鋁合金罐體的等徑翻邊工藝

■ 王 琳

1.概述

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備所用鋁合金三通罐體的翻邊工藝是比較成熟的，但基本上都是小口徑翻邊。對(duì)于接近等徑的大口徑三通罐，由于翻邊難度很大，工藝上并不穩(wěn)定，所以一般都使用鑄造罐體。但相比之下，鑄造罐體在性能上和生產(chǎn)成本上都存在一定的劣勢(shì)。因此對(duì)于大口徑三通罐，有必要研究采用焊接罐體翻邊代替鑄造罐體的工藝可行性。我們分別從材質(zhì)的選擇、翻邊模具的設(shè)計(jì)、預(yù)開(kāi)孔的計(jì)算、變形量的測(cè)量等各方面對(duì)等徑翻邊進(jìn)行分析，最后成功地完成了鋁合金罐體的等徑翻邊，有效地降低了生產(chǎn)成本，提高了罐體的性能。

2.材質(zhì)、模具、預(yù)開(kāi)孔

在材質(zhì)方面，不同牌號(hào)的鋁合金具有不同的力學(xué)性能。對(duì)于鋁合金翻邊罐來(lái)說(shuō)，塑性指標(biāo)是所要考察的重點(diǎn)，需要所選鋁合金可以承受罐體等徑翻邊時(shí)所能達(dá)到的最大變形量。同時(shí)，對(duì)于罐體材料來(lái)說(shuō)，還需具備一定的強(qiáng)度和耐蝕性。在全面考慮并經(jīng)過(guò)相應(yīng)測(cè)試之后，我們選擇了5A02-H112鋁合金，其具有較好的綜合力學(xué)性能和耐蝕性。

在翻邊模具方面，由于要將模具伸入到罐體中，所以模具尺寸要比罐體內(nèi)徑略小，而要保證盡量等徑，需要模具尺寸盡量接近罐體內(nèi)徑。經(jīng)過(guò)論證，我們認(rèn)為只要把模具送進(jìn)罐體內(nèi)部即可完成翻邊。試驗(yàn)鋁罐內(nèi)徑為520mm，由于模具的上端有一直線段，所以設(shè)計(jì)模具直徑比罐體內(nèi)徑小4mm，即為516mm，翻邊時(shí)模具兩側(cè)距離罐體內(nèi)壁都是2mm。這樣就能保證翻邊時(shí)模具能順利伸入罐體內(nèi)部，并能盡量接近等徑翻邊，如圖1所示。

罐體在翻邊前要預(yù)先開(kāi)孔，預(yù)開(kāi)孔的大小是決定翻邊能否成功的重要因素。預(yù)開(kāi)孔小，翻邊后孔的邊緣部分易破裂，預(yù)開(kāi)孔大，翻邊高度達(dá)不到要求。所以，在設(shè)計(jì)預(yù)開(kāi)孔時(shí)必須考慮充分，既要保證翻邊后孔的邊緣不破裂，又要保證翻邊后直邊的高度。經(jīng)討論與計(jì)算，內(nèi)徑為520mm的鋁罐體橢圓形預(yù)開(kāi)孔的長(zhǎng)徑和短徑尺寸分別為480mm和230mm。

圖1 翻邊機(jī)、模具及鋁合金罐體

3.翻邊工藝過(guò)程

對(duì)5A02-H112鋁合金罐體進(jìn)行翻邊，在不預(yù)熱的情況下，成品率較低，在預(yù)熱的情況下，成品率則非常高，預(yù)熱溫度為200℃左右。圖2為翻邊后的三通罐。從圖中相貫線的形態(tài)可以看出，罐體的翻邊基本接近于等徑翻邊。經(jīng)過(guò)對(duì)罐體開(kāi)口變形量的測(cè)量與計(jì)算可知，在罐體翻邊時(shí)，靠近橢圓預(yù)開(kāi)孔軸向側(cè)位置的伸長(zhǎng)率更大，而其平均伸長(zhǎng)率則為41%左右。從資料可查，在200℃的溫度下，5A02鋁合金的伸長(zhǎng)率超過(guò)50%，這就從理論上解釋了在預(yù)熱充分的情況下，5A02鋁合金罐體的翻邊成功率是有保證的。

此外，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，有兩點(diǎn)事項(xiàng)需要特別注意：一是由于靠近橢圓預(yù)開(kāi)孔軸向側(cè)位置的伸長(zhǎng)率更大，因此需要對(duì)該處進(jìn)行更加充分的預(yù)熱；二是因?yàn)轭A(yù)開(kāi)孔在翻邊之后的整體變形量是比較大的，所以需要對(duì)其邊緣進(jìn)行仔細(xì)打磨，以避免因存在尖角毛刺而導(dǎo)致罐體在翻邊過(guò)程中因應(yīng)力集中而開(kāi)裂的問(wèn)題。

圖2 5A02-H112鋁合金翻邊罐

4. 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于翻邊鋁合金罐體，我們選用的材質(zhì)為5A02-H112，在預(yù)熱的情況下翻邊有非常高的成品率。為了保證盡量等徑，翻邊模具的尺寸為比罐體內(nèi)徑小4mm。在翻邊前，需要對(duì)罐體預(yù)開(kāi)孔邊緣進(jìn)行仔細(xì)打磨，同時(shí)還需要對(duì)罐體，尤其是靠近橢圓形預(yù)開(kāi)孔軸向側(cè)位置進(jìn)行充分的預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200℃左右。