隔離套零件成型工藝分析

引言

目前企業(yè)中常用的隔離套加工工藝主要是焊接,通過焊接工藝將底板和凸緣部分與筒壁連接在一起。筒壁部分多采用無縫鋼管,凸緣與底部大多是鋼板材料。從無縫鋼管的制造工藝可以看出,無縫鋼管的強(qiáng)度和韌性在軸向非常好,但在周向上卻非常差。同時(shí),由于采用了焊接工藝,隔離套材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化,因此整體強(qiáng)度也降低了。另外,盡管目前焊接工藝已經(jīng)非常先進(jìn),焊縫也非常細(xì)密平整,但被用于化工領(lǐng)域的磁力泵中,再細(xì)密的焊縫也會(huì)存在巨大的安全隱患。因此從安全可靠性和成型工藝角度出發(fā),考慮到便于安裝和降低成本的要求,隔離套的加工采用板料拉伸成型工藝。新設(shè)計(jì)隔離套三維圖如圖1所示。從圖中可以看出,新設(shè)計(jì)隔離套基于板料拉伸成型成圓筒形,凸緣部分帶翻邊,底部帶球形凸起,凸緣和筒壁之間與底部和筒壁之間均有圓角存在,而且凸緣和筒壁間的圓角半徑非常小。

1隔離套零件成型特點(diǎn)

通過隔離套零件的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)分析可以看出,隔離套零件的成型不僅需要拉伸工序以及拉伸工藝所決定的落料、切邊和整圓角工序,還包括凸緣部位的翻邊工序。

為消除目前所使用的隔離套的焊縫導(dǎo)致的安全隱患,新設(shè)計(jì)隔離套零件的主要生產(chǎn)工藝采用板料拉伸成型工藝。拉伸成型工藝要求其毛坯的形狀和大小要合適,而且工藝圓角半徑也較大,因此決定了隔離套零件的輔助成型工序必定有拉伸毛坯的落料和必要的整圓角工序。另外,考慮到落料后毛坯邊緣斷面有可能出現(xiàn)毛刺以及拉伸過程中凸緣邊緣增厚和褶皺不平,這些都影響隔離套零件的精度,因此隔離套成型拉伸后需要進(jìn)行切邊工序。從新設(shè)計(jì)隔離套的三維圖1和工程圖2中均可以發(fā)現(xiàn),新設(shè)計(jì)隔離套凸緣部位有翻邊,因此隔離套零件的成型工序最后還需增加翻邊工序,才能完成零件的完整成型。

2隔離套零件拉伸成型工藝分析

2.1隔離套零件尺寸

從隔離套結(jié)構(gòu)分析和圖2展示的主要尺寸可以看出,隔離套內(nèi)形尺寸4102±0.03mm,外形尺寸4118±0.1mm,材料厚度1=0.8mm,尺寸精度較高,其中4102±0.03mm為IT8級(jí)精度,4118士0.1mm為IT11級(jí)精度。

隔離套零件為有凸緣圓筒形拉伸件,尺寸精度要求高。

2.2隔離套拉伸工藝設(shè)計(jì)分析

隔離套凸緣相對(duì)直徑df/d=1.27,df/de[1.1,1.4],因此屬于帶小凸緣的圓筒形零件。另外,隔離套零件相對(duì)高度H/d=0.97,坯料相對(duì)厚度1/Do×100=0.33,其中凸緣直徑為隔離套展平后尺寸124mm與修邊余量Adf=4.3mm的2倍之和,其值為131mm:零件直徑d為零件中心層直徑,值為108mm:Do為隔離套毛坯直徑,其值采用計(jì)算數(shù)據(jù)238.65mm。通過從沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)中查表和計(jì)算,采用普通拉伸方法,隔離套零件需采用兩次拉伸,各道次具體拉伸尺寸和工藝參數(shù)如圖3所示。

從圖3可以看出,隔離套零件的拉伸只需要兩道工序,因此均具有錐形的凸緣。第一次拉伸直徑d=150mm,拉伸高度b=79mm;第二次拉伸直徑d=108mm,達(dá)到零件技術(shù)要求。后續(xù)增加整形工序,凸緣整平,且凸緣與直壁間圓角半徑R8mm整形成R2mm,與隔離套零件技術(shù)要求一致。另外,隔離套零件底部帶圓弧形凸起,拉伸時(shí)這部分凸起的成型屬于純脹形,對(duì)于零件毛坯直徑基本沒有影響,可以在第1道拉伸工序完成,但拉伸成型過程中必須增加凸起脹形的凸模。

