡国林等[3]基于管材液压胀形技术,研究了单一和复杂应变路径对成形极限图的影响,并通过胀形极限试验验证了理论分析的准确性,为管材液压胀形极限的研究提供了指导。靳舜尧等[4]基于数值模拟与试验开展了异形铝合金管内高压成形工艺的研究,通过对加载路径的优化,确定了合理的内压与位移补偿的匹配参数,为提高异形管的成形性能提供有益参考。FENG Y Y 等[5]基于响应面法分析了载荷参数对 T 形管液压成形性能的影响,获得了最优载荷匹配关系。但液压胀形技术必须依赖高性能专用外部供压源,设备成本较高,同时加压和卸压周期较长,影响了成形效率。冲击液压胀形 ( Liquid Impact Forming,LIF) 是在液压胀形和冲压成形基础上发展起来的一种先进制造技术。该技术既保留了液压胀形的优点,又提高了成形效率,在汽车、医疗和航空航天等领域有着广阔的应用前景[6-8]。徐勇等[9]基于响应面法对冲击液压成形中的加载参数进行了优化,并且通过试验论证了响应模型的准确性。张鑫龙等[10]研究了椭圆截面管材的充液压制成形,与传统压制成形相比,充液压制成形能够使成形件的等效应力和壁厚分布更加均匀,并有效避免凹陷和失稳等缺陷。YAO X Q 等[11]开发了简易冲击液压胀形装置,采用数值模拟和试验结合的方法,分析了不同成形参数对复合管胀形高度、圆角半径和壁厚分布的影响,并基于响应面法获得了最优加载参数。热处理工艺对材料的组织和性能有着重要影响,为探寻合理的热处理工艺,提高材料性能,国内外诸多学者展开了深入研究。陈扬等[12]研究了热处理工艺参数对铝合金组织和性能的影响,确定了最优的热处理工艺参数,并基于此参数进行了 B 柱热冲压成形试验,为零件的工业生产提供了理论指导。毕江等[13]和董国疆等[14]基于固体颗粒介质胀形技术,分别以 6061 和 5052 铝合金为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的方法,研究了固溶处理和时效处理对材料组织与性能的影响,确定了较为理想的热处理工艺参数,为提高高强铝合金管材成形性能提供了新的工艺方案。郭衡等[15]基于三通管液压胀形试验,开展了退火温度对管材组织和性能影响的研究,为确定合理热处理温度,提高三通管成形性能提

供了理论指导。CHEN M T 等[16]开展了退火纯铜平行双支管液压成形的研究,分析了成形过程中不同成形阶段变形行为、力学性能与微观组织之间的关系,为提高平行双支管成形性能提供了有益参考。

本文以 H65 黄铜管为研究对象,基于冲击液压胀形技术,研究退火处理对管材性能的影响。开展单向拉伸试验分析不同退火工艺参数对材料的强度、塑性和硬度等力学性能的影响规律; 基于冲击液压胀形试验分析退火工艺参数对成形件破裂内压、胀形高度、壁厚分布和圆角半径等成形性能的影响,结合研究给出合理退火工艺,为 H65 黄铜胀形件的加工制备提供参考。

【结 论】

( 1) 随着退火温度升高,材料强度和硬度呈下降趋势,塑性呈上升趋势,强度整体变化幅度较小,当温度从 350 ℃升高到 450 ℃ 时,塑性和硬度变化明显,保温时间对材料的力学性能影响不大。退火温度 450 ℃、保 温 60 min,材料伸长率最大为76. 7%,屈强比最小为 0. 29,有益于材料的稳定性和成形性。

( 2 ) 随退火温度升高, 管材破裂内压从24. 8 MPa 下降到 16. 6 MPa,自然胀形区胀形高度从 41. 08 mm 升高到 54. 82 mm,壁厚减薄呈上升趋势,壁厚分布均匀性得到改善,合模区胀形高度逐渐增大,圆角半径逐渐减小,合模区填充性能变好;不同保温时间自然胀形区胀形性能参数变化不大,保温 60 min 时,合模区填充性能较佳。结合实际试验和数据分析,退火温度 450 ℃、保温 60 min 是较为合理的退火方案,能够使 H65 黄铜管获得较为理想的力学性能和成形性能。

以下是正文:

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