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        薄壁細(xì)管件的彎曲加工工藝

        2015-11-16 06:06:00張振炎
        金屬加工(熱加工) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:細(xì)管不銹鋼管松香

        張振炎

        1. 問題提出

        在某型號彈射座椅的研究試制過程中,我們遇到了技術(shù)難題:有一薄壁不銹鋼細(xì)管零件不能用已知方法加工出來。該彎管零件材料為φ 4mm×0.5mm不銹鋼管,要求內(nèi)孔加工到φ 3mm,彎管后必須保證φ2.9鋼球能自由通過,如圖1所示。

        圖 1

        表 1

        2. 分析與解決

        查《鈑金冷作工手冊》(以下簡稱《手冊》)管材最小彎曲半徑的計算見表1。

        由表1可知,材料為不銹鋼管時,最小彎曲半徑為R=2.5 D=2.5×4=10(mm)。該零件壁厚只有0.5mm,顯然不能采用氣焊加熱和充沙加熱的彎曲工藝。假如可采用不充沙冷彎的工藝,計算得最小彎曲半徑為R=3 D=3×4=12(mm)。而零件設(shè)計要求的彎曲半徑為6mm,甚至只有理論彎曲半徑的一半。查《手冊》管材的最小彎曲半徑允許值表,摘錄部分?jǐn)?shù)據(jù)如下。

        由表2 數(shù)據(jù)按線性規(guī)律估算,當(dāng)d=4mm,t=0.5mm時最小允許彎曲半徑R≈10mm。理論最小彎曲半徑為12mm,實(shí)際允許最小彎曲半徑為10mm。而此零件設(shè)計要求為R=6mm。

        不銹鋼材料較難彎曲,需要較大彎曲力。此零件對彎曲質(zhì)量要求較高: φ3mm內(nèi)孔鋼管彎曲后保證φ 2.9mm鋼球能自由通過,就是要求彎曲后管截面基本不變形。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)我們知道:如果采用不加填料冷彎工藝不可能達(dá)到如此高的彎曲質(zhì)量,必須采用填料彎曲加工工藝。

        該零件內(nèi)孔直徑只有3mm,填料灌注不方便。無論是固態(tài)填料還是液態(tài)填料,填料時都極易產(chǎn)生灌不滿、氣泡、填料不實(shí)的缺陷。因此,必須采用新的更合理的填料方法,解決填料填充質(zhì)量的問題。

        剛開始,我們采用易于熔化的松香作填料試驗(yàn)。在精心將松香熔化后填注到不銹鋼管中后,待松香冷硬后彎曲試驗(yàn)。無論我們怎樣努力,彎曲出的試件截面都會過量變形,不能滿足設(shè)計要求。經(jīng)對彎管彎曲進(jìn)行受力分析,如圖2所示。

        分析可知,管子彎曲時內(nèi)部填料主要受到壓應(yīng)力作用,且管子內(nèi)外側(cè)受壓應(yīng)力比中線兩側(cè)側(cè)面小,截面受力不均使彎曲管子截面成似橢圓形。如果填料抗壓強(qiáng)度不夠,受壓體積改變或發(fā)生“流動”現(xiàn)象都會使彎曲后截面成似橢圓形。采用松香作填料時,過大的壓應(yīng)力使松香材料在管內(nèi)發(fā)生“流動”現(xiàn)象,使彎出的截面變形。

        我們又用較常用可承受較大壓應(yīng)力的較細(xì)顆粒石英砂材料作填料彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果也是管子截面變成似橢圓形。分析可能是因?yàn)槭⑸邦w粒在受到較大不均的壓應(yīng)力時會產(chǎn)生輕微的相對滑動,使彎出的截面變形。

        我們想到用φ 3mm鋁棒直接插到不銹鋼管中做填料。彎曲試驗(yàn)后的截面形狀基本可以滿足要求,但彎曲后鋁棒沒辦法從孔中取出,也行不通。

        在用以上3種材料試驗(yàn)未果后,我們知道必須找到一種新的填料,這種填料至少需滿足以下條件:①承受較大壓應(yīng)力作用時體積不會改變。②截面受到不均壓力作用時不變形或變形很小。③易于填注到細(xì)管中。④彎曲后易于從彎管中取出。

        后來,在以上經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,我們想到了低熔點(diǎn)合金材料。查閱了多本低熔點(diǎn)合金資料后,我們找到一種熔點(diǎn)為70℃低熔點(diǎn)合金配方:鉛27%,鎘10%,鉍50%,錫13%。在用天平稱量各種材料混合熔化后,我們制成了這種低熔點(diǎn)合金材料。我們將這種低熔點(diǎn)合金熔液通過自己設(shè)計的灌模灌注到管中,待冷凝后進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。彎曲后細(xì)管外延出現(xiàn)輕微裂紋,但彎曲后管徑基本可以滿足要求。

        認(rèn)真對比查看彎曲前后細(xì)管,注意到:細(xì)管在彎曲前內(nèi)壁存在輕微擴(kuò)孔加工工序的刀痕,在刀痕較明顯處的裂紋較明顯。分析可知,在彎曲時管件外壁受拉應(yīng)力作用,在有刀痕地方產(chǎn)生應(yīng)力集中,使本來就有較強(qiáng)塑性不銹鋼薄壁拉裂。降低細(xì)管內(nèi)表面表面粗糙度可減少應(yīng)力集中,因此建議車間將細(xì)管上一道擴(kuò)孔工序由鉆削加工改為用鉸刀擴(kuò)孔加工并增加磨內(nèi)孔工序。

        在改進(jìn)工藝提高內(nèi)表面的加工精度后,我們又一次填入低熔點(diǎn)合金試驗(yàn)。彎曲后,裂紋消除了,經(jīng)檢驗(yàn)員測量可滿足設(shè)計要求。在灌注低熔點(diǎn)合金熔液到細(xì)管中時,往往是熔液還沒流到管底就冷凝了,為方便灌注這種低熔點(diǎn)合金熔液到細(xì)管中,又設(shè)計了專用灌裝模具,用這種模具可以一次灌裝8件,大幅提高了灌注效率與成功率。

        3. 結(jié)語

        航空產(chǎn)品零件的特殊性與生產(chǎn)條件限制,生產(chǎn)中遇見技術(shù)難題已是常事。關(guān)鍵是遇到問題時應(yīng)冷靜分析,將問題分解為若干小問題,再在這些小問題中找到“主要矛盾”,有針對性地去逐個解決。

        圖2

        表 2 (mm)

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