專利名稱：管材變形性能的壓扁-脹形測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種管材變形性能的測試方法。
背景技術：
內(nèi)高壓成形是一種生產(chǎn)空心變截面管狀零件的方法。內(nèi)高壓成形時管材受 到內(nèi)部壓力的作用而發(fā)生向外側的脹形，當脹形程度較大時管材容易發(fā)生破 裂。因此，對管材的變形性能特別是脹形成形性能進行測試和評價是內(nèi)高壓成 形時選擇管材、確定工藝參數(shù)的基礎。
采用傳統(tǒng)的拉伸實驗雖然可以得到管材的拉伸變形性能，但是這并不能真 實反映管材發(fā)生脹形變形時的性能，這是因為脹形變形時管材主要處于雙向受 拉的應力狀態(tài)，明顯不同于單向拉伸時的應力狀態(tài)。所以，國內(nèi)外都開始采用 直接的脹形實驗來測試管材的脹形成形性能，管材脹形破裂后的極限脹形系數(shù) (管材直徑的最大變化量與初始直徑的比值)、脹破壓力常被用作評價管材脹 形性能的指標。
但是，內(nèi)高壓成形過程中管材不僅僅發(fā)生脹形變形，往往在脹形之前還存
在彎曲、壓扁等過程(如圖la lc所示)。相對而言，壓扁過程對最后的脹形 過程有更為直接和重要的影響。壓扁變形使管材從圓截面變?yōu)榉浇孛婊蚱渌?面形狀，這就消耗了管材的一部分塑性變形能力，所以管材后續(xù)的允許變形量 將相應減小。管材發(fā)生壓扁變形后的殘余塑性變形量或允許的最大脹形程度是 我們最為關心的。而目前沒有合適的方法來測試和評價壓扁變形對管材脹形性 能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了更好地測試和評價管材的變形性能，為管材的內(nèi)高壓 成形提供準確可靠的管材變形性能指標，進而提出了一種管材變形性能的壓扁 -脹形測試方法。
本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明所述的管材變形性能的壓扁 脹形測試方法是按照以下步驟實現(xiàn)的
步驟一、選擇多個幾何形狀完全一樣的管材作為待測試的管坯；
步驟二、壓扁過程..取其中的一個待測試的管坯，將其放置到壓扁下模上
并調整好坯料的位置；閉合壓扁上模，使其與管坯上表面接觸，然后使壓扁上
模連續(xù)壓下一定的位移量A1，并保證管坯上不出現(xiàn)裂紋，得到管坯的壓扁量
XI; xp位移量Al +管坯原始直徑D;
步驟三、脹形過程將壓扁后的管坯兩端密封，然后向壓扁后的管坯內(nèi)通
入高壓液體介質使管坯發(fā)生脹形直至破裂；
步驟四、記錄管坯的脹破壓力yl;所述脹破壓力是指壓扁后的管坯發(fā)生 脹破時，其內(nèi)通入的高壓液體介質的壓力(單位為MPa);測量脹破后的管坯 破裂處的平均直徑，迸而得到極限脹形系數(shù)；極限脹形系數(shù)kl- (脹破后的管 坯破裂處的平均直徑E1-管坯原始直徑D) +管坯原始直徑仏
步驟五、再選取下一個管坯進行測試，并改變壓扁過程中壓扁上模的壓下 量，確定壓下量為A2， A2〉A1;然后重復上述歩驟一至步驟四，得到壓扁 量x2和極限脹形系數(shù)k2;以此類推，逐步提高壓扁上模的壓下量，分別選取 其它的管坯進行測試，相應得到不同壓下量A3……對應的壓扁量X3…… M，進而對應地得到脹破壓力y3……yi及極限脹形系數(shù)k3……ki。
