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不锈钢管形件的缩径方法概述

来源:至德钢业 日期:2020-01-17 17:23:10 人气:97

  在现代工业中,管形件有着广泛的应用,对于缩径类不锈钢管件同样有着重要应用:如应用于油气运输或压力容器中的波纹管;应用于空气设备中的导气过渡连接件;应用于汽车传动轴结构中的传动轴管、用于减震器的后簧座等;应用于汽车驱动车桥的桥壳缩径成形;应用于汽车工业排气系统中的排气管;应用于民用品领域的不锈钢保温杯等。管形件缩口工艺是一种将管坯的口部直径缩小的成形方法。管形件的口部缩径成形机理是通过施加压力作用在需要缩径的口部部分,使其产生压缩变形,从而实现径向尺寸缩小,成形达到所需的零件外形尺寸的目的。根据工艺方法的不同,通常可以将管形件缩口工艺分为冲压、冲击、旋压等三类缩口方式,又根据加工时是否对管坯进行加热,分为常温和加热两种成形工艺。


1. 冲压缩口


   冲压缩口是缩口加工的方法之一,冲压缩口需要使用专门的模具在冲床上进行成形。根据零件的尺寸,形状特点及其使用要求与生产条件,可采用不同的模具结构形式。如图所示,在缩口成形中可以将管坯分为传力区、变形区。模具的作用力通过传力区进行传递,在成形过程中传力区主要受到轴向压应力的作用,轴向压应力过大容易引起失稳变形,因此在冲压缩口过程中,为了提高管坯的稳定性,可以采用有支承形式的缩口成形工艺,以提高缩口成形的质量以及极限缩口变形程度。在成形过程中变形区主要承受切向压应力的作用,发生明显塑性变形成为要求的零件尺寸形状,变形区的模具锥角设计不合理、润滑效果不好或者成形速度过快等原因,均会容易导致切向压应力过大引起失稳起皱。


2. 冲击缩口


   冲击缩口是通过两个分离式的凹模对管坯进行连续径向冲击以完成缩口的过程,需要在专用的冲击缩口机上进行,成形加工过程如图所示。当缩口机启动后,管坯沿着轴线送进,凹模缩块反复开启和闭合,对导管进行径向冲击,使导管产生塑性变形。为了使管端缩口部分内径准确,需要在管内增加校形芯棒,且要求冲击凹模的锥度不宜过大,否则容易产生起皱破裂等缺陷。冲击缩口常用于长管件的缩口成形加工,当进行大幅度管端缩口时,需要将凹模缩块分为多组,逐次减小缩径量。


3. 旋压缩口


   旋压缩口是指通过使用旋轮等成形工具,将空心回转体零件或管状毛坯,进行径向局部旋转压缩以减小其直径的成形方法,是缩口加工中另一种常见的方法,可以在经过改造的普通车床或专用的旋压机上进行。根据旋压时使用的工装不同又可分为如图所示的无芯模缩旋、如图所示的内芯模缩旋、以及滚动模缩旋等三类。如图所示,通过夹紧装置对管坯进行夹紧固定,夹紧装置连接在主轴上,当主轴带动管坯旋转后,旋轮按设定好的轨迹进行往复进给运动,可以逐步地使管坯周向缩径。


  以三元催化器壳体为例,传统生产工艺方法为先冲压成形两侧端盖,再与中间一段的壳体进行对接焊接,焊接时产生的热变形使产品质量难以保证;另一方面,加工工序的增加不但使废品率增加同时增加人力物力,提高生产成本。基于成形简便及经济性的考虑,与焊接成形方式相比,旋压工艺的优势得到明显体现。在生产时,先将载体放入管坯中,夹紧头夹紧管坯,主轴启动使管坯正转,旋轮通过进给系统开始进行横向及纵向进给,旋轮挤压管坯过程中,不断的进行往复运动,对其中一端进行缩口;再将半成品取出,重新夹持管坯,对管坯剩下的一端进行缩口成形。经旋压工艺生产的三元催化器壳体可以避免焊接产生的裂纹等缺陷,提高产品性能。


 上述对冲压缩口、冲击缩口、旋压缩口几种类型的缩口工艺进行了概述。相比于冲压缩口,旋压缩口由于在成形过程中为逐点塑性成形,因此降低了产生失稳的危险性,与冲压缩口相比可以将每次缩口变形的程度提高。相比于冲击缩口,旋压缩口所需要的模具数量大大减少,并且旋压要求的设备成形力及其功率也较冲击缩口小。旋压缩口的主要成形工具仅为旋轮,不需要成套的模具设备,可以方便地成形大直径、相对料厚较小的管坯。此外旋压缩口不仅可以在常温进行,也可以方便的进行加热旋压,较好地实现柔性生产,因此对于中小批量的加工需求,旋压缩口最为有利。


   随着旋压技术和理论的发展,在缩径旋压中,除了基于轴对称问题的研究:如三元催化器壳体的无芯模缩径旋压,还有国内外学者对缩径旋压中的特种旋压成形方式进行了研究。夏琴香研制了三维非轴对称零件旋压成形工艺及设备,并对三维非轴对称零件旋压成形机理进行了研究,突破了传统旋压成形技术只能加工轴对称回转体薄壁空心零件的局限,成形原理如图所示。采用摩擦工具旋压方式,通过改变模具接触角、偏心距等方式生产多种形状的产品,如图所示。


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