冲拔式钢质无缝气瓶壁厚偏差的控制

1 前言

目前，国内钢质无缝气瓶的制造主要有两种方式，一种是采用无缝钢管为原料，经收底、收口而制成的钢瓶，简称管制造瓶。因此种方法工艺简单，设备投入少，目前被国内大部分制造厂采用。 另一种就是以钢坯为原料，经冲拔拉伸，收口而制成的钢瓶，简称冲拔瓶。该工艺是将一定大小的方钢坯加热至预定的工艺温度，然后通过一定吨位的立式水压机冲孔，形成一个带杯底的圆柱体，再通过卧式水压机将带杯底的圆柱体拔长至需要的长度，形成气瓶的瓶坯。该工艺钢瓶底部整体冲压成型，具有金属密实性好，产品安全性高的特点，但其技术的难点在于壁厚偏差和表面质量的控制，其中由于影响偏差的因素较多，涉及到热加工、设备、模具、安装、操作等各个环节，所以偏差的控制便成为气瓶制造行业的首要难题，也一直是行业内广泛讨论的课题。

本文就可能影响壁厚偏差的因素进行分析，以便更好的对壁厚偏差进行控制。

2 影响壁厚偏差的因素

2.1 料温

料温是指方钢坯加热的温度，或者说是始锻温度。料温对壁厚偏差的影响体现在三个方面，第一，料块始锻温度的大小；第二，料温的均匀性；第三、料块加热所带来氧化皮的影响；

首先，根据材料的特性，料块在冲孔前的温度应达到规定的始锻温度要求，比如铬-钼钢，加热料温应在1200℃～1280℃之间为宜，但它的始锻温度最好在1100℃以上，低于这个温度，材料的变形抗力变大，对设备、模具的寿命都有影响，偏差不好控制。

其次是料温的均匀性，料温的均匀性和加热炉的性能、结构、加热时间，保温时间的长短以及工人的操作都有密切的关联。目前常用的加热炉有中频炉、推缸炉以及环形炉。中频炉由于设备占地面积大，效率低，成本高，用的越来越少；而推缸炉由于结构的限制，料块必须采用紧贴式的方式进料，从而导致料块在加热炉传热不均以及有粘料的风险，所以也慢慢的被环形炉所取代。环形炉是用炉底机械旋转运行的机械化加热炉，钢坯在炉内呈放射性方式分散的放置，钢坯与钢坯之间的间距可以根据炉底直径以及钢坯的大小进行调整，炉底每转动一个角度，钢坯向前前进一定的距离，从而可以保证钢坯的加热温度更均匀。料温的均匀性是影响冲孔偏差的一个重要因素。

还有料块加热所产生的氧化皮对壁厚偏差的影响。氧化皮是热加工过程中必然会产生的，只是厚与薄，多与少而已，表面氧化皮在冲孔过程中，首先，会影响模具的质量，从而导致模具受损，对壁厚偏差造成影响；其次，较薄的氧化皮在冲孔料块成形反挤的过程中，影响金属的变形及流动；最后，氧化皮在最终脱落后将造成局部的壁厚减薄，从而使壁厚偏差增大。氧化皮的产生多少与加热温度、保温时间以及炉内气体成份有着密切的关系。

2.2 钢坯的质量

对冲拔瓶来说，钢坯的质量对其瓶坯的壁厚偏差以及表面质量都有直接的影响。比如钢坯外形尺寸是否规则，对角线偏差是否超标，圆角R的大小是否一致等，会影响钢坯在模具中的定位，如果料块不规则，则导致料块中心与冲头的中心不一致，从而影响到壁厚的偏差。钢坯外表面的拉丝或凹坑凹陷等缺陷，在反挤压过程中会产生变形，反应在筒体上会出现局部缺料，从而也会影响到壁厚的偏差。

2.3 设备及模具尺寸及精度

设备及模具的精度是壁厚偏差的有效保证。设备本体的精度及设备的刚性是保证产品壁厚偏差的基础。设备本体由供应商保证，这里不多作描述，关于模具的精度对壁厚偏差的影响，主要体现在以下几个方面：

