沖拔式鋼質無縫氣瓶壁厚偏差的控制

1 前言

目前，國內鋼質無縫氣瓶的制造主要有兩種方式，一種是采用無縫鋼管為原料，經收底、收口而制成的鋼瓶，簡稱管制造瓶。因此種方法工藝簡單，設備投入少，目前被國內大部分制造廠采用。 另一種就是以鋼坯為原料，經沖拔拉伸，收口而制成的鋼瓶，簡稱沖拔瓶。該工藝是將一定大小的方鋼坯加熱至預定的工藝溫度，然后通過一定噸位的立式水壓機沖孔，形成一個帶杯底的圓柱體，再通過臥式水壓機將帶杯底的圓柱體拔長至需要的長度，形成氣瓶的瓶坯。該工藝鋼瓶底部整體沖壓成型，具有金屬密實性好，產品安全性高的特點，但其技術的難點在于壁厚偏差和表面質量的控制，其中由于影響偏差的因素較多，涉及到熱加工、設備、模具、安裝、操作等各個環節，所以偏差的控制便成為氣瓶制造行業的首要難題，也一直是行業內廣泛討論的課題。

本文就可能影響壁厚偏差的因素進行分析，以便更好的對壁厚偏差進行控制。

2 影響壁厚偏差的因素

2.1 料溫

料溫是指方鋼坯加熱的溫度，或者說是始鍛溫度。料溫對壁厚偏差的影響體現在三個方面，第一，料塊始鍛溫度的大小；第二，料溫的均勻性；第三、料塊加熱所帶來氧化皮的影響；

首先，根據材料的特性，料塊在沖孔前的溫度應達到規定的始鍛溫度要求，比如鉻-鉬鋼，加熱料溫應在1200℃～1280℃之間為宜，但它的始鍛溫度最好在1100℃以上，低于這個溫度，材料的變形抗力變大，對設備、模具的壽命都有影響，偏差不好控制。

其次是料溫的均勻性，料溫的均勻性和加熱爐的性能、結構、加熱時間，保溫時間的長短以及工人的操作都有密切的關聯。目前常用的加熱爐有中頻爐、推缸爐以及環形爐。中頻爐由于設備占地面積大，效率低，成本高，用的越來越少；而推缸爐由于結構的限制，料塊必須采用緊貼式的方式進料，從而導致料塊在加熱爐傳熱不均以及有粘料的風險，所以也慢慢的被環形爐所取代。環形爐是用爐底機械旋轉運行的機械化加熱爐，鋼坯在爐內呈放射性方式分散的放置，鋼坯與鋼坯之間的間距可以根據爐底直徑以及鋼坯的大小進行調整，爐底每轉動一個角度，鋼坯向前前進一定的距離，從而可以保證鋼坯的加熱溫度更均勻。料溫的均勻性是影響沖孔偏差的一個重要因素。

還有料塊加熱所產生的氧化皮對壁厚偏差的影響。氧化皮是熱加工過程中必然會產生的，只是厚與薄，多與少而已，表面氧化皮在沖孔過程中，首先，會影響模具的質量，從而導致模具受損，對壁厚偏差造成影響；其次，較薄的氧化皮在沖孔料塊成形反擠的過程中，影響金屬的變形及流動；最后，氧化皮在最終脫落后將造成局部的壁厚減薄，從而使壁厚偏差增大。氧化皮的產生多少與加熱溫度、保溫時間以及爐內氣體成份有著密切的關系。

2.2 鋼坯的質量

對沖拔瓶來說，鋼坯的質量對其瓶坯的壁厚偏差以及表面質量都有直接的影響。比如鋼坯外形尺寸是否規則，對角線偏差是否超標，圓角R的大小是否一致等，會影響鋼坯在模具中的定位，如果料塊不規則，則導致料塊中心與沖頭的中心不一致，從而影響到壁厚的偏差。鋼坯外表面的拉絲或凹坑凹陷等缺陷，在反擠壓過程中會產生變形，反應在筒體上會出現局部缺料，從而也會影響到壁厚的偏差。

2.3 設備及模具尺寸及精度

設備及模具的精度是壁厚偏差的有效保證。設備本體的精度及設備的剛性是保證產品壁厚偏差的基礎。設備本體由供應商保證，這里不多作描述，關于模具的精度對壁厚偏差的影響，主要體現在以下幾個方面：

