液压复合成形技术在三通件上的应用——文献学习体会

文献概况与技术背景

本文发表于《锻压技术》2018年第43卷第1期，由上海航天精密机械研究所与哈尔滨工业大学联合完成，依托上海航天局型号工艺攻关项目（716A-YZ）开展。研究对象为1Cr18Ni9Ti不锈钢球形三通件，内径SR90 mm，属于航天领域精密管件范畴。传统三通件制造多采用数控铣削加工或焊接组对方式，前者材料利用率低、加工周期长，后者存在焊缝残余应力与应力集中问题。液压复合成形技术将充液拉深与内高压胀形两个工序有机结合，利用液体介质的等压传递特性实现复杂曲面管件的整体成形，是近年来管件成形领域的重要突破方向。

核心技术要点解读

充液拉深阶段力学分析

文献建立了充液拉深阶段的力学模型，重点分析了摩擦系数、拉深比、压边力等参数对成形质量的影响。充液拉深过程中，液室压力通过模具型腔传递至板料，使板料在凸模与凹模之间产生塑性变形。摩擦系数直接影响板料在模具型腔中的流动阻力，摩擦系数过大将导致板料流动不均，产生局部过度减薄或起皱。拉深比决定了成形深度与材料流动程度的关系，拉深比过大则材料流动困难，过小则成形不充分。压边力的大小需与液室压力协调匹配，压边力不足会导致板料起皱，过大则增加拉裂风险。

内高压胀形阶段分析

内高压胀形阶段利用高压液体从管件内部向外扩张，使管件沿轴向和径向同时产生塑性变形，形成三通分支结构。胀形力的大小直接影响壁厚减薄分布，胀形力过大将导致局部过度减薄甚至破裂，过小则成形不充分。文献通过数值模拟对液室压力进行了系统分析，发现40 MPa液压条件下充液拉深后零件壁厚减薄率最小，为27.5%，壁厚最薄处位于凸模圆角区域。这一结论具有重要的工程指导意义——凸模圆角区域是应力集中最显著的部位，也是成形过程中最易发生失效的关键区域。

关键工艺参数汇总

工艺创新与工程实践价值

本文最大的创新在于将液压复合成形技术应用于球形三通件的整体成形，实现了从传统加工到整体成形的工艺跨越。传统数控铣削加工方式需要大量去除材料，对于1Cr18Ni9Ti不锈钢这类加工硬化倾向明显的材料，铣削加工不仅材料浪费严重，而且切削力大、刀具磨损快、加工效率低。液压复合成形技术通过充液拉深与内高压胀形的组合，使材料在模具约束下均匀流动，大幅减少了材料去除量。

试制结果表明，成形三通件翻边处最小壁厚为1.59 mm，通过了液压强度与气密性能等可靠性考核。这一结果说明液压复合成形工艺在控制壁厚均匀性方面具有明显优势。液体介质在成形过程中能够均匀传递压力，避免了传统冲压中因摩擦不均导致的局部过度减薄问题。对于航天领域对管件可靠性的严苛要求，液压复合成形技术提供了可靠的工艺保障。

从FMEA（失效模式与影响分析）的角度审视，液压复合成形工艺的主要失效模式包括：充液拉深阶段的板料起皱与拉裂、内高压胀形阶段的局部破裂与过度减薄、以及两个工序之间的过渡区域成形不良。针对这些失效模式，需要严格控制液室压力曲线、模具圆角半径、压边力与胀形力的匹配关系。文献中40 MPa的最优液室压力即为通过大量数值模拟与试验验证得出的工艺窗口，为工程应用提供了明确的参数指导。

学习心得与延伸思考

通过研读本文，我深刻体会到液压复合成形技术在复杂管件制造中的独特优势。传统管件制造依赖材料去除加工，而液压复合成形技术实现了材料成形加工，这一转变对于提高材料利用率、降低制造成本、缩短研制周期具有革命性意义。材料利用率提高60%以上、研制周期缩短8天，这些量化指标充分体现了工艺改进的实际价值。

对于1Cr18Ni9Ti不锈钢这一材料，其冷加工硬化指数较高，传统冲压成形时壁厚减薄分布不均匀的问题尤为突出。液压复合成形技术利用液体的等压特性，使材料在成形过程中受力更加均匀，有效缓解了这一问题。凸模圆角区域壁厚最薄这一发现，提醒我们在模具设计时需要特别关注该区域的几何参数优化，适当增大凸模圆角半径或采用变圆角设计，可以进一步改善壁厚分布。

从工程实践角度看，液压复合成形技术的推广应用还面临一些挑战：液室密封可靠性要求高、高压液压系统投资较大、工艺参数优化需要大量数值模拟与试验验证。未来随着液压控制技术的进步和有限元分析软件的完善，液压复合成形技术在复杂管件制造中的应用前景将更加广阔。对于航天领域的高可靠性管件需求，液压复合成形技术有望成为替代传统加工方式的主流工艺路线。