空调压缩机法兰阀口成形裂纹的研究.pdf

第 2 l 卷第 6 期 2 0 1 1年 1 2 月 粉末 冶金 工业 P 0W DER M ETALL URGY I NDUS TRY Vo 1 ． 2 1 NO ． 6 De c ． 2O l1 空调压缩机法兰阀 口成形裂纹 的研究 曾锦 艳 。 沈华 东睦 江 门 粉末冶金有 限公 司工程技术研发 中心 ， 江 门 5 2 9 0 0 0 摘 要 用粉 末 冶金 方法 生产 空调压 缩机 法 兰可 以使 用二上 二 下 、 一上 三 下的模 具结构 。对 于 法兰小板部位厚度比较 薄的产品只能采用一上三下的模具形 式。这种形式的二下模冲侧面单 向受粉末压力， 并且存在着一、 二 下模 冲之 间的配合 间隙。试验表 明， 在粉末侧压力的作 用下， 二下模冲的偏移是否会造成阀口芯棒的弯曲变形， 是 阀 口裂纹是否产生的关键 。其 中芯棒变 形 的程度 决 定 了裂纹 的形 态和严 重程 度 。 消除裂 纹 的方式 ， 可 以通过提 高一 、 二 下模 冲的 配合 精度和在 阀口芯棒增加拔模斜度来解决。 关键 词 阀 口 ； 裂 纹 ； 配 合 间隙 ； 变形 中 图分类 号 T F 1 2 文 献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 O l 1 0 6 0 0 3 9 一O 4 STUDY ON V ALVE PORT I NG CRACKS OF AI R CONDI TI ON COM PRESSOR FLA NGE ZENG J i n - y a n。 S HEN Hu a N B T M J i a n g Me n P o wd e r Me t a l l u r g y C O． ， L TD ．E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R8 L D C e n t e r ， J i a n g me n 5 2 9 0 0 0 ，C h i n a Abs t r a c t The di e c o ns t r uc t i on w i t h t wo up pe r p un c h e s a nd t wo l o we r pun c h e s o r o ne u p pe r p un c h a nd t hr e e l o we r p unc he s c a n b e u s e d t o p r o du c e a i r c o n di t i on e r c o mpr e s s or f l a n ge s by u s i n g pm pr o c e s s ．Fo r t he f l a ng e wi t h t hi n ne r t h i c k ne s s，t h e di e c on s t r u c t i on wi t h o ne u pp e r pun c h a n d t hr e e l o we r pun c he s c a n be u s e d on l y ． The s e c o nd l o we r pu nc h s u f f e r s po wd e r p r e s s u r e u n i d i r e c t i o n a l 1 y a n d t h e r e i s t o l e r a n c e c l e a r a n c e b e t we e n t h e f i r s t a n d s e c u n d l o we r pun c h．The e x pe r i m e nt s ho ws t ha t t h e ke y t o pr od uc e v a l v e p o r t c r a c ks i s t he v a l v e p o r t c o r e r o d be ndi ng c a us e d by t he mov e m e n t of t he s e c o nd l owe r p unc h u nde r t he e f f e c t o f t h e po w de r s i de pr e s s u r e ．The f or m a nd s e v e r i t y o f t he c r a c ks de pe n d u po n t h e e x t e n t o f t h e c or e r o d b e nd i n g． The c r a c ks c a n b e e l i m i n a t e d by e n ha n c i n g t h e q ua l i t y o f t he f i t b e t we e n t he f i r s t a nd s e c o n d l owe r pu nc h a n d by a dd i ng a d r a f t a n gl e t o t h e va l v e p or t c or e r o d． Ke y wo r d s v a l v e po r t ；c r a c ks ；c l e a r a n c e f i t ；d e f o r ma t i o n 用粉末冶金方法代替铸造 的方法生产空调压缩 机 法兰 由于 质优 价廉 已成 为一 种趋 势 。