机械扩径工艺过程与模具参数分析

摘要：现阶段，我国的工业产业进入了高速发展时期，就工业领域而言，管筒型零件的应用非常广泛。随着装备制造业的不断发展和进步，使其应用领域进一步拓宽，同时也对管筒的成型精度及其性能提出了更高的要求。为此，对其工艺过程与模具参数的优化显得尤为重要。基于此点，本文就机械扩径工艺过程与模具参数进行浅谈。

1.机械扩径工艺的特点分析

所谓的机械扩径实质上就是一种制造管筒型零件的塑性成型工艺，该工艺可广泛应用于各种管筒型零件的最终成型，如薄壁旋压筒型件、大口径直缝焊管、大直径螺旋焊管、厚壁筒型件等等。以大口径直缝焊管为例，可将其成型方法分为以下几种：UOE、RBE、cE、PFE、JCOE等等。在上述成型方法中的E代表的就是机械扩径工艺。大体上可将机械扩径的特点归纳为以下几个方面：

（1）有助于增强屈服强度

在机械扩径的过程中，能够使筒型零件的屈服强度有所提高。例如，在UOE成型法中，管体0在成型的过程中，由于周向压缩而产生出包辛格效应，从而导致焊管的屈服强度大幅度降低。而机械扩径所产生出来的应变状态为拉伸，并且扩径率通常较之筒体0成型的周向压缩量大很多。所以，在加工过程中，通过机械扩径可以抵消包辛格效应造成的屈服强度损失。相关研究结果表明，对钢管进行机械扩径处理后，管体的屈服强度要远远高于钢板自身的屈服强度。由此可见，机械扩径具有增大管筒型零件强度的作用[1]。

（2）能够消除残余应力

通常情况下，管筒焊接时，在焊缝位置出会存在一定的残余应力，借助机械扩径的塑性变形能够使这部分应力完全消除。由于管筒焊接的过程中，焊缝的各个方向上都会出现收缩，同时还会产生出一定的焊接应力，这部分应力多数都会集中在焊缝的周围，由此便会形成拉伸残余应力，从而会使焊管的承压能力降低。通过机械扩径，除了能够增加管径之外，并且还会使部分应力随塑性变形过程获得有效释放，这样便可以使残余应力得到控制。

（3）可使产品的尺寸和形状精度获得改善

在对中型和大型厚壁钢管进行焊接的过程中，焊接热影响区的形状与沙漏非常相似，其会使钢管管壁过热，管壁内外表面的温度相对较高，但中间位置处的温度却比较低，有焊接产生出来的这部分热量会导致钢管变形，从而会使焊管的尺寸和形状误差增大。而通过机械扩径能够使这一问题获得有效解决，这是因为在机械扩径的过程中，管坯的横断面椭圆度大幅度降低，尺寸与形状的误差随之减小。相关研究结果显示，机械扩径后的钢管尺寸与形状误差就是产品的最终精度[2]。可见，机械扩径对焊管品质起着决定性的作用。

2.机械扩径工艺过程模具参数优化研究