普通拉伸工藝的精度一般為IT9～I(xiàn)T11級(jí)。拉伸時(shí),筒形件直壁部分材料厚度發(fā)生變化,接近底部圓角處會(huì)變薄,而接近口部處會(huì)有所增厚;拉伸凸、凹模之間的間隙大于一個(gè)材料厚度,拉伸后直壁會(huì)有一個(gè)錐度,因此一般拉伸件尺寸精度只能達(dá)到IT16級(jí),而隔離套零件的尺寸精度為IT8級(jí),因此整形工序中模具尺寸精度需要提高。

板料充液拉伸工藝為新型的拉伸工藝,是一種柔性的成型方式。充液拉伸工藝采用液體介質(zhì)作為傳力介質(zhì)傳遞載荷,使板料在液體介質(zhì)的壓力作用下緊靠凸模以實(shí)現(xiàn)零件的成型。與普通拉伸工藝相比,先進(jìn)的充液拉伸工藝具有許多優(yōu)點(diǎn),如表1所示。

采用充液拉伸工藝,隔離套零件只需要一個(gè)道次即可成型,而且成型精度也非常高。這是因?yàn)槌湟菏抑幸后w介質(zhì)代替凹模傳遞載荷的作用,毛坯會(huì)緊緊貼著凸模,能夠消去普通拉伸過程中凸、凹模間隙所帶來的尺寸上的誤差。

同時(shí),因?yàn)橐后w從坯料與凹模上表面間溢出形成流體潤(rùn)滑,利于坯料進(jìn)入凹模,減少零件表面劃傷,成型零件外表面可以保持原始板料的表面質(zhì)量,因此零件的表面質(zhì)量也更好。另外,由于充液拉伸凹模模具簡(jiǎn)單,無需制成與凸模型面一致的型腔,故加工非常容易,模具成本也更低。

綜合考慮,隔離套零件的拉伸成型采用充液拉伸新工藝更為合理,不但可實(shí)現(xiàn)一次成型,減少模具成本,而且成型精度和表面質(zhì)量比普通拉伸工藝更好,能夠達(dá)到隔離套零件技術(shù)要求。

3隔離套零件成型工藝流程設(shè)計(jì)

通過隔離套零件成型工藝分析,隔離套主要成型工藝采用充液拉伸新工藝。充液拉伸時(shí),為使凸緣區(qū)材料更易流入凹模口部,隔離套零件凸緣與筒壁間需要設(shè)置較大的圓角半徑,因而后續(xù)要增加整圓角工序才能滿足零件技術(shù)要求。

另外,從零件結(jié)構(gòu)可以看出,隔離套凸緣帶翻邊,因而成型過程中要增加翻邊工序?？紤]到前期拉伸毛坯的落料工序和后期邊緣毛刺的切邊工序,隔離套零件的成型工藝流程如圖4所示。

落料工序?qū)儆跊_裁工藝的一種,是利用模具將板料沿一定的封閉輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓方式。隔離套零件屬于圓筒形件,故其毛坯形狀是簡(jiǎn)單的圓形。整圓角工序是為了把拉伸工序中特意放大的凹模圓角修整成零件要求的大小,整個(gè)工序中只有凹模圓角大小發(fā)生變化。切邊和翻邊工序組合在一起,既節(jié)省了模具費(fèi)用,又減少了零件多次成型而產(chǎn)生的加工硬化以及有可能帶來的零件表面劃傷。

4結(jié)語

與采用傳統(tǒng)焊接工藝加工的隔離套相比,新設(shè)計(jì)隔離套采用板料充液拉伸工藝,不僅安全可靠性好,成型精度高,表面質(zhì)量好,而且生產(chǎn)成本低,生產(chǎn)周期短。從隔離套零件工程圖可判斷,其屬于深拉伸件,采用普通拉伸工藝,需要進(jìn)行兩個(gè)道次的拉伸過程,而且尺寸精度只能達(dá)到IT16級(jí),筒壁部分因?yàn)橥?、凹模間隙的原因存在錐度,因此后續(xù)增加的整形工序不但要整平凸緣,減小凸緣與筒壁之間的圓角半徑,還要調(diào)整筒壁的尺寸精度。經(jīng)分析比較,隔離套零件的拉伸采用充液拉伸工藝較為合理。通過零件成型工藝特點(diǎn)的分析可知,隔離套成型工藝流程主要包括落料、拉伸、整圓角和切邊翻邊工序。