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1、华中科技大学硕士学位论文紫铜三通管复合成形关键技术的研究姓名：李小妹申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：夏巨谌2002.5.6华中科技大学硕士学位论文瓶要1 3 1 6 ，|紫铜管接头是空调、冰箱、宾馆、化工、机械等的油、气、热水和海水输送管路上的连接件，规格品种繁多，使用量大面广。采用整体塑性成形工艺代替分段焊接工艺生产管接头，是当前国际上管、板塑性成形技术研究的热点。选择技术难度最大的三通管接头作为典型件，对其整体塑性成形即复合成形的关键技术进行深入的研究，为该项技术的工业应用打下可靠的基础。采用传统的金属塑性理论和试验方法相结合，对三通管挤压胀形工艺进行了较为深入的研究，分析了
2、三通管挤压胀形的金属流动过程及应力应变状态。归纳了实现三通管接头挤压胀形的主要方法，胀形介质的选择，超高压静水压力的产生与控制，影响挤压胀形工艺的主要因素，提出了塑性介质挤压胀形力的计算公式。采用塑性力学与冲压工艺相结合的方法，论述了管件弯曲成形过程中的应力应变分布状态，工艺参数的确定，U 型管弯曲力的计算，导出了立体三通管弯曲力的计算公式。设计制造了挤压胀形与弯曲成形的实验模具装置，对三通管挤压胀形和弯曲成形进行实验研究，得到了基本符合有关技术要求的三通管接头样品，对理论分析所得结果进行了较为充分的验证。关键词：立体多通管超高压挤压胀形超长支管弯曲成形成形力华中科技大学硕士学位论文。 A b
3、 s t r a c tP u r p l ec o p p e rm u l t i - w a yt u b e sa r ej u n c t i o no ft r a n s p o r t a t i o np i p e l i n es y s t e mf o ro i l 、g a s 、h o tw a t e ra n ds e a w a t e ru s i n gi na i r - c o n d i t i o n 、r e f r i g e r a t o r y 、h o t e l 、c h e m i s t r yi n d u s t r ya
4、n dm e c h a n i s m M u l t i w a yt u b e sa r eu s e dv e r yw i d e l y A tt h ep r e s e n t ，r e s e a r c hf o C U So ft u b ea n db l a n kp l a s t i cf o r m i n gt e c h n o l o g yi st os u b s t i t u t ei n t e g e rp l a s t i cf o r m i n gp r o c e s s e sf o rs u b s e c t i o nw e
5、 l d i n gp r o c e s s e s M u l t i w a yj u n c t i o nf o r m i n gi st h em o s td i f f i c u l ti nt e c h n o l o g y , t h e r e f o r ei n t e g e rp l a s t i cf o r m i n gr e s e a r c ho fm u l t i w a yt u b e si st h es o l i db a s eo fi n d u s t r ya p p l i c a t i o n C o m b i
6、n i n gt r a d i t i o n a lm e t a lp l a s t i cf o r m i n gt h e o r y 、而t l le x p e r i m e n tm e t h o d t h ep a p e rd e e p l yr e s e a r c hm u l t i - w a yr o b ee x t r u s i o n b u l g ep r o c e s s e s ，a n a l y s i sm e t a lf l o wp r o c e s sa n ds t r a i n s t r e s ss t a
7、 t e ，c o n c l u d et h em a i nm e t h o do fe x t r u s i o n - b u l g ea n dm e d i u ms e l e c t i o n ，i n v e s t i g a t eh o wt op r o d u c ea n dc o n t r o lt h es u p e rh i g hs t a t i cp r e s s u r ea n dm a i nf a c t o r so fa f f e c t i n ge x t r u s i o n - b u l g ep r o c
8、e s s e s ，d e t e r m i n et h ec a l c u l a t i o nf o r m u l a so ff o r m i n gf o r c eo np l a s t i cm e d i u me x t r u s i o n - b u l g ef o r m i n go f m u l t i - w a yt u b ej o i n t C o m b i n i n gp l a s t i cm e c h a n i c sa n ds t a m p i n gt e c h n o l o g y , t h ep a p
