2018浅谈某黄铜壳体内底转角裂纹缺陷分析及解决措施

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　　摘要：目的，即为解决公司某产品整体引伸黄铜壳体在方案摸底试验阶段引伸过程中内底部出现裂纹缺陷。方法，即通过加工方案审查，对裂纹缺陷原因分析并逐一排查，并采用进行验证试验的方法确定裂纹缺陷的原因。结果，即通过进行验证试验成功对裂纹复现，采取优化冲模具的方法，进行改进后引伸试验，壳体无裂纹缺陷。结论，即通过优化冲模具，保证冲模具各节点圆滑过渡，表面粗糙度满足设计要求，可避免整体引伸黄铜壳体产生裂纹缺陷。
　　关键词：黄铜壳体;裂纹;引伸
　　黄铜壳体采用传统的热挤盂及多次冷引伸的方式即可制造，但壳体引伸毛坯由于受材料、冲模具、辅助工具、热处理、润滑及设备等因素的影响，质量问题也比较多，经常出现的质量问题有口部偏斜及壁厚差超差、裂纹、断裂、内外表面道线等。我厂生产的某黄铜壳体在方案摸底试验阶段引伸过程中出现了裂纹，本文通过对产生裂纹的几种原因进行逐一分析排除，最终找出原因并予以解决。
　　一、壳体加工方案
　　根据产品图尺寸和性能的要求，通过设计计算确定壳体采用一次热挤盂和五次冷引伸的工艺方式，热挤盂采用感应加热的方式，一到四伸后进行退火处理，二伸后为保证壁偏差进行车外圆处理，五伸后经压底、两次烤口、收口、磨光、机加、低温退火、表面处理最终得到成品。
　　二、壳体裂纹产生的原因及分析
　　2.1 问题描述 黄铜壳体在方案摸底试验阶段，第一组壳体加工过程中，发现末伸后毛坯距内底18～26mm处有轻微断续裂纹(见图1)，金相检查结果为拉裂，深度约为0.1～0.3mm。
　　2.2 原因分析 通过查阅相关资料，根据多年的壳体生产经验认为裂纹现象产生的原因主要如下：①末伸加工率过大;②毛坯未经退火处理或退火不充分;③引伸至退火间的存放期过长;④原材料中有严重的疵病或过量的杂质;⑤润滑质量不好;⑥毛坯表面有严重的机械损伤;⑦模具表面粗糙度过高。
　　2.3 分析验证
　　2.3.1 末伸加工率过大。引伸的关键工序在末伸和末前伸。末伸加工率的确定是引伸设计中至关重要的，因为它不仅是保证产品表面质量的重要因素，也是决定产品最终机械性能的重要因素。为验证末伸加工率是否过大，对末伸的毛坯外径Dn和末伸根部加工率进行验算，工艺尺寸设计合理，因此可以排除末伸加工率过大产生的裂纹。
　　Dn=Dj (1)
　　式中： Dj――产品接际部直径;
　　――系数，取0.998。
　　2.3.2 毛坯未经退火处理或退火不充分，引伸至退火间的存放期过长。依据加工方案要求，毛坯在每次引伸后都进行再结晶退火，目的就是消除加工硬化、恢复金属的塑性，而且为保证产品性能稳定，在退火后均进行洛氏或布氏硬度检测。工艺要求在每次引伸后24h内必须进行退火处理，防止引伸后长时间放置由于应力释放产生断裂现象。因此可排除未经退火处理或退火不充分，以及引伸至退火间的存放期过长等原因造成裂纹。
　　2.3.3 原材料中有严重的疵病或过量的杂质，润滑质量不好。原材料在经过熔铸后均进行探伤和化学成分分析，合格后允许进行热挤盂、引伸等后续加工。黄铜壳体在各引伸过程中采用肥皂液进行润滑，引伸前均将毛坯浸到肥皂液中，保证毛坯充分润滑和起到冷却冲模具的作用。因此可以排除原材料中有严重的疵病或过量的杂质，润滑质量不好原因造成裂纹。
　　2.3.4 毛坯表面有严重的机械损伤，模具表面粗糙度过高。毛坯在热挤盂后有除油、酸洗、内磨工序，检验热挤盂后的表面质量，各引伸工序后也有酸洗工序。而且裂纹出现后又重新对五伸和四伸的冲模具和毛坯进行了表面质量检查，模具表面粗糙度满足模具设计要求，毛坯内表面除裂纹处以外未发现损伤。
　　三、裂纹复现验证及解决措施
　　3.1 裂纹复现 为找出裂纹出现的真正原因，进行第二组壳体的加工，其过程状态与第一组完全一致，并从热挤盂工序开始每一道工序完成后抽1发毛坯在距底部30mm处沿径向剖开，检查其内表面的质量情况。结果在二伸后发现毛坯内底圆弧与筒体过渡处出现压痕(见图2)，且具有一致性。对该状态进行毛坯料、工艺、模具等多方面检查发现：二伸冲子表面粗糙度满足要求，但在端面小圆弧与体部大圆弧切点处有凸棱，没有圆滑过渡。这种情况会造成引伸后内表面根部金属流动迟滞，形成压痕，压痕位置与冲子凸棱处相吻合。为验证二伸的压痕是否为末伸后的裂纹，将有压痕的毛坯隔离加工至五伸，结果毛坯出现了裂纹，而且裂纹位置和状态均与第一组裂纹一致。证明了引伸后裂纹是由二伸压痕导致的。
　　3.2 裂纹解决措施 针对裂纹出现的原因，将二伸冲子进行修磨，保证各部尺寸在图纸尺寸公差范围内，切点圆滑过渡。冲子修磨严格按尺寸设计要求执行，必须满足如下要求：①二伸冲子根部递减量Cq与一伸冲子和三伸冲子的间隙控制在0.2～0.6mm。②二伸冲子小圆弧半径r及大小圆弧切点处高度hp与一伸冲子和三伸冲子相同。③冲子材料为工具钢T10A，保证其热处理硬度为HRC58～62。④修复后冲子表面镀铬，铬层厚度为0.02～0.08mm，镀铬后表面抛光处理，保证粗糙度为Ra0.4。
　　改进后进行引伸试验，通过后续各伸对毛坯进行解剖检查，没有裂纹料产生，彻底解决了壳体引伸过程中产生的裂纹问题。
　　四、结束语
　　引伸工序在黄铜壳体的制造中占有很重要的位置。因为在冲压工序中引伸工序相对比较多，而且通过引伸为壳体的最终成形创造了条件。同时，使筒体获得了壳体所要求的机械性能。而实际生产中引伸后的毛坯相关尺寸近似的当作冲模具的相应尺寸，冲模具表面粗糙度也会影响到引伸后毛坯的表面粗糙度。
　　因此引伸工序冲模具的设计至关重要，只有保证了引伸用冲模具的尺寸状态，才能保证引伸后毛坯的尺寸状态和体部的机械性能。