特种塑性成形软介质成形.ppt

特种塑性成形特种塑性成形——软介质成形技术原理与特点以液体、橡胶等柔性介质为模具的一部分或直接传力进行成形加工的工艺模具简单，一般仅有刚性凸模或凹模可用于加工常规冲压难以成形、制件形状特殊或具有局部复杂形状的产品正在高速发展软介质成形技术——充液拉深充液拉深基本概念指采用液态的水、油或粘性物质作传力介质，代替刚性凹模或凸模，使坯料在传力介质的压力作用下贴合凸模或凹模而成形是一种柔性成形技术 充液拉深技术原理 a, a,用泵将液体打入液压室内达到凹模面，坯料放在凹用泵将液体打入液压室内达到凹模面，坯料放在凹用泵将液体打入液压室内达到凹模面，坯料放在凹用泵将液体打入液压室内达到凹模面，坯料放在凹模面上b,b,加上压边力加上压边力加上压边力加上压边力c,c,凸模压下将坯料压入液压凸模压下将坯料压入液压凸模压下将坯料压入液压凸模压下将坯料压入液压室，液压室增压室，液压室增压室，液压室增压室，液压室增压d,d,凸模继续压下，由液压在坯料与凸模继续压下，由液压在坯料与凸模继续压下，由液压在坯料与凸模继续压下，由液压在坯料与凸模之间产生有益摩擦力，使成形得以顺利进行凸模之间产生有益摩擦力，使成形得以顺利进行。

凸模之间产生有益摩擦力，使成形得以顺利进行凸模之间产生有益摩擦力，使成形得以顺利进行双动压力机上应用双动压力机上应用内滑块上安装凸模，外内滑块上安装凸模，外滑块上安装压边圈，工滑块上安装压边圈，工作台上安装带液压控制作台上安装带液压控制系统的液压室，其上部系统的液压室，其上部安装凹模安装凹模液压室的液压可以根据液压室的液压可以根据拉深件形状、材料性能、拉深件形状、材料性能、板厚的不同加以控制板厚的不同加以控制密封条件对液压拉深的影响密封条件对液压拉深的影响a)无密封材料无密封材料 b)有密封材料有密封材料对向液压拉深原理图对向液压拉深原理图充液拉深中的摩擦保持作用模腔中的液体压力作用到已成形部分，会将板料紧贴在凸模上，这样，在凸模和板料间会产生一个摩擦力来承载一部分拉深载荷，这个作用就叫摩擦保持作用充液拉深过程中筒壁区受力充液拉深过程中筒壁区受力充液拉深的特点板料与凸模间的“摩擦保 持效果”有利于成形板料不与凹模圆角接触凹模面上的流体润滑板料紧贴凸模，内壁精度高模具大幅度简化，生产成本降低设备复杂，生产效率不高变更危险区位置，减少板材受力a)对向液压拉深 b)普通拉深(凸模直径 a）对向液压拉深）对向液压拉深 b)普通拉深普通拉深 (凸模直径凸模直径d=50mm，板厚，板厚0.7mm )奥氏体系不奥氏体系不锈钢锈钢板极限拉深比的板极限拉深比的对对比比 主要参数与控制方法液体压力及其变化规律压边力凸、凹模圆角半径凸凹模间隙主要参数与控制——液压力产生自然增压法 靠凸模压入使液体受压缩产生压力 液压系统简化 压力建立慢，易在起始阶段产生早期破裂强制增压法 靠油泵强制供液升压 有利于早期保证成形 后期基本与自然增压一样压边力自然控制 靠液体在法兰的压力降控制，早期多用溢流阀控制 事先设定最高压力，方便，但后期难变化比例阀控制 由计算机进行控制，目前多为此法主要参数与控制——液压力控制仅侧壁作用 无流体润滑效果由法兰边排液 法兰处摩擦大幅度降低带径向液压力 进一步增加有益于变 形的推力主要参数与控制——液压力作用区压边力控制对成形非常重要完全靠控制力大小完成成形，调整困难后期——固定间隙（~1.1t）+ 刚性压边主要参数与控制——压边力凹模圆角处破裂最常见原因——未产生足够大的液体压力，摩擦保持效果差，导致凹模口处材料受力随着R凹增大，圆角过渡处更易受液压力作用，有利于成形凸模圆角半径影响与 普通拉深相似，但 影响要小得多主要参数与控制——凸、凹模圆角半径在普通拉深中至关重要在充液拉深中无关紧要主要参数与控制——凸、凹模间隙充液拉深的新发展加径向推力的液压拉深方法 液压软凸模拉深液压软凸模拉深模具结构与变形过程液压软凸模拉深模具结构与变形过程a)预成形预成形 b)切边切边 c)激光束焊接激光束焊接 d)液压校形液压校形 液压成对成形工艺过程液压成对成形工艺过程对向液压拉深与内缘翻边复合工艺的基本过程对向液压拉深与内缘翻边复合工艺的基本过程带反向预胀形的对向液压拉深带反向预胀形的对向液压拉深油底壳充液拉深软介质成形技术——液压胀形液压胀形的特点定义——以液体为胀形介质，利用液压力使制件变形的工艺主要特点： 传递压力特别均匀 胀形力可以精确控制 不存在胀形介质变形限制 一般需要超高压才能实现典型工艺——1. 