一种BFe30-1-1铁白铜小曲率半径弯头的冲压焊接成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冲压焊接成型方法，特别涉及一种BFe30-l-l铁白铜小曲率半径弯头 的冲压焊接成型方法。
【背景技术】
[0002] BFe30-l_l(铁白铜）材料小曲率半径弯头由于曲率半径小，基本等同于其直径， 直接弯制极易产生褶皱和断裂现象，难以实现；由于BFe30-l-l(铁白铜）属于特殊材质，市 面上没有合适的标准件弯头。
[0003] 冲压焊接成型，是指采用与管材相同材质的板材用冲压模具冲压成半块环形弯 头，然后将两块半环弯头进行组对焊接成形。现有技术中冲压弯头的有碳钢、不锈钢、合金 钢等材质，没有BFe30-l-l(铁白铜）材料在这种技术上的应用。
[0004] 某重点工程机组汽封抽气器中的小曲率半径弯头，材质为BFe30-l_l，规格为 Φ108X10,弯曲半径为R120。此弯头弯曲半径几近于管径，若采用管件直接弯曲的方法，管 子变形量会很大，在弯管时内弧处产生褶皱，外弧处产生拉断现象，因此采用直管弯曲成型 的方式无法实现该弯管的制造。
[0005] 采用板材热冲压成两个半环对接而成，热冲压温度为800°C_980°C。然而经过试 验，板材热冲压成型方案失败。如图2所示，板材发生脆性断裂。
[0006] 普通低碳钢弯头在冲压时一般采用传统的热压成型方法，由于金属材料的变形一 般在高温下进行，通常加热温度高于〇. 6熔点温度，在高温下金属的分子热运动加速，塑性 升高，有利于变形加工。BFe30-l-l(铁白铜）板材弯头的冲压成型沿用了金属变形的传统 方法，采用热变形，却出现了一些预想不到的结果，恰恰与想像的相反，塑性降低，导致热变 形开裂，强度降低到不符合标准如图2。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决BFe30-l_l(铁白铜）材料小曲率半径弯头由于曲率半 径小直接弯制极易产生褶皱和断裂现象的问题，而提出的一种BFe30-l-l铁白铜小曲率半 径弯头的冲压焊接成型方法。
[0008] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0009] 步骤一、将冲压模具的下模具的入模圆角的倒角半径r增大为12mm~15mm得到 重新设计的冲压模具；其中，冲压模具包括上模具和下模具；用来冲压形成小曲率半径弯 头的两块半弯头；
[0010] 步骤二、在毛坯内弧中间处设计半径为心为25~30mm，弧长1为100~120mm的 凹口；在毛坯外弧中间处设计半径为私为100~110mm，弧长L为150~180mm的凹口得到 两块设计的毛坯；其中，毛坯的材质为BFe30-l-l铁白铜；
[0011] 步骤三、利用步骤一重新设计的冲压模具将步骤二设计的两块毛坯分别冲压成两 块半环形弯头；其中，每块半环形弯头的截面呈半圆弧；
[0012] 步骤四、将两块半环形弯头进行组对焊接成环形BFe30-l_l铁白铜小曲率半径弯 头。
[0013] 发明效果
[0014] 由图2可知水室壳体热冲压过程中边缘受到较大的拉应力时，由于塑性不够产生 沿晶断裂。一种材料的变形需要具备两个条件，1.尽量小的变形抗力，2.尽量大的变形性， 通常材料随着温度的升高变形抗力降低，塑性提高。因此钢铁的变形通常在〇. 6熔点温度 以上进行，变形抗力降低，这时钢铁由体心立方结构转变成面心立方结构。
[0015] 面心立方结构更容易滑移原因：
[0016] 1.滑移面上的原子多、密集，易滑移；
[0017] 2.滑移方向比体心立方结构多，滑移易起动。
[0018] 3.面心立方结构的RpO. 2随温度降低的趋势没有体心立方结构明显，因此提高温 度改变塑性的效果也就没有体心立方结构明显。
[0019] 4.因此面心立方结构塑性较高，更容易成型。传统的钢铁变形通常在高温下进行。
[0020] BFe30-l_l(铁白铜）在室温下是面心立方结构，具有良好的塑性，随温度升高强 度降低，同时塑性降低更严重。BFe30-l-l不同温度下的力学性能比较见下表：
[0021]
[0022] 从表中可以看出BFe30-l_l的强度随着温度的升高明显下降，20°C与870°C强 度差十倍；而且塑性也显著下降一一延伸率降低一半，断面收缩率降低到三分之一。从 BFe30-l-l不同温度下的力学性能来看，应考虑晶界弱化问题，即晶界强度随温度升高而下 降。从300°C~400°C范围内塑性锐减，可以说晶界弱化是断裂的内在原因。这也是热冲压 产生变形开裂的内在原因。
[0023] 通过Bfe30-l_l(铁白铜）板料的冷冲压试验可以得出如下结论：
[0024] (l)BFe30-l-l(铁白铜）板料具有良好的室温塑性，冷变形性能良好。
[0025] (2)节约能源，便于操作，具有显著的经济效益，同时解决热冲后性能不合格问题。
[0026] 因此本发明产生的效果为：
[0027] l.BFe30-l_l(铁白铜）材料小曲率半径弯头由于曲率半径小，基本等同于其直 径，直接弯制极易产生褶皱和断裂现象，难以实现。通过试验实现了小曲率半径弯头冲压焊 接成型。
