薄壁件液压成形新技术

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1、薄壁件液压成形新技术发布时间：2009-3-1718:15:01   飞机、汽车等运输工具对减轻质量和降低成本的需求促进了液压成形技术的不断发展。液压成形技术近十多年来在工业生产中得到了广泛应用，逐步成为薄壁零件制造的主流技术之一。飞机、直升机等航空器使用的薄壁件包括异型截面管件和复杂曲面钣金件。目前，异型截面管件的制造技术主要为半管成形再焊接，但存在焊接变形大、废品率高和可靠性差等问题。小型复杂曲面钣金件制造技术主要为落锤砸压成形，它的主要问题是废品率高、尺寸精度一致性差，以及材料内部组织损伤影响零件的疲劳性能。随着高性能铝合金和钛合金的广泛应

2、用，同时镁合金的使用也逐渐增多，材料塑性成形难度越来越大，既有材料性能提高带来的困难，也有结构形状复杂带来的困难。例如，铝合金的强度由150MPa提高到30MPa，塑性由30％降低到10％。零件结构形状复杂表现为超薄壁、空心大截面差、高次函数空间曲面或非回转体零件等结构形式。因此，面向高性能轻质材料和复杂形状结构的塑性成形技术得到迅速发展。本文重点介绍适合航空工业制造异型截面管件和复杂曲面钣金件的管材内高压成形、热态内压成形、充液拉深和液体凸模拉深等塑性成形新技术。变径管内高压成形技术变径管内高压成形是以管材作坯料，通过管材内部施加高压液体和轴向

3、补料把管材压入到模具型腔使其成形为所需工件，把管材的圆截面变为矩形、梯形、椭圆形或其他异型截面，如图1所示。其特点是，通过轴向补料，可以减少壁厚减薄，提高成形极限，一次整体成形异型截面管件，没有焊缝，提高了可靠性。用内高压成形技术制造的异型双锥形管件，材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，最大膨胀率达到110％，接近材料均匀延伸率的3倍。由于为非对称形状，塑性变形不均匀，容易导致局部变薄开裂，因此需要特殊形状的预成形坯。用内高压成形的飞机管路系统铝合金变径管，管材采用5A02铝合金，规格为Φ65mm×1.5mm。该管材如通过直接胀形仅可达10%的截面

4、膨胀率，而零件截面差达到35%，为了保证成形件的壁厚分布，提出利用“有益皱纹”改善壁厚分布的方法。采用“有益皱纹”方法大大改善了成形性能，膨胀率达到35%，壁厚减薄不大于10%。小型侦察机发动机使用的空心双拐曲轴内高压成形件，钢管壁厚4mm，减薄率为10%，与实心轴相比减重57%，与机械加工相比节约材料86％。弯曲轴线变截面管件内高压成形弯曲轴线管件内高压成形工艺过程包括弯曲、预成形、内高压成形等主要工序。由于构件的轴线为二维或三维的曲线，需要先经过弯曲工序，将管材弯曲成和零件轴线相同或相近的形状。为了确保管材能顺利放到模具内，弯曲后一般要进行预

5、成形。图2为一个铝合金变截面管件，其成形过程为弯曲－预成形－内高压成形，以获得各个不同位置的多个截面形状，其最大减薄率为7.5％。整体三通管件内高压成形以管材为坯料通过内高压成形可以直接加工出整体结构的三通管，其原理是向管内充满液体，并施加一定的压力，然后左右冲头施加轴向力补料，同时中间的冲头后退，最终形成所需零件。整体三通管解决了半管焊接和插焊存在的问题。图3为铝合金三通管。管材直径100mm，壁厚2.5mm，最大高度（支管最高点到主管轴线距离）120mm，最小厚度1.92mm（减薄率23.2%）。铝合金三通管成形难度非常大，成形初期容易在支管

6、顶部开裂及在主管端部起皱。铝合金和镁合金管材热态内压成形热态内压成形是将加热到一定温度的专用耐热油充入到经过预热的模具型腔，通过加热和冷却装置将模具及液体的温度控制在合适范围内，然后按照设计的加载路径进行成形，如图4所示。哈工大研制的热态内压成形装置介质最高加热温度315℃，压力100MPa，完全适用铝合金和镁合金零件的成形。图5所示是用热态内压成形技术试制的铝合金和镁合金变径管。铝合金变径管材料为5A02，管材尺寸直径65mm，壁厚1.5mm，膨胀率达到70%（变形区最大直径110mm）；而前面介绍在室温下，采用“有益皱纹”作为预制坯的最大膨胀

7、率只能达到35％。镁合金变径管材料为AZ31B，管材尺寸直径44mm，壁厚1.8mm，在175℃温度下获得了膨胀率达到30%的管件，而该镁合金管材在室温下几乎不能变形。曲面板材零件充液拉深充液拉深是利用液体作为传力介质代替凹模，使板材成形到刚性凸模上的一种板料成形方法。充液拉深主要优点是提高成形极限和减少成形道次。对于锥形零件，采用普通拉深工艺需要6道次和6套模具，而且各道次之间还需要退火；而采用充液拉深工艺仅需要1道次，大大简化了工艺，节约模具费用。对于圆筒形件，普通拉深1个道次最大拉深比为2，而充液拉深1个道次拉深比达到2.6，有时接近3。瑞

8、典AP&T公司用充液拉深技术制造的典型零件和德国斯图加特大学用充液拉深技术制造的铝合金复杂曲面零件（曲面零件材料为铝合金6016，厚度为