① 彎頭成形效果不好,管件易產生凹陷,增加修復量,加大了修復費用。 ②模具不易拆裝,增加輔助工時,降低了生產效率。以上問題嚴重影響了產品的質量和產量。采用軸向冷壓工藝生產不銹鋼彎頭,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,兩個側翼拉平直。 (2)內圓弧管壁(除管口外)受到擠壓,其彎曲變形始終是中部形成凹弧,兩個側翼起鼓凸。 (3)管口內弧的變形處于擠壓狀態(tài)形成凹弧 2.問題分析 在實際生產過程中發(fā)現,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)內必須放入芯子及馬蹄,其結構復雜,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,在管件表面所產生的應力很大,使圖1中管內未填充段產生凹陷,導致彎頭一次成形不好,增加了修復時間和費用。 (3)在壓制過程中由于管子內、外弧的側翼易產生鼓凸和凹陷,使放在管子內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,降低了生產效率。通過以上的分析可以看出,該工藝無法避免地會出現以上缺陷,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 (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,徑向壓制所產生的內應力約是軸向壓制的7.5倍,在壓制時使得管內未填充段的管件表面更易產生凹陷,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 內弧下料長度: X2 = 27R2/4 + 27R2 /4 + 2’C2 - 式中 尺 — — 外弧半徑; ,— — 內弧半徑; — — 拉伸率; — — 壓縮率; c— — 加工余量; D— — 管節(jié)外徑; R1= Ro+ D/2=2 D 下料尺寸結構圖如圖5所示。 圖5 尺寸結構圖 1.新工藝的生產驗證 根據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,并將統(tǒng)計結果與以前進行了對比,如表1所示。 表1 產量和一次性合格率對比表平均班產量 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.經濟效益分析 (1)由于產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,其設計合理與否將直接影響到彎頭的質量。因此,冷壓不銹鋼彎頭的模具設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,符合安全和經濟要求?;谏鲜鲈颍紤]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計方案,如圖4所示。 圖中導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象,實際模具的彎曲半徑Rl=2D— r(r為回彈系數)。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)插入導向套。壓制時推頭自上而下的壓制管子,管子發(fā)生相應的變形。 |