步驟六、通過上述步驟測得多組實驗數(shù)據(jù)(xi, yl)、 (x2， y2) (xi, yi)以及(xi， kl)、 (x2， k2)……(xi， ki)即可得到隨著管坯壓扁 量逐步增大脹破壓力的變化曲線以及極限脹形系數(shù)的變化曲線。
本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明采用先壓扁、后脹形的變形順序，可以 更接近于常見的管材內(nèi)高壓成形過程(先合模壓扁，然后增壓脹形)，所獲得
的測試結果更具有針對性和參考價值；采用該方法能夠獲得不同壓扁變形量對
應的脹形結果，可以更為全面地反映壓扁過程對后續(xù)脹形變形性能的影響，便 于確定合理的壓扁變形量。


圖la為管材內(nèi)壓成形過程中(管材內(nèi)壓成形包括彎曲、合模壓扁及增壓 脹形等工序)彎曲后的管材效果圖，圖lb為管材內(nèi)壓成形過程中合模壓扁后
5的管材效果圖，圖lc為管材內(nèi)壓成形過程中增壓脹形后的管材效果圖；圖2a 為管材常溫壓扁過程中管材安裝在壓扁模具上的結構示意圖(4為上滑塊，5 為下臺面)，圖2b為管材安裝在壓扁模具(壓扁模具為平面壓扁模具)上的結 構示意圖，圖2c為管材安裝在壓扁模具(壓扁模具為弧面壓扁模具)上的結 構示意圖；圖3a為管材加熱狀態(tài)下壓扁過程中管材安裝在壓扁模具上的結構 示意圖，圖3b為在加熱狀態(tài)下管材安裝在壓扁模具(壓扁模具為平面壓扁模 具)上的結構示意圖，圖3c為在加熱狀態(tài)下管材安裝在壓扁模具(壓扁模具 為弧面壓扁模具)上的結構示意圖；圖4a為管材壓扁后脹形示意圖(立式脹 形)，圖4b為管材壓扁后脹形示意圖(臥式脹形)；圖5a是管坯原始的橫截面 圖，圖5b是管坯壓扁后的橫截面圖，圖5c是管坯脹破后管坯破裂處的橫截面 圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖2a 2c 、圖4a 4b、圖5a 5c所示，本實施
方式所述的管材變形性能的壓扁-脹形測試方法是按照以下步驟實現(xiàn)的 步驟一、選擇多個幾何形狀完全一樣的管材作為待測試的管坯； 步驟二、壓扁過程取其中的一個待測試的管坯l，將其放置到壓扁下模 3上并調整好坯料的位置；閉合壓扁上模2，使其與管坯l上表面接觸，然后 使壓扁上模2連續(xù)壓下一定的位移量A1，并保證管坯1上不出現(xiàn)裂紋，得到 管坯1的壓扁量X1; Xf位移量Al +管坯原始直徑D;管坯壓扁后的最小直徑 Dl二管坯原始直徑D—A1;壓扁上模2和壓扁下模3構成壓扁模具；
步驟三、脹形過程將壓扁后的管坯1兩端密封，然后向壓扁后的管坯l 內(nèi)通入高壓液體介質使管坯1發(fā)生脹形直至破裂；
將壓扁后的管坯1的兩端采用如圖4a和4b所示的管端密封結構進行密
封，然后將管坯1及管端密封結構豎直放置在壓力機上，利用壓力機上滑塊壓
住管坯1的上端密封結構以保證可靠密封；
所述的管端密封結構包括約束環(huán)套8、彈性環(huán)9、螺母10、帶錐面拉桿ll 和約束擋板12，彈性環(huán)9分別安裝在管坯1的兩端內(nèi)，約束環(huán)套8分別套在 管坯1的兩端部，帶錐面拉桿11上設有壓力介質通道11-1，帶錐面拉桿11分別穿過管坯1兩端的約束環(huán)套8和彈性環(huán)9，帶錐面拉桿11的大端位于管
坯1的內(nèi)腔中，帶錐面拉桿11上加工有螺紋，螺母10設在帶錐面拉桿11上， 約束擋板12安裝在螺母10上；通過壓力介質通道11-1向管坯1內(nèi)通入高壓 液體介質；