护环液压胀形什么是护环？有什么要求？发电机组中最为关键的部件之一，用来紧箍发电发电机组中最为关键的部件之一，用来紧箍发电机转子两端绕组线圈的圆环机转子两端绕组线圈的圆环工作时承受装配应力、离心力、弯曲应力和热应工作时承受装配应力、离心力、弯曲应力和热应力等，是发电机组中承受应力最大的主要部件力等，是发电机组中承受应力最大的主要部件要求有较高的屈服要求有较高的屈服 强度、良好的塑性强度、良好的塑性 指标、均匀的力学指标、均匀的力学 性能和较小的残余性能和较小的残余 应力应力护环材料特点一般功率在 300MW 以上的大型机组护环，其屈服强度σs 都在 1000MPa.以上在强磁场、潮湿的腐蚀介质中工作，为了提高发电机的效率、减少漏磁和涡流热损耗、防止工作温度过高，通常采用导磁率极低(小于 1.1)的单相奥氏体无磁钢单相奥氏体无磁钢制造目前一般采用材料为 Mn18Cr18N技术难点单相奥氏体无磁钢初始屈服强度远低于护环要求达到的屈服强度的标准，其热锻后屈服强度不超过 400MPa奥氏体无磁钢在从高温降至低温时不发生相变，不能通过热处理提高强度只能采用加工硬化的方法使其强度达到要求的指标工作环境要求护环具有较低的残余应力曾经采用的方法马杠扩孔球面模具扩孔爆炸成形楔块扩孔目前方法——液压胀形马杠扩孔球面模具扩孔球面模具扩孔1——护环 2——球面冲头3——顶柱爆炸成形楔块扩孔楔块扩孔1——锥形冲头 2——护环 3——楔快 4——垫板楔块扩孔变形特点全液压胀形是法国是法国19601960年申报的专利年申报的专利在加工好的护环毛坯内注在加工好的护环毛坯内注满液体，并使液体产生高满液体，并使液体产生高压，高压液体产生的变形压，高压液体产生的变形力使护环毛坯在冷态下产力使护环毛坯在冷态下产生永久性塑性变形生永久性塑性变形随着护环毛坯变形程度的随着护环毛坯变形程度的增大，直径变大、高度缩增大，直径变大、高度缩小、厚度减薄，强度显著小、厚度减薄，强度显著提高提高法国全液压胀形装置1——上冲头 2——护环3——下冲头建立液体高压的基本条件在忽略液体弹性压缩的假设条件下，建立持续高压的条件是排液系数不小于1可求得全液压冲头工作面的理论形线为：L≥(1- εHC) h0·ln(r/r0)这是一条对数曲线难以加工，常简化为直线α=arctg(r0/h0)全液压胀形的缺点生产实践表明：生产 5MW 以上的护环时，就需要使用万吨水压机国内因设备能力问题，难以推广应用自由锻液压机导向精度差，仅靠模具导向难以满足要求，但附加导向装置后，使结构复杂化和操作不便液压胀形的改进典型工艺——2. 多通管液压胀形多通管的特点无缝高压管路接头，生产应用量极大内部光滑，流动阻力小端部与管道焊接，组成管路分支曾经是高压管件中最困难的制件之一技术难点在哪里？如何突破？曾经的制造方法铸造法、锻造法、冲压 - 焊接法机械胀形法橡胶胀形法低熔点金属胀形法目前一般采用液压胀形法铸造、锻造、冲压-焊接法铸造法——生产成本低、产品性能差，只能用于低压或无压管道锻造法——产品机械性能提高，生产效率低，材料浪费严重，管道流阻过大冲压 - 焊接法——节约材料，生产成本降低，生产效率低，焊 缝难以检测，工作受 力状况不好机械胀形法以管材为原料，没有焊缝，无须探伤完全靠材料变薄，难以生产高支管管件壁厚补强多，材料浪费橡胶、低熔点金属胀形法已取得成功应用有较大局限性液压胀形法技术要点支管处变形量过大，仅靠材料塑性无法满足胀形压力与轴向补料的协调严格胀形压力高，压力的产生、控制、密封要求严副车架液压成形。