GB/T 28273-2012 管、板液压成形工艺分类

　　ICS 25. 020 J 32

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 28273—2012

　　管、板液压成形工艺分类

　　Processclassification oftubeand sheethydroforming

　　2012-05-11发布 2012-12-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 28273—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国锻压标准化技术委员会(SAC/TC74)提出并归 口 。

　　本标准起草单位 :北京航空航天大学 、北京机电研究所 。

　　本标准主要起草人 : 郎利辉 、金红 、蔡高参 、王永铭 、张倩生 、魏巍 。

　　Ⅰ

　　GB/T 28273—2012

　　管、板液压成形工艺分类

　　1 范围

　　本标准规定了管材 、板材液压成形工艺及分类 。

　　本标准适用于管材液压成形工艺 、主动式板材液压成形工艺 、被动式板材液压成形工艺 、多层板内压对胀成形工艺 。

　　本标准适用于液体 、粘性介质等柔性体作为成形介质的成形方法 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 710 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带

　　GB/T 716 碳素结构钢冷轧钢带

　　GB/T 2521 冷轧取向和无取向电工钢带(片)

　　GB/T 17395 无缝钢管尺寸 、外形 、重量及允许偏差

　　GB/T 20887(所有部分) 汽车用高强度热连轧钢板及钢带

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　管材液压成形 tubehydroforming

　　通过内部加压 、轴向加力补料 ,把管坯压入到模具型腔使其成形的工艺 。

　　3. 2

　　板材液压成形 sheethydroforming

　　采用液态的水 、油等作为传力介质代替刚性的凸模或凹模 ,使板材坯料在传力介质的压力作用下贴合凸模或凹模而成形的工艺 。

　　3. 3

　　液压冲孔 hydro-punching

　　在管内液体压力的支撑作用下 ,利用冲头或液体压力将管壁材料分离的方法 。

　　3. 4

　　液室 diecavity

　　用于容纳工作介质 ,形成封闭压力腔的工作部件 。

　　3. 5

　　预充液 pre-filling

　　将液室快速充满工作介质的过程 。

　　3. 6

　　密封推头 sealingpunch, push rod

　　用于管材液压成形时密封管坯 、传递轴向推力的工作部件 。

　　1

　　GB/T 28273—2012

　　4 管材液压成形工艺

　　4. 1 工艺过程

　　管材液压成形工艺过程可分为三个阶段 :

　　a) 预充液— 将管坯放入下模 , 闭合上下模 ,两侧密封推头进给到设定位置 , 向管内充满液体 ,排尽空气 ,然后两侧密封推头进给将管坯密封 ;

　　b) 成形 — 在对管内加压胀形的同时 ,两侧的密封推头按设定好的加载曲线进给补料 ,在内压和补料的作用下使管材基本贴模 ;

　　c) 整形 — 提高管坯内压力 ,使零件局部圆角完全贴模成形 。

　　4. 2 工艺分类

　　管材液压成形工艺可分为以下六类 :

　　a) 多通管成形(见图 1) ;

　　说明 :

　　1、4、6— 密封推头 ;

　　2— 上模 ;

　　3— 管坯 ;

　　5— 下模 。

　　图 1 多通管成形

　　b) 直管胀形(见图 2) ;

　　说明 :

　　1— 上模 ;

　　2— 管坯 ;

　　3、5— 密封推头 ;

　　4— 下模 。

　　图 2 直管胀形

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　　c) 弯管胀形(见图 3) ;

　　说明 :

　　1— 上模 ;

　　2— 管坯 ;

　　3、5— 密封推头 ;

　　4— 下模 。

　　图 3 弯管胀形

　　d) 液压冲孔(见图 4) ;

　　a) 由外向内 b) 由 内向外说明 :

　　1— 上模 ;

　　2— 管坯 ;

　　3、5— 密封推头 ;

　　4— 下模 。

　　图 4 液压冲孔工艺

　　e) 液压胀形连接(见图 5) ;

　　a) 胀形前 b) 胀形后

　　说明 :

　　1— 被连接件 ;

　　2— 上模 ;

　　3— 管坯 ;

　　4、6— 密封推头 ;

　　5— 下模 。

　　图 5 液压胀形连接

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　　f) 液压校形(见图 6) 。

　　a) 校形前 b) 校形后

　　说明 :

　　1— 上模 ;

　　2— 管坯 ;

　　3、5— 密封推头 ;

　　4— 下模 。

　　图 6 液压校形

　　4. 3 管坯的形式及材料要求

　　管坯可采用无缝管坯或焊接管坯 ,管坯的几何形状应符合 GB/T 17395的规定 。

　　管坯使用的原材料应符合 GB/T 710、GB/T 716、GB/T 20887(所有部分) 、GB/T 2521等有关金属材料标准的规定 。

　　5 板材液压成形工艺

　　5. 1 分类

　　根据传力介质加载方式的不同 ,板材液压成形工艺可分为主动式与被动式 。

　　5. 2 工艺过程

　　5. 2. 1 主动式液压成形工艺过程如下(见图 7) :

　　a) 将板料放置在凹模上 ,上模下行压住板料[见图 7a)] ;

　　b) 充液加压 ,开始成形[见图 7b)] ;

　　c) 继续充液 、加压直至板料完全贴模(必要时可继续加压 ,进行整形) ,完成成形[见图 7c)] 。

　　a) 放置、压紧板料 b) 充液、加压 ,成形开始 c) 板料完全贴模 ,成形完成说明 :

