高清可复制 HB/Z 408-2013(2017) 铝合金小弯曲半径管的内压推弯成形工艺

　　ICS 49.040 V 18

　　HB/Z 408-2013

　　铝合金小弯曲半径管的内压推弯成形工艺

　　Internal pressure bending forming process for small bend radius

　　aluminum alloy tabular parts

　　2013-04-25 发布 2013-09-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本指导性技术文件按照 GB/T 1. 1-2009 给出的规则起草。

　　本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所归口。

　　本指导性技术文件起草单位：中国航空综合技术研究所、北京航空制造工程研究所。

　　本指导性技术文件主要起草人：曾元松、黄 遐、皮付见、梁 勇。

　　铝合金小弯曲半径管的内压推弯成形工艺

　　1 范围

　　本指导性技术文件规定了铝合金小弯曲半径管的内压推弯成形工艺的材料、设备、工装、工艺过程控制、质量控制、人员、安全等要求。

　　本指导性技术文件适用于管外径为(Φ15~Φ100)mm、管壁厚为(0.5～2.5)mm、弯曲半径与公称外径的比值不小于 1、弯曲线在一个平面内的铝合金管材的内压推弯成形，其他铝合金管件弯曲可参照使用。

　　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， 仅所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 4436 铝及铝合金管外形尺寸及公差

　　HB 4-55 导管弯曲半径

　　HB/Z 292-1996 飞机金属导管制造

　　3 术语和定义

　　HB 4-55 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　小弯曲半径管 small bend radius tube

　　导管弯曲半径与公称外径比值小于 2 的管件。

　　3.2

　　内压推弯成形 internal pressure bending forming

　　利用金属的塑性，在常温状态下将装有弹性填料的整体管坯推入带有弯曲型腔的可分式弯曲阴模中，使之发生弯曲变形的一种管件成形方法。

　　4 一般要求

　　4.1 材料

　　4.1.1 管材

　　管材的外形尺寸及公差应符合 GB/T 4436 的高精级规定。

　　4.1.2 填充料

　　铝合金小弯曲半径管的内压推弯成形可采用聚氨酯橡胶作为填充材料，其技术要求如下：

　　a) 可根据管件弯曲半径、壁厚、管材性质等因素进行选用。通常可选用邵氏硬度为 60A～80A、相对延伸率为 300%～700%的聚氨酯橡胶。

　　b) 采用聚氨酯橡胶作为填充料时，其直径按公式(1)确定：

　　d0=d _ δd ………………………………………………(1)

　　式中：

　　d0 ——聚氨酯橡胶直径，单位为毫米(mm);

　　d ——管坯内径，单位为毫米(mm);

　　δd ——管径余量，单位为毫米(mm)，δd=(0.5～1)mm。

　　c) 采用聚氨酯橡胶作为填充料时，可把其切成长度为(5～20)mm 的圆柱体，有助于弯曲过程中内压力的传递以及从制成零件内清除橡胶。

　　d) 聚氨酯橡胶工作表面应光洁，不应有裂纹、划痕等缺陷。

　　4.1.3 润滑剂

　　4.1.3.1 润滑剂应具有适当的粘度，对管材无腐蚀和易溶于有机溶剂。

　　4.1.3.2 可采用机油(航空滑油 60%～80%和石蜡 20%～40%的混合液)作为润滑剂。

　　4.1.3.3 润滑剂应均匀地涂在管壁接触的所有活动面上，包括型腔、球形芯轴和管坯外壁。

　　4.2 设备

　　设备应满足以下要求：

　　a) 应能保证推弯过程运动平稳可靠、动作准确、压力稳定且调节和控制方便。

　　b) 应具有工作台上下运动油缸、左右侧推油缸的运动和提供系统压力的功能， 下油缸用于提升下半模至工作位置，并承受成形时的合模力;上油缸用于上半模与下半模的合拢，并产生零件变形所需的合模力;推入缸用于产生轴向推入力，保压缸用于产生轴向压缩力，整个系统的速度和压力应连续可调。

　　c) 设备应能为弯曲毛坯提供足够的弯曲力矩，弯曲毛坯的弯曲力矩可根据所成形零件的材料性能、断面形状与尺寸以及弯曲半径等基本参数按公式(2)近似估算;

　　M=u⑴σb 3 R ……………………………………………(2)

