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1、扩口试验一、扩口试验简介扩口试验，是检验金属管端扩口工艺的变形性能一种方法。 在进行扩口试验时， 将具有一定角度（如30。、45。、60等）的顶芯压入金属管试样一端，使其均匀地扩张 到有关技术条件规定的扩口率（），然后检查扩口处是否有裂纹等缺陷，以判定合 格与否。试验中用到的符号、名称和单位如表 1和图1所示：表1符号名称单位a管壁厚度mmD金属管原始外径mmD u试验后金属管最大外径mmL试验前的金属管长度mmB顶芯角度()图1试验一般在10T-35T的室温范围内进行。对要求在控制条件下进行的试验，试 验温度应为23C 5C。平稳地对圆锥形顶芯施加力使其压入试样端部进行扩口，直至达到所要求的
2、外径。扩口率计算公式如下所示:XJ%） = DuDx 100 dD试验时应注意以下几点：1、扩口期间圆锥形顶芯的轴线应与试样的轴线一致；2、允许润滑顶芯，但在试验期间不应相对于试样转动；3、出现争议时，压板的移动速度不应超过 50mm/min；4、对扩口试验的结果的评定应依据相关产品标准的要求。当产品标准中没作规 定时，在不使用放大镜的情况下，如果无可见裂纹，应评定为合格，仅在试样棱角处 的轻微开裂不应判废。本次实验标准采用GB/T 2422007/ISO8493.1998。二、实验过程1、试验前期准备（1）扩口实验模具设计因为我院没有专业的扩口实验机，但扩口试验的原理比较简单，所以根据试验的
3、 要求自行设计模具。模具的主要参数是顶芯角度与最大直径，两者与材料尺寸相配合可以限制所能做 出的最大扩口率。经过讨论，我们一直认为顶芯角度不影响或对扩口率的影响很小， 所以本次试验只挑取一个顶芯角度的模具进行试验，并把顶芯角度定为45。零件外径为35mm，故将模具最大直径设计为 70mm，那么用本模具对该管材做扩口试验时所 允许的最大扩口率是100%。模具图如下所示：(2) 试样制备由相关标准查得对于顶芯大于30的模具，试样高度应取试样直径的1.5倍。经 过测量，管材外径为35mm，所以试样高度应在52.5左右。考虑到试样端面应与轴线垂直，试样经手锯锯下之后还应在车床上车断面。一共 制取了五个
4、试样，依次标号为1#、2#、3#、4#、5#。试样尺寸如下表所示：表2符号aDLB尺寸1.56mm35mm55mm45 2、实验过程与结果分析(1)具体试验过程本试验共有五个试样，设备有液压机、千斤顶和拉伸试验机。其中，在液压机和 千斤顶上各做了一次试验，在拉伸试验机上做了三个实验。在液压机上做试验时，有一人操控液压机，液压机四周安排人不断观察试验进展， 有裂口迹象或出现小裂纹立马喊停，此时操控机器的人立马停下液压机。随后，液压 机横梁上升，取出试样。在千斤顶上做实验时，有一人压千斤顶，四周安排人观察试验进展。实验中观察 到试样刚出现裂纹时即迅速扩展开，结果裂口很大。图3 1#试样图4 2#试
5、样图3为在液压机上做的试样 图4为在千斤顶上做的试样在拉伸试验机上做试验时，设定下压速度为20mm/min。第一个试样压至出现裂纹， 并记录其最大压力为19.22KN。做第二个试样时，设定压力达到 19KN时试验机停止， 但结果显示，第二个试样达到断裂的最大压力为18.45KN，因此第二个试样也出现了裂纹。第三个试样设定压力达到 18KN时试验机停止，该试样没有出现肉眼可见的裂 纹，可以以该试样的数据来进行计算。图5 3#试样图6 4#试样图5、6、7是在拉伸试验机上依次做的三个试样图7 5#试样出现裂纹的试样均列为废品，只有五号试样可用来计算扩口率。Du的测量结果如下：表3D U1Du2Du
6、3Du4Du5Du（平均值）42.6242.6242.6442.6442.6642.636单位：mm扩口率计算：xd（%）Du -DDX 100=42.636-35 x 10035=21.82对于1#、2#、3#、4#试样，考虑到即便发生开裂，但扩口边缘的周长不会变，由 此可算出在发生开裂时的直径，进而可算出试样在断裂时的最大扩口率。但由于测量 其周长有一定误差，不能作为判断其扩口率的标准，但在此处均将其计算出来，以作 参考。1#、2#、3#、4#试样扩口边缘的周长分别是 141、142、135、136 （单位：mm）， 由Du = S/n得，其对应的直径分别为 44.9、45.2、43.0、
7、43.3 （单位：mm）。1#试样：Xd（ %）=DuD-DX100= 44.9-35 x 10035=28.302#试样Xd（ %）=DuD-DX100=45.2-35 X 10035=29.143#试样Xd (%) =Dud-DX100=43.-35 x 10035=22.864#试样Xd (%) =%-Dx100= 43-335x10Q35=23.71注：以上五次实验均采用机油润滑试样和模具。（2）结果分析对于1#试样，由于在液压机上做试验时，下压速度过快，而且中间有停顿，导致 下压速度不均匀，使控制不出现裂纹出现难度，最终导致出现裂纹。但由于液压机的 特性，使在液压机停机后，横梁对试样
8、所施加的压力也同时消失，因此裂纹较小。对于2#试样，在试验过程中，试样刚出现裂纹即迅速扩展开，并有嘭的响声。 经过分析，造成这一结果的原因是千斤顶在试样出现裂纹时其压力不能立马卸掉，依 然保持着下压的最大压力，在小裂纹出现后，迅速被撕裂。对于3#、4#和5#试样，由于是在拉伸试样机上做的实验，其压力、下压速度都可 以控制，因此试验结果较为理想。3#试样的目的在于测试样在达到开裂时的最大下压压力，对4#试样进行试验时所设定的最大下压压力以3#试样得出的最大下压压力（19.22KN）为参考。注意到4#试 样在下压压力达到18.45KN时即发生断裂，分析认为可能有以下几方面原因所致： 试样在模具上发
9、生偏斜；试验壁厚不均匀；试样本身在侧壁上存在缺陷。三、实验总结本次试验在三种不同的设备上做实验，所得结果有很大不同。分析后，我们得出 扩口实验应在可以调控试验最大压力、下压速度的试验设备上进行。另外，如果某设 备可以调控下压速度和下压行程，也同样可以胜任。本实验虽然得出了最终结果，但由于试验过程中模具及试样都没有固定、模具表 面不够光滑等，可能会导致试样轴心与模具轴心不重合，并可能导致扩口率精确度受 到影响。通过分析，我们认为可以通过以下方法在本次试验的基础上进一步提高试样 扩口率的精确性：（1）扩口模具及试样通过一定的连接方式固定在试验设备上，保证试样轴心与 模具轴心重合，防止试样歪斜；（2）试验模具应经过进一步的精车及磨削加工，以提高表面粗糙度等级；（3）可在拉伸试验机上再多做几次试验，尽量提高最大下压压力。可以预计，进一步改进之后再进行实验的话， 得到的扩口率应该比现在得到的要 大一些，而且，得到的扩口率精度要更精确一些，如果以后做实验时可以多考虑一下 这三点内容。