步驟四、記錄管坯1的脹破壓力yl;所述脹破壓力是指壓扁后的管坯1 發(fā)生脹破時，其內(nèi)通入的高壓液體介質的壓力(單位為MPa);測量脹破后的 管坯l破裂處的平均直徑，進而得到極限脹形系數(shù)；極限脹形系數(shù)kl二(脹破 后的管坯破裂處的平均直徑El-管坯原始直徑D) +管坯原始直徑D;
步驟五、再選取下一個管坯進行測試，并改變壓扁過程中壓扁上模2的壓 下量，確定壓下量為A2， A2>A1;然后重復上述步驟一至步驟四，得到壓 扁量x2和極限脹形系數(shù)k2;以此類推，逐步提高壓扁上模2的壓下量，分別 選取其它的管坯進行測試，相應得到不同壓下量A3……Ai對應的壓扁量 x3……xi，進而對應地得到脹破壓力y3……yi及極限脹形系數(shù)k3……ki;最 后得到不同壓下量對應的脹破壓力及極限脹形系數(shù)；
步驟六、通過上述步驟測得多組實驗數(shù)據(jù)(xl， yi)、 (x2， y2)……(xi， yi)以及(xi， kl)、 (x2， k2)……(xi， ki)即可得到隨著管坯壓扁量逐步 增大脹破壓力的變化曲線以及極限脹形系數(shù)的變化曲線。根據(jù)上述實驗所獲得 的不同壓扁變形對應的脹破壓力、極限脹形系數(shù)，即可描述所測試管坯的壓扁 -脹形復合成形性能。
具體實施方式
二如圖2c所示，本實施方式在步驟二中，壓扁過程中所
采用的壓扁模具是弧面壓扁模具?；∶娴男螤詈统叽绺鶕?jù)實際需要確定。其它 步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖2a 2c、圖4a 4b所示，本實施方式在步驟二 中進行壓扁之前，管坯1的端部已經(jīng)利用管端密封裝置進行密封。采用本實施 方式的優(yōu)點在于，在壓扁之前對管坯1的端部進行密封，可以避免壓扁過程中 管坯1的端部截面發(fā)生變化而影響后續(xù)的密封過程。其它步驟與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四.如圖2a 2c、圖3a 3c和圖4a 4b所示，本實施方式在步驟三中待管坯1的兩端密封后，向管壞1內(nèi)通入高壓液體介質之前，
將其水平放置并利用管坯1兩側的拉桿13對兩端的密封裝置進行約束。利用
管坯1兩側的拉桿13對兩端的密封裝置進行約束可防止其被管坯1內(nèi)的高壓
液體推出。采用本實施方式的優(yōu)點在于，步驟三中所描述的壓扁后脹形實驗可
以在地面或其他臺面上進行，不需要采用壓力機對端部密封結構進行約束。其 它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五如圖3a 3c、圖4a 4b所示，本實施方式在步驟二 所指的壓扁過程和步驟三所指的脹形過程中，管坯1都是在加熱條件下發(fā)生變 形，壓扁過程中管坯1的加熱可采用在壓扁模具上設置加熱棒7的方式，脹形 過程中管坯1的加熱可以采用向管坯1內(nèi)通入高溫(高溫的溫度范圍為50°C 350°C)的液體壓力介質的方式。采用本實施方式的優(yōu)點在于，在壓扁和脹形 時對管坯1進行加熱并在不同的溫度下進行測試，可以獲得變形溫度對管坯1 的壓扁-脹形性能的影響，為進行管材的熱態(tài)內(nèi)高壓成形提供基礎。加熱棒7 安裝在壓扁模具上開有的加熱孔6內(nèi)。其它步驟與具體實施方式
一或四相同。
權利要求
