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各種不銹鋼彎頭改進壓制工藝
點擊次數(shù)：490 發(fā)布時間：2010-11-27
① 彎頭成形效果不好，管件易產(chǎn)生凹陷，增加修復(fù)量，加大了修復(fù)費用。
②模具不易拆裝，增加輔助工時，降低了生產(chǎn)效率。以上問題嚴重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。采用軸向冷壓工藝生產(chǎn)不銹鋼彎頭，取得了十分顯著的效果。
1．徑向冷壓工藝原理
決定鋼材塑性變形的主要因素是伸長率 ，不銹鋼管材（例如1Crl8Ni9Ti）的伸長率為45％ ，而碳鋼管材（例如20鋼）的伸長率為25％ ，因此不銹鋼具有良好的冷壓塑性變形特征。
我公司以往采用的是目前國內(nèi)普遍采用的徑向冷壓工藝，彎頭的壓制過程大致如下：油壓機的壓力沿著管件表面徑向自上而下起作用，管節(jié)的短邊朝上，長邊朝下，在管節(jié)中裝入芯子， 管El插入馬蹄，管節(jié)架放在下胎具上。壓制時上胎具自上而下地壓制管子，管子發(fā)生相應(yīng)的變形。具體的壓制情況
其變形特征大體上歸納為以下幾點：
（1）外圓弧管壁（除管口外）處在拉伸變形范圍，其變形規(guī)律為中部成圓弧，兩個側(cè)翼拉平直。
（2）內(nèi)圓弧管壁（除管口外）受到擠壓，其彎曲變形始終是中部形成凹弧，兩個側(cè)翼起鼓凸。
（3）管口內(nèi)弧的變形處于擠壓狀態(tài)形成凹弧
2．問題分析
在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，采用該項工藝存在以下幾個問題。
（1）為保證彎頭成形充分，工藝上要求在壓制時管節(jié)內(nèi)必須放入芯子及馬蹄，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工較為困難。
（2）從管子的變形特性中可以看出，彎曲力是沿著管件表面的徑向起作用的，在管件表面所產(chǎn)生的應(yīng)力很大，使圖1中管內(nèi)未填充段產(chǎn)生凹陷，導(dǎo)致彎頭一次成形不好，增加了修復(fù)時間和費用。
（3）在壓制過程中由于管子內(nèi)、外弧的側(cè)翼易產(chǎn)生鼓凸和凹陷，使放在管子內(nèi)部的芯子及馬蹄在壓制完成后不易取出，增加了消耗在取芯子上的輔助時間，降低了生產(chǎn)效率。通過以上的分析可以看出，該工藝無法避免地會出現(xiàn)以上缺陷，而如果其變形是沿著軸向進行的，則可在成形方面較好地解決這一問題，因此，可考慮采用軸向壓制工藝。
1．理論依據(jù)
（1）建立力學模型 徑向冷壓力學模型如圖2所示，徑向冷壓模型可簡化為簡支梁的形式，圖2 徑I’01冷壓力學模型圖中q值為40t，其撓度公式為（警 ）9。13 x／（120EJ）當 =1／2 Z時，fl=flt4~fi：f1 =麗ql l"了（其中 = ／1）軸向冷壓力學模型如圖3所示。軸向冷壓是指壓頭對管節(jié)的作用力方向在管節(jié)的軸線方向上，而實際的彎曲力為壓力與模具對其反作用力的合力，因此，其力學模型可簡化為懸臂梁的形式，其撓度公式為：
f2 = 11 q214／（192EJ）
圖3 軸向冷壓力學模型
（2）兩種力學模型的比較 在兩種情況下，管件的zui大撓度相等，即有：f。 ：f=因此得： l／a2=M1／M2 ql／q2=7．5由此可以看出，徑向壓制所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力約是軸向壓制的7．5倍，在壓制時使得管內(nèi)未填充段的管件表面更易產(chǎn)生凹陷，所以，采用軸向壓制可在很大程度上避免這種缺陷的產(chǎn)生。
2．軸向壓制工藝的確定
（1）下料尺寸的確定 在確定冷壓不銹鋼彎頭的下料尺寸時必須考慮以下幾個因素：不銹鋼彎頭的設(shè)計長度、彎頭的端面加工余量以及管材的拉伸和壓率，同時由于壓力是作用在管節(jié)的端面上，因此需在管節(jié)長邊留有一定長度的直段h），以保證在壓制時管節(jié)的接口處不致發(fā)生變形。根據(jù)以上考慮可確定下料尺寸如下：
外弧下料長度：
X1 = 27cR 1／4 — 27cR1 ／4 + 2 C1
內(nèi)弧下料長度：
X2 = 27R2／4 + 27R2 ／4 + 2’C2 -
式中 尺 — — 外弧半徑；
，— — 內(nèi)弧半徑；
— — 拉伸率；
— — 壓縮率；
c— — 加工余量；
D— — 管節(jié)外徑；
R1= Ro+ D／2=2 D
下料尺寸結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
圖5 尺寸結(jié)構(gòu)圖
1．新工藝的生產(chǎn)驗證
根據(jù)以上所制定出的工藝方案，我們組織進行了~57mm×4mm、90。、1．5D不銹鋼彎頭生產(chǎn)，并將統(tǒng)計結(jié)果與以前進行了對比，如表1所示。
表1 產(chǎn)量和一次性合格率對比表平均班產(chǎn)量 壓制一次性 項目／（件／班） 合格率（％）徑向壓制工藝（原工藝） 50 45軸向壓制工藝（新工藝） 120 92
2．經(jīng)濟效益分析
（1）由于產(chǎn)量提高所增加的效益△S1= AD（M — C）一R
= 7000×（49．6—37．2）一5000
= 81 800元
△S= △D =49．6 X 7 000元=347 200元
（2）由于質(zhì)量等級提高使單位成本降低所增90 ‘ 鬟陵 墅墼2OO4年第7期加的效益
△S2= D（C0一C1）一R
= 12 000×（42．5—37．2）一5000
= 58 600元
（2）模具的設(shè)計模具作為不銹鋼彎頭冷壓工藝中的一個重要工藝要素，其設(shè)計合理與否將直接影響到彎頭的質(zhì)量。因此，冷壓不銹鋼彎頭的模具設(shè)計必須符合管子彎曲變形規(guī)律，滿足于冷加工的金屬塑性變形特點，同時必須作到簡便易做，裝配準確，操作可靠，使用靈活，符合安全和經(jīng)濟要求?；谏鲜鲈?，考慮到壓力是沿管子的軸線方向起作用這一特點，我們提出了冷壓不銹鋼彎頭的軸向壓制模具設(shè)計方案，如圖4所示。
圖中導(dǎo)向套的作用是防止管子在受壓時沿徑向凸鼓；而前端口部中的芯子則是為了防止管子內(nèi)弧在推出段發(fā)生凹陷而配備的；考慮到不銹鋼管件的回彈現(xiàn)象，實際模具的彎曲半徑Rl=2D— r（r為回彈系數(shù)）。具體的工作原理是：油壓機的壓力是自上而下沿著管件端面軸向起作用，管節(jié)的短邊朝出口，在管節(jié)前端口部裝入芯子，管節(jié)插入導(dǎo)向套。壓制時推頭自上而下的壓制管子，管子發(fā)生相應(yīng)的變形。