1.模具的设计及加工保证。

2.模具的尺寸设计应该合理，特别是关键模具的设计，比如冲头，料垫，下模，延伸模等，直接关系到产品的符合性，也影响产品的壁厚偏差和表面质量，需综合考虑到产品的规格，钢坯的尺寸和定位，模具的挤压力及脱模力的大小等。

3.模具的选材应根据具体工况而定。例如经常处在高温工作环境下的模具，必须要具备一定的红硬性，抗疲劳性能，耐磨性能；辅助的支撑性模具，没有高温要求的，选材时则考虑一定的强度、易加工性、成本等。

4.模具的结构也至关重要，模具的结构应考虑到模具的承载能力、使用工况、热处理稳定性、模具的安装及拆卸以及模具的互换性和通用性等。模具的加工误差以及配合间隙，是直接影响到壁厚偏差的一个因素。间隙太大，在工作时，模具容易松动，发挥不了作用；间隙太小，安装与拆卸困难，甚至会出现涨死而无法拆卸的情况。所以模具配合间隙的合理性，适用性是壁厚偏差的一个关键。

第二、模具的安装精度的保证。模具的安装精度首先要建立在模具本身加工精度的基础之上。由于模具本身存在加工的误差，安装过程其实就是一个误差的积累过程。所以在安装之前，必须对所有模具进行检验并确认合格后才能安装，模具安装后，必须要对整体装配后的精度进行校准，检查是否满足制造的要求，通常模具装配后，上下模的对中偏差应在0.5mm以内。

第三、模具使用过程中的保证。首先模具使用过程中的检查，及时发现问题也是必不可少的。模具安装后，在一定附载下，反复的疲劳动作，必须要定期检查模具是否有松动、偏移、磨损、变形、弯曲、开裂等现象，模具的质量好坏是影响壁厚偏差的直接因素。其次模具在使用过程中的冷却和润滑也至关重要。模具的充分冷却可以保证其一定的使用寿命，特别是与高温料块接触的下模体、冲孔冲头以及拔伸的延伸模等。它们的使用工况最恶劣，对瓶坯壁厚偏差及表面质量有直接影响。

2.4 工人操作的影响

目前，国内气瓶制造还未完全实现全自动化，部分岗位都是由人工代替的。由于工作环境恶劣，工作负担较重，所以操作工人的责任心及经验就显得很重要。比如料块上的氧化皮，如果没有及时清除，势必会对偏差造成影响；模具的冷却与润滑不充分，导致模具使用状态不稳定，也会影响壁厚偏差。其次，在模具的润滑问题上，其润滑材料的选用、润滑的方式以及润滑的位置都会壁厚偏差造成影响，这些都需要严格按照工艺规定的要求不折不扣的去执行，才能把操作的影响因素降到最低。再次，在钢瓶制造过程中，还要加强对瓶坯壁厚的抽测力度，一旦发现偏差增大的情况，及时找出问题产生的原因，以免造成批量性的问题。

3 结论与讨论

3.1、导致壁厚偏差的因素有多方面，它其实是一个复杂的，综合性的问题。而要控制、改善壁厚偏差，则必须从各方面都要严格按要求去执行，往往其中一个小地方的疏忽都可能导致严重的偏差。

3.2、有效的控制料块加热的温度，保证料块加热的均匀性，是保证壁厚偏差的前提条件。

3.3、氧化皮的产生对壁厚偏差有很大影响，必须减少氧化皮的产生，适当控制加热炉的加热气份，制定合理的加热工艺，加强对氧化皮的清理，都可以改善壁厚偏差。

3.4、模具、设备的精度保证是壁厚偏差保证的关键。模具的间隙的大小、安装后的精度以及在使用过程中模具精度的检查，是壁厚偏差控制过程中最重要的环节，也是最有效的环节。

3.5、加强对工人的培训，提高工人的责任心，严格要求也是壁厚偏差能得以控制和改善的保证。

参考文献：

［1］姜国权 红冲工艺与模具设计 机械工业出版社

［2］ 贾宪安 热挤压工艺与模具设计 机械工业出版社