1.模具的設計及加工保證。

2.模具的尺寸設計應該合理，特別是關鍵模具的設計，比如沖頭，料墊，下模，延伸模等，直接關系到產品的符合性，也影響產品的壁厚偏差和表面質量，需綜合考慮到產品的規格，鋼坯的尺寸和定位，模具的擠壓力及脫模力的大小等。

3.模具的選材應根據具體工況而定。例如經常處在高溫工作環境下的模具，必須要具備一定的紅硬性，抗疲勞性能，耐磨性能；輔助的支撐性模具，沒有高溫要求的，選材時則考慮一定的強度、易加工性、成本等。

4.模具的結構也至關重要，模具的結構應考慮到模具的承載能力、使用工況、熱處理穩定性、模具的安裝及拆卸以及模具的互換性和通用性等。模具的加工誤差以及配合間隙，是直接影響到壁厚偏差的一個因素。間隙太大，在工作時，模具容易松動，發揮不了作用；間隙太小，安裝與拆卸困難，甚至會出現漲死而無法拆卸的情況。所以模具配合間隙的合理性，適用性是壁厚偏差的一個關鍵。

第二、模具的安裝精度的保證。模具的安裝精度首先要建立在模具本身加工精度的基礎之上。由于模具本身存在加工的誤差，安裝過程其實就是一個誤差的積累過程。所以在安裝之前，必須對所有模具進行檢驗并確認合格后才能安裝，模具安裝后，必須要對整體裝配后的精度進行校準，檢查是否滿足制造的要求，通常模具裝配后，上下模的對中偏差應在0.5mm以內。

第三、模具使用過程中的保證。首先模具使用過程中的檢查，及時發現問題也是必不可少的。模具安裝后，在一定附載下，反復的疲勞動作，必須要定期檢查模具是否有松動、偏移、磨損、變形、彎曲、開裂等現象，模具的質量好壞是影響壁厚偏差的直接因素。其次模具在使用過程中的冷卻和潤滑也至關重要。模具的充分冷卻可以保證其一定的使用壽命，特別是與高溫料塊接觸的下模體、沖孔沖頭以及拔伸的延伸模等。它們的使用工況最惡劣，對瓶坯壁厚偏差及表面質量有直接影響。

2.4 工人操作的影響

目前，國內氣瓶制造還未完全實現全自動化，部分崗位都是由人工代替的。由于工作環境惡劣，工作負擔較重，所以操作工人的責任心及經驗就顯得很重要。比如料塊上的氧化皮，如果沒有及時清除，勢必會對偏差造成影響；模具的冷卻與潤滑不充分，導致模具使用狀態不穩定，也會影響壁厚偏差。其次，在模具的潤滑問題上，其潤滑材料的選用、潤滑的方式以及潤滑的位置都會壁厚偏差造成影響，這些都需要嚴格按照工藝規定的要求不折不扣的去執行，才能把操作的影響因素降到最低。再次，在鋼瓶制造過程中，還要加強對瓶坯壁厚的抽測力度，一旦發現偏差增大的情況，及時找出問題產生的原因，以免造成批量性的問題。

3 結論與討論

3.1、導致壁厚偏差的因素有多方面，它其實是一個復雜的，綜合性的問題。而要控制、改善壁厚偏差，則必須從各方面都要嚴格按要求去執行，往往其中一個小地方的疏忽都可能導致嚴重的偏差。

3.2、有效的控制料塊加熱的溫度，保證料塊加熱的均勻性，是保證壁厚偏差的前提條件。

3.3、氧化皮的產生對壁厚偏差有很大影響，必須減少氧化皮的產生，適當控制加熱爐的加熱氣份，制定合理的加熱工藝，加強對氧化皮的清理，都可以改善壁厚偏差。

3.4、模具、設備的精度保證是壁厚偏差保證的關鍵。模具的間隙的大小、安裝后的精度以及在使用過程中模具精度的檢查，是壁厚偏差控制過程中最重要的環節，也是最有效的環節。

3.5、加強對工人的培訓，提高工人的責任心，嚴格要求也是壁厚偏差能得以控制和改善的保證。

參考文獻：

［1］姜國權 紅沖工藝與模具設計 機械工業出版社

［2］ 賈憲安 熱擠壓工藝與模具設計 機械工業出版社