紅沖工藝在壓力表接頭生產(chǎn)中的應(yīng)用
該文介紹了紅沖工藝一般原理及其在壓力表接頭生產(chǎn)中的應(yīng)用，說明了紅沖壓力表接頭 的優(yōu)點(diǎn),詳述了該工藝生產(chǎn)壓力表接頭對紅沖模具、材料（專用銅棒）、高溫潤滑劑等的要求。
0.引言
長期以來,在壓力表銅接頭的生產(chǎn)中,一直沿用傳 統(tǒng)的翻砂鑄造工藝,環(huán)境污染嚴(yán)重,電能消耗大,生產(chǎn) 的產(chǎn)品存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題,如沙眼、氣孔、裂痕、毛剌 等,且延伸率差,易折斷,表面粗糙,密度低易漏氣,抗 拉抗壓強(qiáng)度低。2010年富陽市豐源銅業(yè)有限公司，在 國內(nèi)外尚無先例的情況下,首先將紅沖法新工藝應(yīng)用 到壓力表接頭的生產(chǎn)中,獲得了成功,替代了原翻砂傳 統(tǒng)工藝,開創(chuàng)了一條高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的生產(chǎn)壓力 表銅接頭的新路子。產(chǎn)品經(jīng)浙江省冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn) 站、上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院等權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測,各項(xiàng) 技術(shù)指標(biāo)大幅提升,產(chǎn)品被評為2013年國家級新產(chǎn)品, 獲得16項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。
1.紅沖工藝概述
紅沖是將金屬材料加熱到一定溫度后，放入加 熱后的紅沖模具內(nèi)，經(jīng)沖壓機(jī)床一次性往復(fù)運(yùn)動,在 壓力作用下使金屬材料產(chǎn)生塑性變形,從而獲得所 需要的尺寸、形狀和良好的力學(xué)性能的沖壓件。對金屬材料采用這種加工工藝的,習(xí)慣上稱紅沖。
紅沖工藝是從近代精鍛和熱擠壓基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的一種新的專業(yè)工藝，通過改變加工方法提高產(chǎn) 品零部件的力學(xué)性能,在一般情況下能一次成形,并 能一次性實(shí)行多方位的脫模動作,在一定壓力下,迫 使金屬材料在模腔內(nèi)通過復(fù)雜流動,使金屬流動的 方向與上沖模運(yùn)動方向呈徑向、軸向和復(fù)合式綜合 擠壓,金屬在激烈的塑性變形中失去內(nèi)部平衡,迫使 金屬向最小阻力方向產(chǎn)生全方位復(fù)雜而有規(guī)律運(yùn) 動,擠壓成型腔模形狀的復(fù)雜部件。由于金屬材料 經(jīng)加熱擠壓后，內(nèi)部的晶粒得到細(xì)化,較大程度增加 了金屬致密度,提高了產(chǎn)品抗蝕能力。
由于紅沖產(chǎn)品的成形方法，不是液態(tài)流動，其流 動性能比注射模差，而金屬的變形率又比鍛壓模高， 因此,紅沖件的金屬連續(xù)形纖維組織均比注射模和 鍛壓模的纖維組織狀態(tài)要好得多，變形后的金屬纖 維組織呈由內(nèi)向外的連續(xù)狀態(tài)分布，其分子結(jié)構(gòu)也 由里向外朝一個(gè)方向，提高了沖壓制件的力學(xué)性能， 增強(qiáng)了抗拉、抗壓、延伸率等物理指標(biāo)。
2.紅沖壓力表接頭工藝流程及優(yōu)點(diǎn)
2.1工藝流程
原材料(專用銅棒)—切料—紅沖—切飛邊—拋丸 —平行度整理—數(shù)控機(jī)床加工—質(zhì)檢—包裝—入庫。 2.2紅沖工藝的優(yōu)點(diǎn)
1)與翻砂工藝相比,紅沖工藝生產(chǎn)的壓力表接 頭質(zhì)量明顯提高，兩種工藝生產(chǎn)的壓力表接頭質(zhì)量 比較見表1。
2)節(jié)能減排,提高工效。兩種生產(chǎn)工藝節(jié)能減 排及工效比較見表2。
3)對模具和壓力機(jī)的要求比精密鍛造簡單，只 需某些改進(jìn)，就可以在普通壓力機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，成本 低,技術(shù)容易掌握。節(jié)省金屬材料,提高經(jīng)濟(jì)效益。
3.原材料,紅沖模具及潤滑劑