部分 客户 对 法兰排气 阀部位厚度 的要求也越来越薄 ， 所 以从最 开始 的用 简单 的二 上二 下模 具 生产 到现 在部 分产 品 只能用一上三下的模具结构生产其实是迎合了客户 的更高要求 。然而从前很少出现的阀口裂纹甚至分 层 ， 现在改变结构后频繁出现， 成为严重影响生产进 度和产品质量的缺陷 。如果可以从源头上了解其成 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 9 作 者简介 曾锦艳 1 9 8 3 一 ， 女 汉 ， 广东江 门人 ， 助理工程师 ， 从事粉末冶金零件研 发工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 粉末冶金工业 第 2 1卷 因， 并通过形态判断裂纹具体是怎样产生的， 对优化 模具设计和制造 ， 快速准确地进行产品调试 ， 从而提 高 产 品质 量 具有重 要意 义 。 1 一上三下 的模具结构简 图、 产 品简 图和裂纹 图示 图 1 ， 图 2分 别 是 此 类产 品 的简 图和模 具结 构 简 图 。在 图 2所 示结 构 中 ， 一下 模 冲成形 法兰 台 阶 ， 二下模 冲成形排 气 阀部位 ， 三 下模 冲成形 颈部 。 粉 图 1 产 品简 图 上模冲 ／ 产． 阴模 厂厂 i ； ＼、 ＼ ／ 、、 、 ／ l 】 芯棒 ＼ ＼ ／＼ 、 ＼ ／ ＼ 三下模冲 ＼ ／ ＼、 ＼ ＼一下模冲 ； 、 ～ ， F 模冲 图 2 一上 三下模具结构简图 压 制状态 图 3 阀 口裂 纹 2 批量生产试验 图 4 阀 口分 层 制造一个新的一下模 冲、 二下模 冲， 通过模具制 作工艺保证一下模冲外径的圆柱度在 0 ． 0 0 5 mi D _ 以 内， 并使其与二下模冲配合的异形孔各面对底面 的 垂直度尽量缩小至 0 ． 0 1 mm 以内。充分保证二下 模 冲的垂 直 度 ， 各 垂 直 面 对 底 面 的垂 直 度 控 制 在 0 ． 0 1 mm 以内。这两个模冲配合使用 ， 观察生产过 程 中阀 口的 状 态 。如 果 出 现裂 纹 见 图 3 ， 通 过将 阀 口芯棒 非成形 部 位 抛光 出一 个 拔模 斜 度 ， 观 察 其 对 阀 口状 态改 变 的影响 见 图 4 。用这 两 个模 冲批 量 生产 1 O万 件产 品后测 量一 、 二下模 冲形 产 品部位 的变形情 况 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 曾锦艳等 空调压缩机法兰阀 口成形裂纹的研究 41 3 试验结果 与分析 3 ． 1 试 验 结果 产品开始调试出现裂纹 ， 将 阀口芯棒非成形部 位从小到大逐步抛 光出不 同大小的拔模斜度后 ， 裂 纹程度逐步减弱最后裂纹消失 ， 连续压 2万件产品， 裂纹不再 出现。但 一、 二下模 冲结合处产品的颈部 外径在压 了 2万件产品之后增 大了 0 ． 0 4 mm。生 产 1 0万件产品后 ， 拆下一 、 二下模 冲用坐标 百分表 测其垂直度 ， 发现一下模 冲异形孔贴近阴模 的t f- 4 变成鼓形 见下视意简图 5 ， 在两处测量 ， 最大变形 处达到 0 ． 0 9 mm。二下模 冲则 出现向外侧倾斜 的 趋势 ， 测其内侧， 从 顶端算起 3 2 mm 长度段 冲头向 外偏 移 了 0 ． 0 7 mm 见 下示 意简 图 6 。 图 5一 下 模 冲 变 形 a 圆弧边变形 ； b 直边处变形 ． ．⋯一 一 图 6二下模冲 内侧变形 3 ． 2结 果分 析 由于有 阴模的约束 ， 模 冲头在压制过程中的偏 移只限于模具的配合 间隙 ， 但从模 冲头检测的数据 来看， 在不断的压制循环作用下， 这种偏移导致的塑 性变形还是很严重的。首先， 使模 冲头偏移的力主 要来 自颈部粉末对二下模冲单 向的侧压力 。而作为 受力平衡 ， 为二下模冲提供反作用力 的则是与二下 模冲配合 的一下模 冲异型孔壁或 阀口芯棒 ， 或两者 同时提供 。当一、 二下模冲配合间隙较小时， 用于平 衡粉 末对 二下模 冲侧压力 的反 作用 力 由一 下模 冲异 型孔 壁提 供 ， 这 是 最 理 想 的状 态 ， 阀 口不 会 产 生 裂 纹。当一 、 二下模冲配合间隙相对于 阀口芯棒与上 模冲的间隙很大时 ， 反作用力基本由阀口芯棒提供 。 可以认为压制刚开始时芯棒垂直进入上模 冲， 压制 最终位置处 ， 芯棒上端受限于上模冲， 由于要阻止二 下模冲移动而产生 了严重的弯 曲变形， 脱模时芯棒 突然 回弹造成 了 阀 口的严 重 的单条 或对称 的双 条裂 纹 ， 甚至造成阀 口分层。这种情况 由于存在阀 口芯 棒与上模冲配合定位 ， 间接造成了一下模冲鼓形 的 弯曲。