2.2 管材胀形性能测试

目前已经开发出的各种形式的用于测试 K 和 n 的专用管材性能测试装置其原理都基本一样，这些设备直接基于管件原有形状，通过填充成形介质对管件进行胀形试验，获得基本测试数据。这些数据被代入相应的胀形解析模型，经过处理，最终得到所需的 K 和 n 。由于该测试过程与实际液压成形过程非常相似，得到的参数也使得后续的有限元模拟结果更贴近真实。由此也可以看出，专用管材性能测试装置的根本目的就是对管材性能进行准确的定量评估，为后续的有限元模拟提供准确的材料参数，以保证计算结果可靠可信。

2.2.1 试验步骤与设备

为了对管件材料性能测试进行深入研究，本书介绍以ERC/NSM测试设备为基本原型的一套结构简单的管材液压胀形试验装置，如图2.14所示。借助该设备，记录管液压胀形过程中的压力和胀形高度的变化——压力-高度曲线。与国内外现有的测试设备相比，该装置由于采用管端固定的自由胀形工作方式，能够准确地反映管液压成形过程中材料在双向拉伸状态下的性能，免去了Gelin、ERC/NSM、Kuwabara等测试装置中用于控制轴向冲头的运动以实现管端液压密封的复杂伺服系统。除此以外，该装置密封是通过管端发生塑性变形，与密封冲头和模具紧密贴合来实现的。试验表明，该密封方式密封性能良好，操作方便，易于实现，不仅有效避免了Fuchizawa、Gelin、ERC/NSM、Kuwabara、郭成等设备通过管端内部橡胶密封方式造成的试验装卸困难、密封用橡胶损耗严重等缺陷，还避免了这些装置密封处管件与模具间发生相对滑移造成的管端边界条件不清晰，从而导致性能分析发生偏差，且不便于有限元模拟耦合等缺陷。

图2.15所示为胀形模具结构示意。为了节约费用，模具采用镶嵌式，模具内型腔镶块采用配合加工的方法来保证两边的同轴度，上下模之间通过定位销来保证位置度。模具材料为45钢。模芯材料为Cr12MoV，经过淬火后硬度达到60~63HRC。模具内腔型面直径为32mm，管材胀形区域（模具中空部位）宽32mm，过渡圆角为8mm。

2.2.2 试验结果与处理

1．测试试样

试验管材为前述的022Cr19Ni10不锈钢焊管和3A21O铝合金无缝管。管坯长度为100mm，由线切割机切割出，平整管坯两端去毛刺。

1）022Cr19Ni10不锈钢焊管：外径为 φ 32mm，壁厚为0.38mm，壁厚均匀、偏差小，测试试样数为10件。

2）3A21O铝合金冷拔管：外径为 φ 32mm，壁厚为1mm，壁厚均匀、偏差小，测试试样数为10件。

2．试验设备和过程

使用图2.16中所示的自制管材性能参数测试装置，进行管端固定的自由胀形（THB）试验。自由胀形区长度和管件外径相同，为32mm。在试验中，内部成形介质使用航空液压油。管件表面不进行润滑处理，以增加管件与模具的接触摩擦力，尽可能地阻止直壁区域的材料向胀形区域补充。将管件如图2.16所示放入模具，密封锁死。随着液压泵给系统不断往管内泵入液体，管内压力逐渐升高。当由于过高压力导致管件发生破裂的时候，试验终止（见图2.17、图2.18）。在试验过程中，记录下不同时刻的管胀形区域的最大位移和内压数据，绘制成压力-位移曲线。

分别对两种管件进行THB试验，得到基本的压力位移曲线（见图2.19与图2.20）。基于这些基本数据（见表2.9），构建合适的理论模型，对其进行必要的数据处理，从而详细地对管材性能进行系统的分析和讨论，以期获得更加准确的材料性能参数。