9、 e ra n a l y s i ss t r a i n - s t r e s ss t a t ed u r i n gb e n d i n gf o r m i n go ft u b ep i e c e ，d e t e r m i n et h et e c h n i c a lp a r a m e t e r ,c a l c u l a t eb e n d i n gf o r c eo fU - t u b e ，e d u c ec a l c u l a t i o nf o r m u l a t i o no fb e n d i n gf o r c e
10、o ns o l i dt h r e e w a yt u b ej o i n t As e to fe x p e r i m e n t a ld e v i c eu s i n gt ob u l g ea n de x t r u d et h et e ej u n c t i o ni sd e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e d T h ee x p e r i m e n t sa r ep r o c e e d e do nay 2 8 4 0 0 8 0 0t o r t sh y d r a u l i cp r e s
11、 su s i n gc o p p e rt u b eb l a n k s A sag o o dr e s u l t ，t h et e ej u n c t i o ni so b t a i n e d I nt h ee x p e r i m e n ta n da n a l y s i sa r cu s e dt om a k er e s m th i g hp r e c i s i o n K e yw o r d s ：m u l t i - w a yt u b es u p e rh i g hp m s s u r ee x t r u d ea n db
12、 u l g eb e n d i n gf o r m i n gf o r m i n gf o m eI Illll华中科技大学硕士学位论文1 1 三通管塑性成形的概况1绪论随着人们对冰箱、空调的需求越来越多，作为冰箱、空调冷凝器套件的紫铜立体三通管接头( 图1 1 ) 的需求量也越来越大，在使用中发现焊接紫铜立体三通管接头存在着生产效率低，使用一段时间以后焊缝脱焊或产生裂缝，且外观质量差等问题。1 1 1 国外的发展概况图1 1 冰箱空调器上使用的立体三通管接头关于用管成形技术生产多通管的研究工作，国内外近年来都以普遍展开。美国和前苏联在管件的液压胀形工艺方面的研究较早，在二十世纪末期
13、就已经展开，由于研究工作的展开缺少理论依据，实验数据的缺乏以及昂贵的研究成本，使得对液压挤压胀形的工艺仅用在航空及军事领域，对管件的研究也仅限于两通管【”。日本在1 9 6 5 年发表了第一篇关于用铜管液压成形小型无缝三通管的论文，此后关于液压成形的文章华中科技大学硕士学位论文就屡见不鲜了，到了7 0 年代就已经能用此方法大批量生产直径达3 0 5 r a m 的钢件，特别是自行车车架来了解管件一类的多通管件，几乎都是用液压胀形的方法生产的，胀形压力也达到了1 0 0 3 0 0 M P a ，其中采用了逐渐施压的系统，收到了安全操作，精确调整内压和提高制件胀形比的效果 2 1 。8 0 年代
14、初，前苏联挤压胀形等径三通管和等径四通管，其支管的长径比达到了1 2 。但液压系统中必须使用增压系统才能获得胀形所必须的高压和超高压，存在系统复杂，技术难度大，投资大，生产率低等缺点1 3 】a 因而早在4 0 年代就已成功的应用在飞机制造中的橡胶成形技术越来越受到重视，随着高分子化学工业的发展，在7 0 年代末期，研制成功了多种具有高强度、高弹性和能耐超高压作用等性能优良的橡胶，美国在8 0年代末期使用聚氨酯橡胶棒代替液体胀形介质，研究成功并生产出了长径比大于2 的超长支管的三通管，独占国际市场，获得了很好的效益。到9 0 年代末期及本世纪初，一种新型管件成形介质脱颖而出，那就是低熔点合金，
15、利用低熔点合金作为挤压胀形介质可得到长径比达3 5 以上的超长支管的多通管H 】【5 】其成形性能得N - Y 大幅度提高。且这种低熔点合金利于管内径小于l O m m 的管件成形，且成形的精度高，表面光滑，不存在密封问题。到了9 0 年代，液压胀形成形工艺在各工业领域得到了普遍的关注，尤其是汽车领域，由于国际上，汽车零部件不断激烈的竞争，加上目前社会的趋势( 人们对环保意识的增强) 使得生产商不得不生产出重量轻，成本低、安全性能好的汽车【6 】，充分利用管件的液压胀形技术即可满足这一要求。在1 9 9 6 年的德国液压成形技术会议上，企业家和科研人员一起探讨有关液压成形的技术以及这一技术在工
16、业上的应用。在1 9 9 9 年9月份举行的国际塑性加工会议上设立了液压成形专题研究。S c h a f e r 液压成形公司还出版了液压成形设计手册，总之，液压成形技术在最近得到了飞速的发展【7 1 。1 1 2 三通管发展的国内现状国内这方面的起步较晚，但发展较快。1 9 9 3 年前通过积压胀形获得的三通管的长径比均小于1 。试验成功并投入生产的主要是自行车五通管及面管四通的挤压胀形，这华中科技大学硕士学位论文两种支管的长径比仅为O 5 左右。现在，浙江一私营企业，通过多次试验探索，应用聚氨酯橡胶作介质获得了三通管产品，但制件的内表面质量差，甚至在过渡区壁厚增加了三倍。华中科技大学锻压教研室精密模锻小组在消化吸收美苏日的先进技术的基础上，在塑性理论的指导下进行了深入的研究，已成功地解决了多通管塑挤胀形技术中的若干关键，杨雨春博士利用黄油、低熔点合金介质获得了长径比超过3 的三通管。上海交通大学用新的挤压胀形工艺代替落后的工艺方案，取得了较好的试验效果，并通过试验验证了液压成形力的理论验算【8 】。其后，山东工程