而其复杂的受力状况造成 了二 下模冲 的倾 斜。宏观 的扭曲分析可粗略表示为图 7三维演示结 果截图。最后一种情况就是 当一 、 二下模冲的配合 间隙与阀口芯棒与上模冲的配合 间隙相 当时， 裂纹 情况就会弱一些 。试验 中， 将阀 口芯棒非成形部位 抛 光 出拔 模斜 度后 裂 纹 程 度逐 渐 减 弱 直 至 消失 ， 就 是逐渐增大了阀口芯棒与上模 冲的配合间隙。 图 7较大的一 、 二下模 冲间隙造成 的阀口变形 按照上面的推理 ， 粉末压力方向确定后， 裂纹 应该只集 中在产品中心与阀 口连线 的一个 方向， 那 为什么生产的时候不同产品阀口裂纹各个方向都可 能出现呢那是 由于 阀口的边缘存在不同角度 ， 不 同大小的斜面， 压力通过粉末体传递到斜面处使二 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 42 粉末 冶金工业 第 2 1卷 下模冲产生了程度和方 向不 同的力矩 ， 使二下模 冲 有 向另外 一个 方 向偏 移 的趋势 。下 面对斜 面做 受力 分析， 得出斜面角度对力矩大小的影响。 图 8中， F代 表 压 机 作 用 在 单 位 面 积斜 面 上 的 正压 力 ， F’ 代 表 粉 末 的 单 位 面 积 的侧 压 力 ， 根 据 海 格纳士公司的实验数据 可知 F’ ≈0 ． 5 F。e为斜 面 与水 平方 向的夹角 ， H 为斜 面 的 高度 ， l 为斜 面 的 长 度。二下模冲长度用 L表示 。由图可知 F 4 解 决方式 由上 面 的分 析 可 知 ， 排气 口成形 的裂纹 可 以通 过提高一、 二下模冲的配合精度 ， 即减小配合间隙来 解决 ， 这就 对模 具 制 造提 出 了一 个 很 高 的要 求 。如 果在 生产 调机过 程 中 此裂 纹 出现 ， 可 以通 过 给 阀 口 芯棒 增加 拔模斜 度 的方式来 解决 。 但是 ， 如果模具制造精度存在欠缺的情况下 ， 要 比较 彻底 地解决 这 个 裂纹 问题 ， 就 需 要更 改 模 具结 构 ， 即由传统 的一上 三下结构改为二上二下结构 。 因为二上二下结构省去二下模 冲就不存在 间隙问 题 。但对 于小板 厚度 小于 3 mr n的产 品这 种结 构是 不适 用 的 。 图 8二下冲斜面受力分析 5 结 论 力矩 M一 F S c o s 0 F’ S s i n 0 X L s i n 0 S H1 ／ s i n 0 所 以 ， MFH1 L c o s 0 0 ． 5 s i n 0 要求 M 的变化趋势 ， 可设 f e 一 c o s 0 0 ． 5 s i n 0 ， 求其导数。 f’ 0 一 一 s i n e O ． 5 c o s 0 ， 令其等于 0 ， 可求得 e 26 ． 5 6 5 。 。 由于 0 在 0 ～9 O 。 范围内取值 ， 所 以代入 f 0 一 1 ， f 9 0 O ． 5 ， f 2 6 ． 5 6 5 一 1 ． 1 l 8，f 2 6 ． 5 6 5 f 0 f 9 0 。 可知 ， 当 O 2 6 ． 5 6 5 。 时 ， M 取得最 大值。同时 M 与压机单位压力， 斜面高度、 长度 ， 二下模冲长度 成正 比。其变化趋势如图 9曲线所 示。由于 M 的 存在及其变化 ， 它影响着二下模 冲的位移方向和扭 曲程度 ， 所 以对 阀 口裂 纹 的位 置 以及 数 量 产生 了很 大影 响 。 图 9二下模冲斜面 受力分析 1 阀 口裂 纹 的产生 主要取 决于一 、 二下 模 冲之 间与排气 口芯棒和上模冲之 间的相对配合间隙，当 一 、二下模冲的配合 间隙大于排气 E l 芯棒和上模冲 的配合间隙时 ， 就会产生裂纹。 2 在 有裂 纹产 生 的情 况下 ， 裂纹 位置 的多变是 由于排气 阀斜 面的存在 ， 当斜面 的角度为 2 6 ． 5 6 5 。 时 ， 影 响最 大 。 3 要 改善 阀 口裂 纹 的状 况 ， 就要 在 保 证一 、 二 下模冲滑配的前提下， 尽量减少两者之 间的配合间 隙 ， 提高配合精度 。同时， 在 阀口芯棒非成形段加工 出一个拔模斜度是通过增大 阀口芯棒与上模冲的配 合间隙， 减小一 、 二下模冲配合间隙与芯棒和上模冲 的配 合间 隙 的 比值 ， 从 而 起 到 一 个 相 对 补 充 作 用 。 在产 品厚度 不太 小 的情 况 下 ， 改 变 结构 也 是 个不 错 的选择 。 参考 文献 [ 1 ] 黄培云 主编． 粉末冶金原 理[ M] ． 北 京 冶金工业 出版 社 ，2 0 0 0 ． [ 2 ] 周 作 平 申小平 编著． 粉末 冶金 机 械 零件 实 用 技 术 [ M] ． 北 京 化学工业出版社 ， 2 0 0 5 ． E 3 ] 韩凤麟 编著． 中国模 具工程 大典 [ M] ． 第 六卷． 北 京 电子 工 业 出版 社 ，2 0 0 7 ． [ 4 ] 韩凤麟 编著． 裂纹知识库 [ M] ． 北京 ， 2 0 1 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m