一種新的工藝的應(yīng)用，往往與其相伴新的技術(shù) 要求,紅沖工藝所用的原材料（專用銅棒）、模具、高 溫條件下的潤滑劑,都必須符合新工藝的要求。
3.1專用銅棒
紅沖工藝生產(chǎn)壓力表銅接頭所用的銅棒,有其 特殊要求,一般常用的國標(biāo)銅棒不能適應(yīng)紅沖的要 求，因?yàn)榧t沖過程是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，作用時(shí) 間短。所以,紅沖所用的銅棒材料,必須具有良好的 流動性能,否則制件“沖不到位”。只有具備良好流 動性能的銅棒材料,才能在瞬間一次往復(fù)的沖壓中， 完成制件所需的形狀尺寸，同時(shí)滿足制件所需的其 他理想物理指標(biāo)。
富陽市豐源銅業(yè)有限公司在紅沖工藝生產(chǎn)壓力 表接頭時(shí),在銅棒配方中適當(dāng)加入鋁，其配比約為
0.15% ~0.23% ,對改進(jìn)銅棒在紅沖過程中的流動 性,起到良好的作用。
同時(shí)鉛在紅沖用銅棒中也是必不可少的，一般 鉛的含量控制在2.5% ~3% ,能使紅沖制件的表面 光潔、平滑，不需再進(jìn)行表面的切削加工，而必須加 工的部位如螺紋、內(nèi)孔等，也易于加工，并且加工后 的表面同樣保證其光滑平整及相應(yīng)精度。
3.2紅沖模具
被設(shè)計(jì)用于紅沖加工所用的模具稱為紅沖模， 通常分為兩種型式:上下模和蝴蝶模,而更多使用的 是蝴蝶模型式,是沖壓方式與型腔模成型方式的有 機(jī)結(jié)合。其目的是為了金屬原材料達(dá)到滿腔和順利 快速脫模。
1）V’形入模角與斜形腔面
由于壓力表接頭形狀復(fù)雜，有許多形狀不同的 拐角，如圖1中所示的角a、b、c,這種轉(zhuǎn)角在紅沖過 程中阻尼大往往形成死角，坯料無法到位。而無轉(zhuǎn) 角或平行的地方,金屬過多或過早流動到頂端而返 回形成“花卷式”卷層，產(chǎn)生拼縫內(nèi)裂。因此模具的 設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮并按金屬在模腔內(nèi)流動的規(guī)律,在 需要金屬流動的地方，減少其阻力，使其順利流動， 而不需要流動或只需要少量流動的地方適當(dāng)加大阻 力，限制或部分限制其流動。在保證沖壓制件必須 的外形尺寸和質(zhì)量的前提下,模具的入模角采用斜 形腔面和“r”形，以減少阻力，保證流動的金屬材料 經(jīng)擠壓順利到達(dá)每一 “死角”和匯聚到終點(diǎn)，真正達(dá) 到滿腔滿盈。一句話,紅沖模具沒有直角。
2)合理設(shè)計(jì)排氣孔
為了保證金屬制件的順利脫模,在高溫條件下, 模具與坯件之間容易產(chǎn)生粘連現(xiàn)象,導(dǎo)致脫模困難, 必須在坯件與模腔表面,涂添潤滑材料，不僅有利于 脫模,也延長模具的使用壽命。但是,潤滑材料與高 溫金屬的接觸,產(chǎn)生一定的氣體,隨著坯料的不斷入 模,模腔的頂端產(chǎn)生越來越大的氣體阻尼,不僅影響 坯料無法到位,也會因氣體的回流導(dǎo)致氣體隔層的 產(chǎn)生,使金屬難以融合，嚴(yán)重影響質(zhì)量，這種制件內(nèi) 部的質(zhì)量問題往往不易發(fā)現(xiàn)。因此，在紅沖模的設(shè) 計(jì)過程中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在模具的頂端，特別是輻射狀 接頭的支端思轉(zhuǎn)角處,合理設(shè)計(jì)n個(gè)50 的排氣 孔,將氣排出，減少阻尼，防止氣體和金屬隔層，減少 積炭,如圖2中A、B、C等處,設(shè)計(jì)了排氣孔,制件在 脫模時(shí),減少吸力，避免脫模時(shí)因真空吸力而產(chǎn)生滯 粘現(xiàn)象。
3)多節(jié)沖頭（上沖模）
采用多節(jié)上沖頭,使坯料在模具內(nèi)按先后需要 流動,距離較遠(yuǎn)部分先流動，距離較近部分后流動， 保證坯料均勻到位。所謂多節(jié)，即按沖頭平面直徑 大小分成二節(jié)或多節(jié),如圖3所示,前端先進(jìn)入的端 面截面積較小,后逐節(jié)加大。上沖模在沖壓過程中， 被先擠壓的金屬坯料一部分與上沖模形成反方向的 流動,而坯料在反向流動過程中，遇到上沖模后一級 (或封口），由于沖模截面增大，金屬坯料受到阻尼， 形成新的阻尼區(qū)，由于強(qiáng)大的沖壓力，上沖模的第二 節(jié)、第三節(jié)及封口處,坯料被不斷持續(xù)擠壓，迫使其 不斷遞進(jìn)，向前或四周不斷擠展，直至模腔頂壁，從 而使金屬制品的密度也隨之增加。
