冷挤压成形的薄壁不锈钢管件由于其优良的力学性能、防腐抗蚀能力及较低的重量和成本，广泛适用于输送各种流体的管道系统。不锈钢材料的化学稳定性，使得它特别适用于要求对流体无污染的道输送系统，如城市的供水管道等。在德国、瑞典、日本、韩国等发达国家，薄壁不锈钢管道已广泛应用于城市供水系统中。我国于2001年8月24日同时发布了《薄壁不锈钢水管》、《薄壁不锈钢卡压式管件》两项行业标准来大力推广不锈钢薄壁管道在我国城市供水系统中的应用。薄壁不锈钢管件的成形技术有着巨大的市场应用价值。

    1 模具结构设计薄壁不锈钢三通管件是一种常用的管道元件，一般是通过对管材胀形来获得的，其原理是依靠料的塑性拉伸，在压力作用下使直径较小的管坯沿径向向外扩张。有关行业标准中规定的管材规格见表1。由表1可知，该类薄壁管的径壁比有的达到40：1以上，对这样的薄壁管材进行冷挤三通成形，既要避免变形部位管壁破裂，又要防止管坯产生径向褶皱，为此设计了如图1所示的轴向双向压缩胀形的模具结构形式。这种结构模具的工艺原理是，将管坯放入沿管材轴线上下开合的三通凹模型腔内，管坯内塞有聚氨酯弹性体，合模后管坯两侧轴向的挤压杆同时相对、等速挤压管坯和管坯内的弹性体，管坯内聚氨酯弹性体的弹性模量极大，高压下的体积变化很小，在一定压力下近似于不可压缩流体，它的变形流动将使管坯充填到凹模内的三通腔口内，从而使三通管件成形。撤掉挤压力后，聚氨酯弹性体恢复原来的形状，即可从管件中取出。挤压杆的端部为阶梯轴，阶梯轴的外径分别等值于管坯的内径和外径，当管坯壁厚<1．5mm 时，挤压过程中挤压杆端部台阶对管坯的轴向挤压十分必要，它可补充管坯的塑性变形量，防止管坯因自然变形不足而出现的管壁破裂件的压力会减小，因此开槽时要同时兼顾圆周力和压力，才能获得最佳的加工效果。通过改变芯垫的轴向尺寸，可改变管件三通出口的深浅。上、下模具在模座内的安装与定位采用哈夫模具结构形式，其特点是定位准确，安装方便，且模具的加工工艺性好。
   
    2 工艺分析在专门设计的三通管件液压挤压机上对表1所示的不锈钢薄壁管材进行了大量三通挤压试验，结果表明，薄壁不锈钢管材冷挤压三通成形的关键工艺主要体现在以下几个主要方面：
(1)足够大的合模力合模力不足将导致挤压过程中上下模开缝，不但会使管件外表出现很严重的沿模具开缝方向的凸痕、管件尺寸及形状不规则，而且使挤压杆施加于管坯轴向的压力失稳，直接导致挤压失败。合模力与挤压力的大小可按下式进行估算： F =4PL ／D 式中：F为合模力；L为管坯内橡胶棒的长度；P为挤压力；D为管坯直径。从上式中可看出，合模力大小与挤压力P及胶棒长度L和管径D 的比值L／D 成正比。对于同一种外径及壁厚的管材，使管件三通成形的挤压力基本是一定的，其大小主要取决于材料的塑性能力。结合上式便可看出，在外径及壁厚一定的情况下，合模力主要取决于橡胶棒的长度。因此要降低合模力，应尽可能地降低管坯内橡胶棒的长度。
(2)合适的橡胶棒长度管坯内橡胶棒的长度如过长，将导致管坯接近于自然胀形状态，管坯轴向受压所产生的用于弥补材料塑性变形不足的作用将被削弱，其结果是管坯破裂。管坯内橡胶棒的长度如过短，其体积流动将不足以使管坯充满凹模型腔，管件将处于半成形状态。由于聚氨酯橡胶棒的体积弹性模量不是一个确定的值，同时管坯的尺寸也有误差，因此对橡胶棒长度的理论计算没有太大的应用意义。在实际生产过程中，可按图2所述步骤逐步试出橡胶棒的长度。
(3)凹模型腔的表面处理凹模的型腔要有较佳的表面粗糙度、良好的耐磨性能及较高的抗变形能力。达到这些要求又不提高模具成本的做法是，选用普通优质钢材如40Cr等，整体热处理45～50HRC，在凹模的型腔内表面镀0．05～0．10mm的硬铬层，并磨削至合适的表面粗糙度。图2 确定橡胶棒长度的试验流程图
(4)管坯塑料薄膜包覆工艺不锈钢材料在塑性变形时极易粘附于模具的表面，这是导致模具失效的主要形式。在对不锈钢材料拉伸时，为防止这种现象的发生，通常的做法是在不锈钢的表面涂刷一层拉伸油。但这种做法在不锈钢管件的三通成形工艺中不适用。笔者在对涂刷了拉伸油的不锈钢薄壁管坯进行三通成形中发现，这种做法极易使薄壁管件表面产生褶皱。同时凹模的型腔也积有拉伸油的氧化残液，破坏了型腔表面粗糙度。