　　1— 压边圈 ; 2— 注液孔 ; 3— 板料 ;

　　4— 凹模型腔 ; 5— 凹模 ; 6— 排气孔 。

　　图 7 主动式液压成形工艺过程

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　　5. 2. 2 被动式液压成形工艺过程如下(见图 8) :

　　a) 首先在液室中充满液体 ,然后按预定位置将坯料放好[见图 8a)] ;

　　b) 以初始压边力将放置好的板料压在凹模与压边圈之间[见图 8b)] ,必要时可在液室内建立 一定的预压 ;

　　c) 通过溢流阀控制 液 室 压 力 , 凸 模 下 行 , 在 液 室 压 力 的 作 用 下 , 坯 料 贴 在 凸 模 上 , 成 形 开 始[见图 8c)] ;

　　d) 凸模继续下行 ,直至液室压力将坯料紧紧压在凸模上 ,最终完成成形[见图 8d)] 。

　　a) 液室充满液体 ,放置板料 b) 压边圈下行 ,压紧板料

　　c) 凸模下行 , 同时液体加压 ,开始成形 d) 成形完成说明 :

　　1— 凸模 ;

　　2— 压边圈 ;

　　3— 板料 ;

　　4— 液室 ;

　　5— 凹模 ;

　　6— 溢流阀 ;

　　7— 注液孔 。

　　图 8 被动式液压成形工艺过程

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　　5. 3 工艺分类

　　5. 3. 1 主动式液压成形方法分类(见图 9~ 图 11)

　　a) 放置板料 , 充液 b) 液体加压 ,活动凹模下行 ,成形开始 c) 板料完全贴模 ,成形完成说明 :

　　1— 压边圈 ;

　　2— 板料 ;

　　3— 凹模型腔 ;

　　4— 活动凹模 ;

　　5— 固定凹模 。

　　图 9 可活动凹模液压成形

　　a) 板材坯料周边焊接 b) 充液 ,预成形 c) 成形完成 ,切边说明 :

　　1— 上模 ;

　　2— 模具型腔 ;

　　3— 板料 1;

　　4— 板料 2;

　　5— 下模 。

　　图 10 周边焊接坯料成对液压成形

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　　说明 :

　　1— 上模 ;

　　2— 板料 ;

　　3、6— 注液孔 ;

　　4— 加压板 ;

　　5— 下模 。

　　图 11 中间有加压板的成对液压成形

　　7

　　5. 3. 2 被动式液压成形方法分类(见图 12~ 图 15)

　　说明 :

　　1— 压边圈 ;

　　2— 板料 ;

　　3— 凹模 ;

　　4— 注液孔 ;

　　5— 液室 ;

　　6— 密封圈 ;

　　7— 凸模 ;

　　P— 凸模压力 。

　　

　　说明 :

　　1— 压边圈 ;

　　2— 板料 ;

　　3— 凹模 ;

　　4— 液室 ;

　　5— 注液孔 ;

　　6— 密封圈 ;

　　7— 凸模 ;

　　P— 凸模压力 ; F— 压边力 。

　　图 12 法兰密封的充液拉深成形 图 13 周向加压充液拉深

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　　说明 :

　　1— 压边圈 ;

　　2— 板料 ;

　　3— 下模 ;

　　4、7— 密封圈 ;

　　5— 液室 ;

　　6— 凹模 ;

　　8— 凸模 ;

　　P— 凸模压力 ; F— 压边力 。

　　

　　说明 :

　　1— 凸模 ;

　　2— 上模 ;

　　3— 坯料 ;

　　4— 注液孔 ;

　　5— 液室 ;

　　6— 下模 ;

　　7— 凹模 ;

　　P— 凸模压力 。

　　图 14 周向加压充液反拉深 图 15 充液变薄拉深

　　5. 4 板材的形式及材料要求

　　板材可采用整体板或焊接板 。

　　板材使用的原材料应符合 GB/T 710、GB/T 716、GB/T 20887、GB/T 2521等有关金属材料标准的规定 。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　成形内压力的计算

　　A. 1 管材内压力的计算

　　A. 1. 1 内压力加载曲线

　　用来表征成形过程中各时刻管内压力加载值的曲线 ,如图 A. 1 所示 ; 主要用于控制成形过程中密封推头位移与内压力的关系 ,加载曲线的数量由密封推头的数量决定 ,每个加载曲线可以不同 。

