轴向：反向复合加压胀形工艺的上限分析与实验研究
2023-06-02【前言】
随着科学技术的不断进步和工业生 产的日益发展， 管材胀形工艺研究已引起冲压技术界的广泛重视， 在生产中正获得愈来愈多的应用。 例如金属管路工程中的三通、 四通管以及 自行车架管接件、 环形管件等， 都可用管材作毛坯， 在管内工作介质液体、气体、橡胶等的涨力作用下， 通过模具使之成形为所要求的形状。 因此， 管材胀形已成为目前管件生 产的重要方法之 一。由于聚氨醋橡胶具有良好的物理机械性能及使用方便 等优点， 故在薄壁管件的胀形工艺中得到了更广泛的应用。本文提出的轴向—反向复合加压胀形工艺， 是在自由胀形和轴向加压胀形[1]基础上发展起来的新的工艺方法。 以三通管的橡胶胀形为例， 其轴向—反向复合加压胀形时的受力状态如图1所示。
在该胀形过程中， 除对管内橡胶施加压力和对管坯端部施加轴向压力外， 还对胀形变形区外侧施加反向压力。由此易见， 由于反压力的作用， 使胀形区最大变形处材料的应力状态得到了极大改善， 这就为发挥材料塑性创造了更为有利的变形条件。 本文研究结果表明， 该胀形工艺可使胀形变形区的壁厚减薄量大为减少， 其成形极限显著提高。
【实验研究及结论】
实验装置示意图如图4所示， 它主要由两个凸模和沿轴向对分的凹模及反压块组成。 凸模可对管坯两端同步施加轴向压力， 反压块可利用顶出缸对支管端部施加反压力。实验在1000kN液压机上进行，材料为20号无缝钢管， 管坯外径30mm， 管坯壁厚2.5mm。 实验前对管坯进行了软化、磷化、皂化处理。 聚氨酷橡胶的硬度选用HS 一70A。 实验时对整个成形过程离散为若干阶段， 各阶段皆为一次成形而无中间退火。 根据实验结果， 绘制出了不同凹模圆角半径时的成形载荷实验曲线， 如图5一7所示。为便于比较， 在图5一7中也分别绘制出了成形载荷的理论曲线。
根据上述实验结果， 可得出如下结论：
1）利用上限理论推导的公式（19）计算的理论成形载荷比实验值大15%左右， 因此本文提出的理论计算公式可用于预估成形载荷的大小， 从而为生产中选择设备提供依据。
2）凹模圆角半径RD 的大小对复合加压胀形工艺有较大影响。 当增大凹模圆角半径时， 摩擦阻力减小， 材料容易流向凹模型腔， 因而提高了材料成形极限。 文中RD=12mm时， 其极限胀形系数Kmax=1.76，比自由胀形(Kmax=1.76)时提高了41.9%。
3）在轴向—反向复合加压胀形工艺中， 反压力是抑制变形区壁厚变薄和提高成形极限的重要工艺参数。 反压力过小时，不能有效地抑制壁厚变薄反压力过大时， 不仅使成形载荷明显增加， 而且对提高成形极限的作用不大。 反压力与成形载荷的比值大约为1/4左右时较为合适， 需在试模时调整。
以下是正文：