[0028] 2.BFe30-l_l(铁白铜）板料具有良好的室温塑性，冷变形性能良好，因此在冲压 时采用冷压成型，效果显著。
[0029] 3.设计凹口减小压型时内侧的材料堆积和外侧的材料延伸量不足，得到了较好的 成型毛坯。
[0030] 通过对BFe30-l-l弯头的金相检测，经过力学性能分析，得知BFe30-l-l白铜在室 温下是面心立方结构，具有良好的塑性，随温度升高强度降低，同时塑性降低更严重。故采 取冷冲压成型弯头效果会更好。
[0031] 通过此次发明，摸索出了白铜小弯曲半径弯头的成型方法，设计出了适用此类型 弯头成型的毛坯材料，解决了白铜在热冲压成型时发生的原材料断裂问题，以及在冷冲压 成型时发生的材料堆积，成型质量差等问题。本次发明的成功使BFe30-l-l铁白铜小曲率 半径弯头冲压焊接成型有理可依，有据可查，属于国内领先水平如图5和图6。
【附图说明】
[0032] 图1为【具体实施方式】一提出的冲压模具上下模及初始毛坯示意图；
[0033] 图2为【具体实施方式】一提出的现有技术压断的模具及成型后的零件示意图；
[0034] 图3为【具体实施方式】一提出的重新设计的毛坯是意图；
[0035] 图4为【具体实施方式】一提出的新设计的毛坯压型后的成型效果示意图；
[0036] 图5为【具体实施方式】一提出的焊接中半环形弯头示意图；
[0037] 图6为【具体实施方式】一提出的焊接成型弯头示意图；
[0038] 图7为【具体实施方式】一提出的冲压模具上模具、下模具与压力机组合视图；
[0039] 图8为【具体实施方式】一提出的下模具的入模圆角示意图；
[0040] 图9为【具体实施方式】一提出的冲压模具上模具、下模具及初始毛坯示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0041] 一：本实施方式的一种BFe30-l_l铁白铜小曲率半径弯头的冲压焊 接成型方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0042] 采用板材冷冲压成两个半环对接而成，试验在室温下进行，发生边缘材料堆积，造 成模具断裂（如图2所示）；
[0043] 由于管件在成型过程中，内弧受挤压向内收缩，外弧受拉伸向外延伸，图2所示的 这种原材料选择存在一定问题，在内弧受挤压处产生材料堆积，使工装的内弧处受到很大 挤压力，导致模具承受不住发生断裂，零件成型亦不到位；
[0044] 步骤一、将冲压模具的下模具的入模圆角的倒角半径r增大为12mm~15mm得到 重新设计的冲压模具如图7和图8 ;其中，冲压模具包括上模具和下模具；用来冲压形成小 曲率半径弯头的两块半弯头；
[0045] 步骤二、由于毛坯在压型过程中毛坯内弧受挤压向内收缩，外弧受拉伸向外延伸， 在内弧受挤压处产生材料堆积，因此在毛坯内弧中间处设计半径为&为25~30mm，弧长1 为100~120mm的凹口，在毛还外弧中间处设计半径为私为100~110mm，弧长L为150~ 180mm的凹口得到两块设计的毛坯；其中，毛坯的材质为BFe30-l-l铁白铜；详见图3,可解 决材料堆积问题；
[0046] 将设计毛坯进行冷压试验；设计凹口以释放压型时产生的应力集中，便于成型，试 验取得成功；如图5和图6为管件冷压成型成功后的焊接过程及焊后成型实例；
[0047] 设计的新模具增加了间隙，新设计的毛坯增加了凹口，使毛坯在成型过程中材料 堆积处留有余量，减小模具受到的挤压力如图3和图4;冲压模具上下模及初始毛坯示意图 如图1所示；
[0048] 步骤三、利用步骤一重新设计的冲压模具将步骤二设计的两块毛坯分别冲压成两 块半环形弯头如图9 ;其中，每块半环形弯头的截面呈半圆弧；
[0049] 步骤四、将两块半环形弯头进行组对焊接成环形BFe30-l_l铁白铜小曲率半径弯 头。
[0050] 本实施方式效果
[0051] 由图2可知水室壳体热冲压过程中边缘受到较大的拉应力时，由于塑性不够产生 沿晶断裂。一种材料的变形需要具备两个条件，1.尽量小的变形抗力，2.尽量大的变形性， 通常材料随着温度的升高变形抗力降低，塑性提高。因此钢铁的变形通常在〇. 6熔点温度 以上进行，变形抗力降低，这时钢铁由体心立方结构转变成面心立方结构。
[0052] 面心立方结构更容易滑移原因：
[0053] 1.滑移面上的原子多、密集，易滑移；
[0054] 2.滑移方向比体心立方结构多，滑移易起动。
[0055] 3.面心立方结构的RpO.2随温度降低的趋势没有体心立方结构明显，因此提高温 度改变塑性的效果也就没有体心立方结构明显。
[0056] 4.因此面心立方结构塑性较高，更容易成型。传统的钢铁变形通常在高温下进行。
[0057] BFe30-l_l(铁白铜）在室温下是面心立方结构，具有良好的塑性，随温度升高强 度降低，同时塑性降低更严重。BFe30-l-l不同温度下的力学性能比较见下表：
[0058]
[0059] 从表中可以看出BFe30-