隔离套零件成型工艺分析

引言

目前企业中常用的隔离套加工工艺主要是焊接,通过焊接工艺将底板和凸缘部分与筒壁连接在一起。筒壁部分多采用无缝钢管,凸缘与底部大多是钢板材料。从无缝钢管的制造工艺可以看出,无缝钢管的强度和韧性在轴向非常好,但在周向上却非常差。同时,由于采用了焊接工艺,隔离套材料内部组织结构也发生了变化,因此整体强度也降低了。另外,尽管目前焊接工艺已经非常先进,焊缝也非常细密平整,但被用于化工领域的磁力泵中,再细密的焊缝也会存在巨大的安全隐患。因此从安全可靠性和成型工艺角度出发,考虑到便于安装和降低成本的要求,隔离套的加工采用板料拉伸成型工艺。新设计隔离套三维图如图1所示。从图中可以看出,新设计隔离套基于板料拉伸成型成圆筒形,凸缘部分带翻边,底部带球形凸起,凸缘和筒壁之间与底部和筒壁之间均有圆角存在,而且凸缘和筒壁间的圆角半径非常小。

1隔离套零件成型特点

通过隔离套零件的工作环境和结构分析可以看出,隔离套零件的成型不仅需要拉伸工序以及拉伸工艺所决定的落料、切边和整圆角工序,还包括凸缘部位的翻边工序。

为消除目前所使用的隔离套的焊缝导致的安全隐患,新设计隔离套零件的主要生产工艺采用板料拉伸成型工艺。拉伸成型工艺要求其毛坯的形状和大小要合适,而且工艺圆角半径也较大,因此决定了隔离套零件的辅助成型工序必定有拉伸毛坯的落料和必要的整圆角工序。另外,考虑到落料后毛坯边缘断面有可能出现毛刺以及拉伸过程中凸缘边缘增厚和褶皱不平,这些都影响隔离套零件的精度,因此隔离套成型拉伸后需要进行切边工序。从新设计隔离套的三维图1和工程图2中均可以发现,新设计隔离套凸缘部位有翻边,因此隔离套零件的成型工序最后还需增加翻边工序,才能完成零件的完整成型。

2隔离套零件拉伸成型工艺分析

2.1隔离套零件尺寸

从隔离套结构分析和图2展示的主要尺寸可以看出,隔离套内形尺寸4102±0.03mm,外形尺寸4118±0.1mm,材料厚度1=0.8mm,尺寸精度较高,其中4102±0.03mm为IT8级精度,4118士0.1mm为IT11级精度。

隔离套零件为有凸缘圆筒形拉伸件,尺寸精度要求高。

2.2隔离套拉伸工艺设计分析

隔离套凸缘相对直径df/d=1.27,df/de[1.1,1.4],因此属于带小凸缘的圆筒形零件。另外,隔离套零件相对高度H/d=0.97,坯料相对厚度1/Do×100=0.33,其中凸缘直径为隔离套展平后尺寸124mm与修边余量Adf=4.3mm的2倍之和,其值为131mm:零件直径d为零件中心层直径,值为108mm:Do为隔离套毛坯直径,其值采用计算数据238.65mm。通过从冲压模具设计手册中查表和计算,采用普通拉伸方法,隔离套零件需采用两次拉伸,各道次具体拉伸尺寸和工艺参数如图3所示。

从图3可以看出,隔离套零件的拉伸只需要两道工序,因此均具有锥形的凸缘。第一次拉伸直径d=150mm,拉伸高度b=79mm;第二次拉伸直径d=108mm,达到零件技术要求。后续增加整形工序,凸缘整平,且凸缘与直壁间圆角半径R8mm整形成R2mm,与隔离套零件技术要求一致。另外,隔离套零件底部带圆弧形凸起,拉伸时这部分凸起的成型属于纯胀形,对于零件毛坯直径基本没有影响,可以在第1道拉伸工序完成,但拉伸成型过程中必须增加凸起胀形的凸模。

普通拉伸工艺的精度一般为IT9～IT11级。拉伸时,筒形件直壁部分材料厚度发生变化,接近底部圆角处会变薄,而接近口部处会有所增厚;拉伸凸、凹模之间的间隙大于一个材料厚度,拉伸后直壁会有一个锥度,因此一般拉伸件尺寸精度只能达到IT16级,而隔离套零件的尺寸精度为IT8级,因此整形工序中模具尺寸精度需要提高。

板料充液拉伸工艺为新型的拉伸工艺,是一种柔性的成型方式。充液拉伸工艺采用液体介质作为传力介质传递载荷,使板料在液体介质的压力作用下紧靠凸模以实现零件的成型。与普通拉伸工艺相比,先进的充液拉伸工艺具有许多优点,如表1所示。

采用充液拉伸工艺,隔离套零件只需要一个道次即可成型,而且成型精度也非常高。这是因为充液室中液体介质代替凹模传递载荷的作用,毛坯会紧紧贴着凸模,能够消去普通拉伸过程中凸、凹模间隙所带来的尺寸上的误差。

同时,因为液体从坯料与凹模上表面间溢出形成流体润滑,利于坯料进入凹模,减少零件表面划伤,成型零件外表面可以保持原始板料的表面质量,因此零件的表面质量也更好。另外,由于充液拉伸凹模模具简单,无需制成与凸模型面一致的型腔,故加工非常容易,模具成本也更低。

综合考虑,隔离套零件的拉伸成型采用充液拉伸新工艺更为合理,不但可实现一次成型,减少模具成本,而且成型精度和表面质量比普通拉伸工艺更好,能够达到隔离套零件技术要求。

3隔离套零件成型工艺流程设计

通过隔离套零件成型工艺分析,隔离套主要成型工艺采用充液拉伸新工艺。充液拉伸时,为使凸缘区材料更易流入凹模口部,隔离套零件凸缘与筒壁间需要设置较大的圆角半径,因而后续要增加整圆角工序才能满足零件技术要求。

另外,从零件结构可以看出,隔离套凸缘带翻边,因而成型过程中要增加翻边工序。考虑到前期拉伸毛坯的落料工序和后期边缘毛刺的切边工序,隔离套零件的成型工艺流程如图4所示。

落料工序属于冲裁工艺的一种,是利用模具将板料沿一定的封闭轮廓形状产生分离的一种冲压方式。隔离套零件属于圆筒形件,故其毛坯形状是简单的圆形。整圆角工序是为了把拉伸工序中特意放大的凹模圆角修整成零件要求的大小,整个工序中只有凹模圆角大小发生变化。切边和翻边工序组合在一起,既节省了模具费用,又减少了零件多次成型而产生的加工硬化以及有可能带来的零件表面划伤。

4结语

与采用传统焊接工艺加工的隔离套相比,新设计隔离套采用板料充液拉伸工艺,不仅安全可靠性好,成型精度高,表面质量好,而且生产成本低,生产周期短。从隔离套零件工程图可判断,其属于深拉伸件,采用普通拉伸工艺,需要进行两个道次的拉伸过程,而且尺寸精度只能达到IT16级,筒壁部分因为凸、凹模间隙的原因存在锥度,因此后续增加的整形工序不但要整平凸缘,减小凸缘与筒壁之间的圆角半径,还要调整筒壁的尺寸精度。经分析比较,隔离套零件的拉伸采用充液拉伸工艺较为合理。通过零件成型工艺特点的分析可知,隔离套成型工艺流程主要包括落料、拉伸、整圆角和切边翻边工序。