0cr18ni9钢冲模设计与冲孔工艺研究

0cr18ni9钢冲模设计与冲孔工艺研究

1织物3.4mm我们公司的产品有一个过滤管，结构尺寸如图1所示。材料为0rc18ni9，直径42mm，长度347mm，壁厚1.5mm，表面覆盖3mm。网管要求外圆直径42-0.15mm,直线度允差<0.12mm,其内壁有不锈钢丝网布紧贴,因此3mm小孔加工后在其内壁不允许留有毛刺。2工艺方案的分析2.1孔口压缩和材料去除率低,孔结构空用0Cr18Ni9钢管在校直机上校直后,装夹在钻模里逐一钻孔即可。缺点:管子材质是不锈钢,导热性差,加工时易硬化,切屑容易粘附,因此钻孔速度不能过快。圆管上3mm小孔达3万多个,加工周期长,效率太低;材料去除率约为53%,切削材料过多,原有材料内部的应力平衡被破坏,圆管变形严重,修正困难,圆度和直线度公差无法保证;因网管细长,孔钻成后,留在管内壁的毛刺清除困难。2.2圆管和弧焊焊接缝材料选用1.5mm厚0Cr18Ni9薄钢板,在冲床上冲3mm小孔,再在折弯机上用弯曲模弯成圆管,最后用氩弧焊焊接缝。此方法优点在于加工效率高,适于批量生产。2.3种加工方案需要解决的问题激光切割机是先进的板材切割设备,用它来切割数目巨大的小孔,不仅不经济,而且效率不高。通过对上述三种加工方案分析比较,认为第二种较为可行,但加工过程中需要解决以下几个问题:如何设计冲模结构和冲孔方法?薄板冲孔后会出现起伏不平,用什么手段平整?工件外圆公差和直线度都有要求,用什么结构、精度的工装?用何种冲压工艺来保证?3毛刺铸造工艺经过分析研究,制定了以下的工艺路线:整张板料冲孔→6抛磨反面毛刺→退火处理→反复松边→反复碾平→手工精修平整→激光切割下料→槽圆弧→合圆→接缝焊接→修正直线度、外圆→酸洗钝化。4处理过程4.1准备方案4.1.1生产较硬的板式冲切加工的高密度网板,材料的选择至关重要,不锈钢板材既要有一定的塑性,又要有合适的硬度和脆性。不同厂家生产的板材,由于冶炼轧制工艺的细微差异及冷作硬化程序不同,对冲孔的影响较大。经过冲孔工艺试验对比,筛选了几个国内厂家生产的板材,最终确定采用上海某厂家生产的0Cr18Ni9钢板。4.1.2压压过滤冲的下料及压孔经计算,网管的展开尺寸是长3547mm、宽127mm,受冲压条件的限制以及产品批量较大,可用宽1219mm、长3600mm定规格整料冲孔后再分割成9块条料的下料方法。4.2钢板冲孔机构孔直径与料厚之比决定冲孔的最小直径,在不锈钢薄板等硬质材料冲孔加工时,最小理论孔径不小于料厚的2倍。钢板网的冲孔直径为3mm,板厚为1.5mm,正好处于这一极限值。搭边值为两孔之间相连的最小尺寸,当孔径尺寸小于25mm,最小搭边值为板厚的0.7倍。钢板网的板厚为1.5mm,则最小搭边值的理论值为1.05mm,而网板的实际搭边值只有1mm,略小于极限值。正是由于钢板在冲孔时,其最小孔径和搭边值处于极限或小于极限值,孔过密,间距过小,极易产生孔与孔之间搭边的扭曲,产生冲头弯曲变形,卡住模具,甚至折断。因此,冲孔无法采用依次冲裁完成,必须采用双排步进插冲法进行冲裁。即每次冲两排,两排孔之间的距离为3倍孔距。因此,将冲头设计成图2所示的排列形式。如图3所示,在板料上按1※2※3……的顺序进行冲孔,冲孔后用抛光机把毛刺抛磨干净。我公司采用的冲床是进口SHULE小孔冲床,冲孔频率可达400次min,冲孔效率非常高。4.3确定加热温度经过冲孔后的网板因冷作硬化,不仅材料硬度提高很多,而且内部存在着很大的应力。因此,采用退火热处理的方法对网板进行软化和去应力处理,使后续的松边、碾平、手工精平直和弯圆工序能顺利进行。去应力退火须掌握正确的加热温度,加热温度合适,则金属的强度和硬度降低,塑性和韧性提高,加工硬化现象得以改善,便于进一步加工。如果加热温度过低,达不到降低硬度和提高塑性的目的;反之加热温度过高,会引起晶粒进一步长大,使其塑性、韧性降低。经过多次试验确定了合适的退火温度:将工件加热至850～950℃,短暂保温,出炉后快速水冷。网板经过这种处理后既有一定的刚性,又便于冷作平整。不过热处理后表面形成的黑色氧化膜,应进行酸洗去除,抛光毛刺,使其表面色泽一致,外表美观。4.4冲孔区域存在松驰抗辩由于冲孔过多过密,钢板受拉应力的作用,产生变形而伸长,使冲孔后的孔区域变形大而凸起,四周无孔区变形较小,整个网板形成中间松周边紧的状态;再加上冲孔后的网板,因去除过半的材料,破坏了原有的应力平衡,冲孔区域会出现松驰不平、波浪起伏的现象。这种情况可以用松边机对周边无孔区域进行适度松边,用碾平机对整张网板多次碾平,松边和碾平须交替进行,网板就可以达到精度较好的平面度。4.5锤击木锤攻击网板虽经过松边和碾平,但平整度还是不太理想,网板的平整度对于保证网管的直线度和圆度至关重要,因此还需要用木锤或橡皮榔头反复锤击,手工精确平整,才可以得到更高的平面度。激光切割机是切割精度很高的下料方法,长度方向的精度可达到<0.2mm,对角线精度可达到<0.5mm。经过计算,一张网板可以下成9块3547mm×127mm尺寸的条料。4.6网管带芯轴外圆要把一张板料加工成圆管,需要制作一套弯曲成形模具,我们设计的模具结构如图4所示,因为圆管的外圆和直线度公差有一定的要求,故模具的相关制造公差也相当严格。网板条料先用槽压上模一、槽压下模的R16.5mm圆弧凹槽压成图5的工序1的形状,再用槽压上模二在槽压下模R21mm的圆弧凹槽压成图5工序2的形状,最后穿进芯轴在合圆模内压成圆管。焊接时,若网管带芯轴一起从合圆模中拿出来后施焊,由于不锈钢反弹较大,还需要再次施加外力才能使接缝吻合。我们采取的方法是直接在合圆模内焊接,在折弯机每一次上升、下降作用下,合圆模开合一次,将网管逐次抽出约200mm,逐段进行点固焊。待网管全部抽出后再连续焊接接缝,焊后要将焊缝抛磨光滑。用圆弧样板和平尺检测外圆圆度和直线度,有不符合要求的地方手工进行修正。