內高壓成形工藝的專利技術綜述

王美娟

摘 要：為實現結構輕量化，管件內高壓成形工藝具有美好的發展前景。本文主要針對國內學者在合模力控制、降低摩擦力這兩方面的專利研究進行簡單介紹。

關鍵詞：管件；內高壓；合模力；摩擦力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.052

內高壓成形是一種以液體為傳壓介質，利用內高壓使金屬管坯變形成為復雜形狀零件的現代塑性加工技術，其原理是通過內部加壓和軸向加力補料把管坯壓入到模具型腔使其成形。合模力和摩擦力均是影響管坯成形質量的關鍵因素，本文主要針對國內學者在合模力控制、降低摩擦力這兩方面的專利研究進行簡單介紹。

1 合模力控制

恒定或較大的合模力對機器保壓要求高，特別是大體積的內高壓成形件因充液時間長，往往造成因機器保壓性能不好，造成成形時抬模現象，嚴重影響加工零件的產品質量和機器的安全，并造成管坯與模具表面摩擦力大，零件補料、走料困難，容易在變形較大處產生破裂，零件成形介質的壓力要求高，對潤滑的要求也相對較高等問題。目前，國內主要有以下合模力控制方法：

變化合模力。為了克服傳統恒定合模力管材內高壓成形所需壓力高，在整個成型過程中，在初期補料階段、中期成形階段、后期整形階段，系統的合模力從小到大逐步遞增，到整形階段合模力達到最大，通過比例溢流閥調整合模力使模具使用壽命提高，降低電機功率，做到節能增效[1]；

管坯部分放入成型模腔。通常成形時需要的合模力與模具型腔內管材的水平投影面積成正比。為降低合模力，可以減少模具的總體尺寸，管坯端部采用新型的密封結構，無需采用水平油缸來推動沖頭，只將需要成形的管材置于模具型腔內，而其余部位都置于模具型腔之外[2]。

2 降低摩擦力

軸向補料是提高管材內高壓成形極限、提高壁厚均勻性的重要工藝措施。但存在的問題是即使施加潤滑隨著管坯內部壓力的不斷升高，管坯與模具間的摩擦力不斷增大，軸向補料難度也越來越大。為降低摩擦力，通常有以下方法：

對管坯實施磁場力。在模具的兩端送料區嵌入通電后可產生磁場的線圈，在進料區兩端部沖頭軸向進給之前對線圈通電，在沖頭軸向進給之后對線圈斷電，其原理是利用線圈使管坯與線圈產生磁場力，降低模具與管坯的摩擦力，磁場力是體積力，管坯上無集中力作用點，管坯成形的表面質量較好[3]；

管坯與沖頭不發生相對運動。將管坯的兩端分別放置于送料區的左、右沖頭的型腔內，使送料區的兩側沖頭與管坯端部不發生相對運動，減小管坯與模具的摩擦力，隨著內壓增大，送料區管材壁厚基本保持不變，且隨著兩側沖頭向內運動易于實現軸向補料，如圖1（a）和圖1（b）所示[4-5]；

在加工截面與周長相差較大的管件時，為了提高膨脹量和控制最小壁厚，需要很大軸向補料量。傳統變徑管內高壓成形模具中的上模和下模均為一體制成，導致送料區模具與管材外壁的摩擦作用，送料區管材壁厚增加，膨脹區管材壁厚減薄。為克服此缺陷，提供一種用于變徑管內高壓成形的組合模具。如圖1（c）所示，此裝置通過控制模具與沖頭共同前進，共同推動管材進行補料的方法，來消除送料區管材外壁和模具之間的摩擦，從而減小了送料區管壁變厚[6]。

變化內壓。利用金屬材料反復加載再提高屈服應力的特點，控制型腔的內壓，降低端頭軸向進給時的摩擦力，提高材料的均勻變形能力，延遲破裂失穩的發生，提高管材的成形極限和壁厚均勻性。具體實施是：先將送料區的兩端沖頭軸向運動，密封型腔，在通過沖頭的填充通道通入成形介質，直至充滿型腔，使型腔內保持一定的內壓P0，該內壓P0應保證沖突軸向進給運動時，管坯不發生起皺失穩。再對兩端沖頭施加軸向進給力，直至管坯發生微小有益起皺；然后再升高內壓至P1，該內壓P1能消除上述有益起皺，后將內壓降至P0，重復上述步驟[7]。

3 內高壓成形工藝的展望

國內對內高壓成形工藝的研究頗多，但是，一方面，與國外比較仍存在很大的差距，且國內很多公司都還只是引進國外，特別是日本的技術和裝置；另一方面，國內主要集中于內高壓成形的研究，而外高壓成形工藝不成熟。鑒于21世紀對結構輕量化的迫切需求，對成形復雜管件的質量提出了進一步要求，如何在合模力控制、減小摩擦等方面均得到優化，解決這一難題迫在眉睫。

參考文獻：

[1]寧波啪沃爾精密液壓機械有限公司.一種變合模力的管材內高壓成形裝置和方法.CN103212619A[P].2013-07-24.

[2]哈爾濱工藝大學.具有局部凸起狀的長管零件的成形方法.CN101219451A[P].2008-07-16.

[3]初冠南.一種軸向補料的工藝方法.CN102225441A[P].2011-10-26.

[4]哈爾濱理工大學.變截面空心構件成形裝置及方法.CN102921791A[P].2013-02-13.

[5]哈爾濱工業大學.一種管材內高壓成形時減小導向區摩擦的裝置.CN101011715A[P].2007-08-08.

[6]哈爾濱工業大學.一種用于變徑管內高壓成形的組合模具.CN103191970A[P].2013-07-10.

[7]哈爾濱工業大學.一種提高管材內高壓成形極限的工藝方法.CN102248058A[P].2011-11-23.