　　式中：

　　M ——弯曲力矩，单位为牛顿毫米(N ·mm);

　　u ——考虑因摩擦而使弯矩增大的系数，通常 u=3～5;

　　⑴ ——抗弯断面系数;

　　σb ——材料抗拉强度，单位为牛顿每平方毫米(N/mm2);

　　D ——管材外径，单位为毫米(mm);

　　R ——连接管沿中线的弯曲半径，单位为毫米(mm)。

　　d) 工作时上、下活动工作台应具有良好的平行度，运动平稳、可控，无卡死、滞涩等现象。

　　e) 工作台和左右油缸移动时应无爬行和冲击现象，运动方式转换准确、灵活， 各部件锁紧装置不应松动。

　　f) 机床及工作装置系统应有足够的刚度。

　　g) 应具备可靠的润滑装置，保证各运转部位得到正常的润滑，并应具有防尘措施。

　　h) 液压、润滑系统应不渗、不漏。

　　4.3 工装

　　4.3.1 工装结构

　　导管弯曲成形用工装如图 1 所示，包括阴模、阳模、球形芯轴等。

　　1-导向套;2-阴模;3-顶杆;4-阳模;5-零件;6-弹性填料;7-球形芯轴

　　图 1 导管弯曲成形用工装结构示意

　　4.3.2 阴模

　　阴模由两个半模组成，分模面应与压床工作台平行。分模线在管弯曲平面内， 该平面是导管的对称平面。阴模技术要求：

　　a) 上下半模合模时合模间隙应小于 0.3mm。

　　b) 弯曲阴模模膛是阴模的工作部分，其形状和尺寸取决于连接管的形状和尺寸。

　　c) 阴模模膛的直径应大于毛坯直径 0.2mm～0.4mm。

　　d) 阴模模膛除弯曲段外还应设置直线段，以便初始毛坯定位，膜膛直线段长度应超过零件直线段20mm～30mm。

　　e) 阴模可由 20 号钢制造，模膛应经表面渗碳，渗碳深度 0.1mm～0.5mm，并经淬火。表面加工粗糙度 Ra 值应不大于 0.8μm。

　　4.3.3 阳模

　　阳模是一个在圆柱表面上有不高的台阶和尾部的杆件。其技术要求如下：

　　a) 尾部应与推入油缸连接，成形过程中应保证运动平稳，无松动，且拆装简单易操作;

　　b) 工作部分装入管子毛坯，毛坯端面与阳模台阶端面接触，台阶高度应不小于毛坯厚度。

　　4.3.4 球形芯轴

　　可弯曲支撑芯轴是由钢丝绳连接的凹凸相连的球形零件，其技术要求如下：

　　a) 球形零件的外球形表面与凹坑的环形表面活动连接，凹坑半径应等于球形零件外球形表面半径;

　　b) 球形零件凹坑深度应大于阴模模膛半径 1mm～2mm;

　　c) 为减少芯轴零件与阴模模膛之间的摩擦，宜采用青铜制造球形零件。

　　5 工艺控制要求

　　5.1 工艺过程

　　铝合金小弯曲半径管的内压推弯成形工艺原理如图 2 所示，成形工艺过程如图 3 所示。

　　5.2 设备准备

　　5.2.1 调整设备，保证设备各部分运转正常。

　　5.2.2 安装模具，应使模膛内填充料压力的合力作用中心与半阴模闭合的液压缸轴线相重合，以防止

　　压力机动力系统偏斜。

　　5.2.3 上、下半模合模时，型腔错位量应不大于 0.05mm。

　　a) 成形前 b) 成形后

　　1-导向套;2-阴模;3-顶杆;4-阳模;5-零件;6-弹性填料;7-球形芯轴

　　图 2 采用弹性填充料内压推弯成形原理示意

　　图 3 内压推弯成形工艺过程

　　5.3 毛坯制备

　　5.3.1 弯曲管子的毛坯长度应按如图 4 所示的中心线长度全线展开，并考虑工艺余量。可按公式(3)进行计算。

　　图 4 弯管长度计算示意

　　L=L1+L2+ π“ R+ ΔL …………………………………………(3)

　　式中：

　　L ——管坯长度，单位为毫米(mm);

　　L1 ——直线段长度，单位为毫米(mm);

　　L2 ——直线段长度，单位为毫米(mm);

　　α ——弯曲角度，单位为度(˚);

　　R ——弯曲半径，单位为毫米(mm);