　　图 A. 1 管内压力加载曲线

　　A. 1. 2 内压力计算方法

　　A. 1. 2. 1 屈服内压力

　　屈服内压力是指管材 开 始 发 生 塑 性 变 形 所 需 要 的 内 压 力 。设 轴 向 应 力 σz 和 环 向 应 力 σθ 的 比 值

　　σz/σθ=ξ,主应力顺序为 σ1=σθ,σ3=-σz, 由 Tresca屈服准则求得初始屈服压力 Ps 的计算公式为 :

　　式中 :

　　σs — 材料屈服强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　t — 管材壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 管材直径 ,单位为毫米(mm) ;

　　ξ — 轴向应力 σz 与环向压力 σθ 的比值 。

　　超高压成形时施加的轴向力为压应力 ,ξ的取值范围是 -1≤ξ≤0。 当 ξ= -1时 ,初始屈服压力为 :

　　当无轴向力作用时 ,ξ=0, 即 自 由胀形时的初始屈服压力为 :

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　　A. 1. 2. 2 整形内压力

　　在成形后期 ,工件大部分已成形 ,这时需要更高的压力成形一些局部特征(如工件上的小圆角) ,并保证尺寸精度 ,这一阶段称为整形 。在整形阶段一般无轴向进给 ,整形压力 Pc 可用下式估算 :

　　式中 :

　　rc — 工件截面最小圆角半径 ,单位为毫米(mm) ;

　　t — 过渡圆角处的坯料厚度 ,单位为毫米(mm) ;

　　σs(′) — 整形时材料流动应力 ,单位为兆帕(MPa) 。

　　A. 1. 2. 3 破裂内压力

　　纯胀形时的破裂内压力 Pb 可用下式估算 :

　　式中 :

　　t — 管材壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　d— 管材直径 ,单位为毫米(mm) ;

　　σb — 材料抗拉强度 ,单位为兆帕(MPa) 。

　　A. 1. 3 设备吨位计算

　　A. 1. 3. 1 侧推力的计算

　　侧推力由三部分组成 ,密封推头上高压液体作用力 Fp、摩擦力 Fμ、维持管材塑性变形所需的力 Ft。

　　Fa = (Fp + Fμ +Ft) × 10-3

　　Fμ = πdlμpμ

　　式中 :

　　t — 管材壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　d — 管材直径 ,单位为毫米(mm) ;

　　Fa— 密封推头进给的侧推力 ,单位为千牛(kN) ;

　　di — 管坯内径 ,单位为毫米(mm) ;

　　p — 管坯内流体压力 ,单位为 MPa;

　　lμ — 管坯与模具有效接触长度 ,单位为毫米(mm) ;

　　μ — 摩擦系数 。

　　A. 1. 3. 2 合模力

　　合模力 Fc 是在成形过程中使模具闭合不产生缝隙所需要的力 ,计算合模力主要是为了确定合模压力机能力 ,合模力计算公式为 :

　　Fc =ApPc

　　式中 :

　　Pc — 整形压力 ,单位为兆帕(MPa) ;

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　　GB/T 28273—2012

　　Ap — 工件在工作台平面上的投影面积 ,单位为平方毫米(mm2 ) 。

　　A. 2 板材内压力的计算

　　A. 2. 1 内压力加载曲线

　　用来表征成形过程中各时刻液室内压力加载值的曲线 ,如图 A. 2 所示 ;用于控制成形过程中凸模位移与液室内压力之间的关系 。

　　图 A. 2 板内压力加载曲线

　　A. 2. 2 内压力计算方法

　　A. 2. 2. 1 预成形内压力

　　根据具体需求设置 ,一般不大于以下公式计算值 :

　　式中 :

　　p — 流体压力 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　σs — 材料的屈服强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　t — 材料厚度 ,单位为毫米(mm) ;

　　r — 反胀曲面的曲率半径 ,单位为毫米(mm) ;

　　δ — 凸模与凹模的单边间隙 ,单位为毫米(mm) 。

　　A. 2. 2. 2 整形内压力

　　整形内压力可按下式计算 :

　　式中 :

　　p — 流体压力 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　σb — 材料的抗拉强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　t — 材料厚度 ,单位为毫米(mm) ;

　　r — 成形曲面的曲率半径 ,单位为毫米(mm) 。

　　A. 2. 2. 3 破裂内压力

　　破裂内压力 Pb 可用下式估算 :

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　　式中 :

　　σb — 材料抗拉强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　rb — 成形曲面的曲率半径 ,单位为毫米(mm) , 等于 r1 +r2 , 其 中 r1 为 曲 面 切 线 方 向 的 曲 率 ,r2为曲面径向的曲率 ;

　　t — 材料厚度 ,单位为毫米(mm) 。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差

　　[2] GB/T 8541 锻压术语

　　[3] GB/T 8845 冲模术语

　　[4] GB/T 13914 冲压件尺寸公差

　　[5] GB/T 13915 冲压件角度公差

　　[6] GB/T 13916 冲压件形状和位置未注公差

　　[7] GB/T 15055 冲压件未注公差尺寸极限偏差

　　[8] JB/T 4378. 2 金属冷冲压件 通用技术条件

　　[9] DIN 8584-7 拉伸-压缩条件下的成形 第 7部分 :充液胀形 、分类 、术语和定义

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