1、一種管材變形性能的壓扁-脹形測試方法，其特征在于所述方法是按照以下步驟實現(xiàn)的步驟一、選擇多個幾何形狀完全一樣的管材作為待測試的管坯；步驟二、壓扁過程取其中的一個待測試的管坯(1)，將其放置到壓扁下模(3)上并調整好坯料的位置；閉合壓扁上模(2)，使其與管坯(1)上表面接觸，然后使壓扁上模(2)連續(xù)壓下一定的位移量Δ1，并保證管坯(1)上不出現(xiàn)裂紋，得到管坯(1)的壓扁量x1；x1＝位移量Δ1÷管坯原始直徑D；步驟三、脹形過程將壓扁后的管坯(1)兩端密封，然后向壓扁后的管坯(1)內(nèi)通入高壓液體介質使管坯(1)發(fā)生脹形直至破裂；步驟四、記錄管坯的脹破壓力y1；所述脹破壓力是指壓扁后的管坯(1)發(fā)生脹破時，其內(nèi)通入的高壓液體介質的壓力(單位為MPa)；測量脹破后的管坯(1)破裂處的平均直徑，進而得到極限脹形系數(shù)；極限脹形系數(shù)k1＝(脹破后的管坯破裂處的平均直徑E1-管坯原始直徑D)÷管坯原始直徑D；步驟五、再選取下一個管坯進行測試，并改變壓扁過程中壓扁上模(2)的壓下量，確定壓下量為Δ2，Δ2＞Δ1；然后重復上述步驟一至步驟四，得到壓扁量x2和極限脹形系數(shù)k2；以此類推，逐步提高壓扁上模(2)的壓下量，分別選取其它的管坯進行測試，相應得到不同壓下量Δ3……Δi對應的壓扁量x3……xi，進而對應地得到脹破壓力y3……yi及極限脹形系數(shù)k3……ki。步驟六、通過上述步驟測得多組實驗數(shù)據(jù)(x1，y1)、(x2，y2)……(xi，yi)以及(x1，k1)、(x2，k2)……(xi，ki)即可得到隨著管坯壓扁量逐步增大脹破壓力的變化曲線以及極限脹形系數(shù)的變化曲線。
2、 根據(jù)權利要求1所述的管材變形性能的壓扁-脹形測試方法，其特征在 于在步驟二中，壓扁過程中所采用的是弧面壓扁模具。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的管材變形性能的壓扁-脹形測試方法，其特 征在于,'在步驟二中進行壓扁之前，管坯(1)的端部已經(jīng)利用管端密封裝置 進行密封。
4、 根據(jù)權利要求3所述的管材變形性能的壓扁-脹形測試方法，其特征在 于在步驟三中待管坯(1)的兩端密封后，向管坯(1)內(nèi)通入高壓液體介質 之前，將其水平放置并利用管坯(1)兩側的拉桿13對兩端的密封裝置進行約 束。
5、 根據(jù)權利要求1或4所述的管材變形性能的壓扁-脹形測試方法，其特征在于在步驟二所指的壓扁過程和步驟三所指的脹形過程中，管坯(1)都 是在加熱條件下發(fā)生變形，壓扁過程中管坯(1)的加熱采用在壓扁模具上設 置加熱棒(7)的方式，脹形過程中管坯(1)的加熱采用向管坯(1)內(nèi)通入 高溫的液體壓力介質的方式。
全文摘要
管材變形性能的壓扁-脹形測試方法，它涉及一種管材變形性能的測試方法。本發(fā)明的目的是為了更好地測試和評價管材的變形性能，為管材的內(nèi)高壓成形提供準確可靠的管材變形性能指標。本發(fā)明的主要步驟為壓扁過程、脹形過程、記錄管材的脹破壓力并得到極限脹形系數(shù)、得到不同壓下量對應的脹破壓力及極限脹形系數(shù)、最后得到隨著管坯壓扁量逐步增大脹破壓力的變化曲線以及極限脹形系數(shù)的變化曲線。采用該方法能夠獲得不同壓扁變形量對應的脹形結果，可以更為全面地反映壓扁過程對后續(xù)脹形變形性能的影響，便于確定合理的壓扁變形量。
文檔編號G01B21/32GK101551244SQ20091007204
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權日2009年5月18日
發(fā)明者何祝斌, 峰 梁, 王志彪, 郭鳳梅, 龍建周 申請人:哈爾濱工業(yè)大學