无缝国标三通管内高压冷推挤工艺及成形工艺原理

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最后更新：	2017-04-19 16:10
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河北喜利得管道设备有限公司
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详细说明

无缝国标三通管材液压胀形工艺由于具备成形产品尺寸精度高，工序少，适合批量生产，节约成本等特点，已经成为21世纪管材塑性加工领域研究的重点。
探索研究成形质量更好的国标碳钢三通管内高压冷推挤工艺将成为近年来企业研发的热点。
本文应用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了三通管轴向压缩胀形有限元模型与复合胀形有限元模型，分析了轴向压缩胀形工艺中摩擦系数、模具圆角半径等工艺参数对成形质量的影响，并对轴向压缩胀形的加载路径进行了详细的研究，对比了几种典型加载路径下的模拟结果，找到了能够满足胀形要求的加载路径，即有初始值的单线性内压力加载路径以及梯度内压力加载路径。在这两种加载路径下，梯度内压力加载路径下所获得的三通管支管的成形质量较有初始值的单线性内压力加载路径是提高的，根据梯度内压力加载路径确定出了内压力加载的合理区域，并进行了实验验证，实验结果与模拟结果相吻合，证明了模拟的准确性与加载区域的合理性。
无缝碳钢三通对轴向压缩胀形工艺与复合胀形工艺进行比较，发现背压力的引入使得支管顶部所受双向拉应力减小，壁厚分布更均匀，获得的碳钢三通成形效果更佳。对复合胀形进行正交实验，分析得到了轴向进给速度、内压力及其背压力这三个因素对评价指标影响的主次顺序，以及这三个因素对其成形性能的影响规律，并最终确定出了最佳工艺参数组合。
内高压成形工艺又被称作液压胀形成形工艺，国标碳钢三通其基本原理是采用外部增压装置产生液体高压(液体压力最高可达400-600MPa)，液体高压促使金属坯料变形成为具有复杂三维形状的零件。按照加工坯料的几何形状，可以分为三种类型：板料液压成形、壳体液压成形和管材液压成形。其中管材液压胀形是通过管材内部液体压力和轴向力的共同作用使管材按照模具型腔的形状胀形，轴向力提供补料的作用。传递内部高压的液体通常采用液压油或水。低碳钢、不锈钢、16Mn钢等都能够采用内高压成形工艺，一般的适用于冷成形工艺的金属材料均适用于内高压成形工艺。
国标三通管内高压胀形的工艺过程及其设备，首先将管坯放入模具，上下半模合模，左右轴向冲头将管坯两端封闭，左右轴向冲头的推挤力迫使管坯两端产生塑形变形，能够使管坯内部完全封闭，然后开始在管坯内施加液体压力，内压力的加载与轴向进给量保持一定的匹配关系，在轴向进给结束时，碳钢三通管胀形结束。国标无缝三通管内高压胀形分为两种形式，一种是无背压力的胀形形式，一种是有背压力的复合胀形形式，即在支管处添加一个平衡冲头。
三通管内高压成形技术的优缺点
碳钢三通管内高压冷推挤成形工艺与传统成形工艺(热压、对焊等成形工艺)相比具有显著的优点。
(1)工序减少，适合批量生产，有效降低生产成本相比于液压胀形工艺，热压成形三通管不仅仅需要两到三次的压包工序，还有后续的拉拔工序，中间还需要多次的加热跟半水冷等，而液压胀形工艺属于一次成形工艺，冷挤压胀形属于冷成形，不需要加热工序等，可有效减少生产工序，适合大批量的生产。生产同种型号的三通管采用热压成形方式的成本是冷挤压胀形的4-5倍。可见，采用液压胀形三通管可有效降低生产成本。
(2)产品尺寸精度高
由于国标碳钢三通管液压胀形工艺属于冷成形工艺，胀形时完全依靠模具的形状而成形，成形的精度较高，可有效减少后续机加工工序，而三通管热压成形工艺属于热成形工艺，金属是在较高的温度下成形的，冷却后会产生很厚的金属氧化皮，所以成形精度不高，还需要后续较多的机加工工序。
由于存在很厚的氧化皮，对于初始管坯要留有较多的加工余量，较浪费原材料。
(3)生产环境好
冷成形工艺较热成形工艺一个很明显的优点是生产环境较好。一般的热成形车间环境都比较恶略的。
国标无缝三通管液压胀形成形工艺在拥有上述优点的同时，也有它自身存在的缺点：
(1)和热压三通成形相比较，液压胀形的三通管壁厚值一般较小，这是由于成形厚壁管碳钢三通对于管坯内部压力的要求较高，液体压力可能要求达到几百甚至上千兆帕，这就需要性能较高的增压装置。
(2)由于内高压胀形三通管属于冷成形技术，金属冷成形工艺一个不可避免的问题就是成形过程中会产生较大的残余应力，还有可能会有内部裂纹的产生，对于成形壁厚较大的三通管一般需要先胀出鼓包后退火，然后在放入模具中继续胀形，对于较大的残余应力与内部裂纹不会在退火的过程中完全消除。
河北喜利得管道设备有限公司（http://www.hbxilide.com）具有多年集研发、生产、无缝碳钢弯头、船用法兰、国标碳钢大小头、碳钢无缝封头、碳钢无缝三通的经验，并且拥有一支在设计、研发、生产、营销、售后服务等领域高素质、专业化的优秀团队。

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