紫铜等径长支管三通管复合胀形工艺学习体会

文献概况与工艺背景

本文由河南科技大学蔡利芳等人撰写，发表于《河南科技大学学报（自然科学版）》2003年第24卷第1期。该文献介绍了一种以聚氨酯橡胶为胀形介质，采用复合胀形工艺将无缝管一次成形为紫铜等径长支管三通管成品的加工方法。文献涵盖了模具结构设计、胀形变形力学特征、胀形成形机理分析及胀形力的计算等内容。

紫铜三通管广泛应用于制冷空调系统、制冷设备、化工装置以及电子电器行业。由于紫铜具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，对成型质量要求较高。长支管三通管的制造难点在于支管长度较大，传统胀形工艺容易出现壁厚减薄过大、胀形不均匀等问题。

复合胀形工艺的核心技术

聚氨酯橡胶胀形介质的优势

文献采用聚氨酯橡胶作为胀形介质，这是一种在金属塑性成形领域被广泛使用的柔性介质材料。与传统刚性芯棒或液体胀形相比，聚氨酯橡胶具有以下显著优势：

聚氨酯橡胶在胀形过程中能够随管材变形而均匀膨胀，对管壁施加均匀的径向压力，有效避免了局部应力集中和壁厚减薄不均匀的问题。这对于紫铜这种加工硬化倾向明显的材料尤为重要。

复合胀形的工艺原理

复合胀形工艺结合了多种成形方式的优势，通常包括以下步骤：

1. 预成形：在无缝管上预先加工出三通的基本轮廓，包括支管区域的预开孔或预减薄处理。
2. 胀形成形：将聚氨酯橡胶芯棒置于管内，通过液压或机械方式使其均匀膨胀，使管材在模具约束下发生塑性变形，形成三通形状。
3. 精整处理：对胀形后的三通进行尺寸修正、表面处理和去应力处理。

模具结构设计要点

模具结构是复合胀形工艺成功的关键。文献中对模具结构进行了详细设计，需要考虑以下因素：

• 模具材料选择：应采用高硬度、耐磨性好的合金工具钢，表面进行氮化或镀硬铬处理以提高使用寿命。
• 模具间隙控制：模具与芯棒之间的间隙直接影响成形的壁厚减薄率和尺寸精度，需要根据紫铜的力学性能参数进行优化设计。
• 模具分型面设计：合理的分型面设计有利于芯棒的装拆和成品的脱模，避免对已成形件造成损伤。

胀形力的计算与工艺参数确定

胀形力的准确计算对于设备选型和工艺参数确定至关重要。文献中给出了胀形力的计算方法，主要考虑以下因素：

• 紫铜材料的流动应力（与应变硬化指数n和塑性应变比r相关）
• 胀形区域的变形程度
• 摩擦条件
• 模具几何参数

工程实践中的质量控制要点

从管件制造质量控制的角度来看，紫铜三通的胀形成形质量需要关注以下方面：

• 壁厚均匀性：胀形过程中壁厚减薄应控制在合理范围内（通常不超过25%），避免局部减薄过大导致强度不足。
• 表面质量：胀形后的表面应光滑，无拉痕、折叠、起皱等缺陷，这对制冷系统中的流体流动和换热效率至关重要。
• 尺寸精度：三通的内径、外径、支管长度等关键尺寸应符合设计要求，公差控制需符合相关标准（如GB/T 14823或ASME B16.18）。
• 残余应力控制：胀形成形后应进行去应力退火处理，以消除残余应力，防止后续使用中发生应力腐蚀开裂。

学习心得与工艺创新思考

该文献展示的复合胀形工艺体现了"以柔克刚"的成形哲学。在管件制造领域，传统的冲压、推制等工艺往往对材料变形能力要求较高，而复合胀形工艺通过柔性介质的均匀施压，有效克服了材料变形不均匀的问题，特别适用于形状复杂、壁厚要求严格的管件成形。

对于从事管件制造的工程师而言，这一工艺启示我们：在遇到成形困难时，不应局限于传统工艺的优化，而应积极探索新型成形方法和工艺组合。聚氨酯橡胶胀形工艺的成功应用，为其他金属管件（如不锈钢三通、钛合金三通）的成形提供了可借鉴的技术路线。