在一般壓力表接頭如Y100、Y150等生產(chǎn)過程 中，上沖模只用二節(jié)加封口即可,特殊如Y250、加長 型接頭,可考慮增加上沖模的節(jié)數(shù)。
4)模具的分型面
設(shè)計(jì)合理的模具分型面至關(guān)重要,是關(guān)系到坯 料成型、脫模和減少飛邊生產(chǎn)的重要一環(huán)。按照實(shí) 際產(chǎn)品的形狀、規(guī)格及尺寸，進(jìn)行_模_設(shè)計(jì),按不 同的接頭外形,進(jìn)行折線分型,如圖4所示的分型線 (面），使金屬坯料較合理的傾向性流動。在凹模 (下模）內(nèi)壁的左右（蝴蝶模）或上下（上下模）分型 面距腔壁約3 ~5 mm處，設(shè)計(jì)一條凹凸型密封線， 通過加大阻尼，防止過多的飛邊產(chǎn)生。
5)抽芯模缸
因?yàn)榧t沖模具長時(shí)間在高溫條件下作業(yè)，疲勞 強(qiáng)度大,加之積炭，導(dǎo)致模具需要不斷更換，一般設(shè) 計(jì)合理的模具,使用得當(dāng)，連續(xù)沖壓可達(dá)10萬次以 上,若設(shè)計(jì)不合理,往往1萬次都無法達(dá)到。為了解 決技術(shù)上的這一難題,該公司從模缸設(shè)計(jì)入手,基本 得到了解決。
設(shè)計(jì)的模缸由外模缸、內(nèi)模缸及模芯組成,俗稱 抽芯模,如圖5所示。下模的模芯鑲嵌在內(nèi)模缸里 并固定,兩塊模芯用縱向橫向凹凸槽直銷鎖定，內(nèi)模 缸分成左右兩塊，與模芯一樣匹配相鑲成一體，內(nèi)模 缸與外模缸的接觸面互成10° ~12°的傾斜，內(nèi)模缸 分四方各成90°角的位置直接割成4條T字形滑動 長塊作為導(dǎo)軌,與其相對應(yīng)的外模缸切割成T字形 導(dǎo)向長槽,導(dǎo)軌在導(dǎo)槽內(nèi)可上下滑動。滑塊滑槽既 起導(dǎo)向作用，又起定位作用。4條導(dǎo)向塊、槽,使用 中只用對應(yīng)兩條，磨損到一定程度,相互換位，可延 長一倍的模具壽命。工作時(shí)內(nèi)模缸與模芯在脫模時(shí), 沿著T字滑槽上行,并按模缸的傾度向外伸展，自然 形成脫模。取出制件后,模芯與內(nèi)模缸沿T字滑槽向 下并向內(nèi)閉合,再進(jìn)行第二次沖壓,如圖6所示。
為了防止錯位，可不用導(dǎo)柱，直接在壓模缸底部
割出凹凸線,外圓鑲套,如圖7所示。
這種抽芯模，在更換模具時(shí)，只需更換模芯即 可,節(jié)約了成本,簡便易行。
3.3高溫潤滑劑
1）高溫潤滑劑
紅沖法生產(chǎn)壓力表銅接頭,通常在650 ~680 °C 高溫條件下進(jìn)行,模具表面與制件的溫度接近,極容 易引起壓制件粘附于模具內(nèi)，造成制件出模困難。 因此,選配合理的潤滑劑，保證順利出模，是紅沖中 亟待解決的問題。
制件與模具的摩擦分為內(nèi)、外兩種摩擦,這里所指的是變形過程中的制件與模具接觸面上的外摩 擦。高溫潤滑劑是指加在外摩擦兩表面間的一種介 質(zhì),介質(zhì)潤滑越好,摩擦力越小,反之摩擦力則越大， 制件表面因拉拔、粘連而引起的粗糙度更大,造成脫 模的困難。
2)高溫潤滑劑主要成份
該文所指高溫潤滑劑，主要由植物油（菜油）、 高溫鋰基脂、石墨粉、懸浮分散劑等原料組成，因涉 及企業(yè)專利權(quán)益,只作簡略介紹。
植物油（菜籽油）由于植物油閃點(diǎn)低，易燃燒, 使用中無有害氣體和積炭，具有較強(qiáng)的分散功能和 吸附力，無腐蝕，能迅速粘附于熱金屬表面，為潤滑 劑的主要成份。
鋰基脂（高溫）一般為合成鋰基脂,含有抗氧、 防銹等添加劑,在該潤滑劑配方中占有重要比例。
石墨為碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，在高溫條件下具有 優(yōu)良的潤滑功能,這種與鋰基脂、植物油相混合的半 液態(tài)介質(zhì),摩擦阻力小,對模具與制件起到良好的潤 滑保護(hù)作用。
懸浮劑的作用是為了增加表面的活性分散。
4結(jié)束語
富陽市豐源銅業(yè)有限公司將紅沖工藝大膽應(yīng)用 在壓力表接頭生產(chǎn)中，用新工藝改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，具有 一定的技術(shù)先進(jìn)性,雖然許多方面仍在探索中，但可 以肯定,紅沖法生產(chǎn)壓力表銅接頭,是壓力表零部件 生產(chǎn)的一次技術(shù)革命,值得推廣。
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