　　ΔL ——工艺余量，单位为毫米(mm)，ΔL=(50～100)mm。

　　5.3.2 管坯下料要求、端头要求、下料方法、下料长度极限偏差以及脱漆与除油均按 HB/Z 292-1996规定执行。

　　5.3.2.1 批零件同炉批号材料可一次性下料，同批零件不同炉批号材料应按炉批号分批下料。

　　5.3.2.2 两端头应去除毛刺并用压缩空气吹干净，端面垂直度见图 5 和表 1。

　　图 5 端面垂直度

　　表 1 铝合金管端面垂直度要求 单位为毫米

　　5.3.2.3 导管下料通常在专用设备上进行，铝管用锯片切割。

　　5.3.2.4 按标准实样或产品图样规定的定长并按本指导性技术文件 5.3. 1 规定留出工艺余量，下料长度极限偏差为±3mm。

　　5.3.2.5 脱漆与除油用蒸汽除油或化学除油(含水基清洗剂除油)，并用航空洗涤汽油清洗导管内外表面，清洗后用干燥清洁空气吹干。

　　5.3.3 应仔细修光管子毛坯端部，去除毛刺，以防止可能的开裂。

　　5.4 内压推弯成形

　　5.4.1 工艺参数的选取

　　影响内压推弯成形的主要工艺参数有填充料压力、推入速度、推入行程等， 其中，管子内部的填充料压力是影响成形过程的主要因素。工艺参数选择应满足以下要求：

　　a) 填充料压力 Pt 宜根据导管的材料和导管规格选取，必要时可参照附录 A 建立压弯曲线。

　　b) 填充料压力与设备压力之间的转化可由公式(4)实现。

　　Pg=Pt ·Ft/Fg ………………………………………………(4)

　　式中：

　　Pg ——液压缸工作腔内的液体压力，单位为牛顿(N);

　　Pt ——液压缸工作腔液面面积，单位为平方毫米(mm2);

　　Ft ——填充料最佳压力，单位为牛顿(N);

　　Fg ——管子沿内径横截面面积，单位为平方毫米(mm2)。

　　c) 填充料的实际工作压力应按照第一批试件成形的结果进行修正。

　　5.4.2 推弯之前应仔细清理模具型腔内表面，不应有颗粒、毛刺或油污。

　　5.4.3 填充料的长度应足够，以保证推弯过程中填充物被压缩后，球形芯轴与管子的头部不接触。通常聚氨酯填充料总长应比管坯长(40～70)mm。

　　5.4.4 润滑剂应均匀地涂在模具型腔、球形芯轴和管坯外壁上。

　　5.4.5 成形过程中应匀速将管件推入阴模模膛，铝合金管材内压推弯时推入速度(V)可选用(1～3)mm/s。

　　5.4.6 推入行程(S)在保证零件外形要求的情况下，应避免推入行程过大。

　　5.4.7 应选择导管毛料中合适的填充料压力，压力过小导致出现波纹和椭圆的截面;压力过大增大了毛料与阴模型槽工作表面的摩擦力，会导致毛料断裂和起皱。

　　5.5 检验

　　5.5.1 圆度比

　　圆度比为同一截面上最大直径与最小直径之差。导管弯曲处的圆度比公差检验按 HB 4-55 规定执行。

　　5.5.2 弯曲后壁厚减薄量

　　导管弯曲处最小管壁厚度检验按 HB 4-55 规定执行。

　　5.5.3 连接管外表面状态

　　导管弯曲处的皱纹度、划伤度和压痕度检验按 HB 4-55 规定执行。

　　6 质量控制要求

　　6.1 内压推弯成形前应进行相关的工艺试验，以获得成形时所需的工艺参数。

　　6.2 成形中应严格控制以下工艺参数：填充料压力、推入速度和推入行程等。

　　6.3 内压推弯成形等所用的工装和设备应在受控期内。

　　7 人员、安全要求

　　7.1 操作人员应经技术培训合格后持证上岗。

　　7.2 加工操作应按相关安全要求进行。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　典型管材内压推弯压力曲线

　　铝合金 LF2 不同壁厚及管径内压推弯时填充料最佳压力曲线示意见图 A. 1。

　　注：相对弯曲半径 R/D=1、t 为管壁厚度。

　　图 A.1 铝合金 LF2 不同壁厚管材内压推弯时填充料最佳压力曲线