锻压技术：Fe/Al复合管液压胀形数值模拟及试验研究
2023-02-15【作 者】孙显俊;陶杰;郭训忠;张立伍
【前 言】
管件液压胀形工艺是近几年发展起来的一种新的塑性成形技术。采用无缝管一次液压胀形，不仅能显著地提高制件的力学性能，还可大幅度降低生产成本和提高生产效率。图1所示为三通管液压胀形工艺示意图。原理是将液体介质充入金属管材毛坯的内部，产生超高压，由轴向冲头对管坯的两端密封，并且施加轴向推力进行补料，两者配合作用使管坯产生塑性变形，最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件[1-2]。
铝具有比重小、塑性高、抗氧化和防腐蚀的特点，但其强度低，可以选择将铝焊接在结构材料上来满足强度要求[10]。本文选择利用爆炸焊接将纯铁管和纯铝管制造成Fe/Al复合管。纯铁和纯铝中所含杂质元素较少，复合管界面元素组成受杂质干扰较少，使得分析界面处Fe, Al及其可能产生的金属间化合物的情况变得更为容易;另外，爆炸焊接Fe/Al复合管可以为不锈钢/A1复合管的界面物质组成和界面成形能力提供参考，所以对爆炸焊接Fe/Al复合管的研究具有积极意义。
本文利用有限元软件对Fe/Al双金属复合正三通管的塑性成形过程进行了模拟计算，研究了内压力和摩擦系数对复合正三通管件减薄率分布的影响，并比较了纯铁层和纯铝层之间的壁厚减薄率分布差异，最后以模拟结果为指导进行了成形试验，成功制备了Fe/Al双金属复合正三通管件。
【结 论】
(1)内压力是液压胀形三通管的重要参数，选择的合理与否直接影响成形和壁厚分布，内压力不应太大，也不应过小。
(2)摩擦系数主要影响液压胀形三通管的厚度均匀性，摩擦力越小，管件厚度均匀性越好。实际成形过程中应该润滑管坯表面，尽量降低摩擦系数。
(3) Fe/Al复合三通管能够成功制备，其成形性能和其纯铁层的成形性能相似，成形过程中纯铁层和纯铝层界面结合良好。
以下是正文：
