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(shuō)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(duì)紅沖模具、材料（專用銅棒）、高溫潤(rùn)滑劑等的要求。

0.引言

長(zhǎng)期以來(lái),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(wèn)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(yáng)市豐源銅業(yè)有限公司，在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)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(kāi)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(cè)試技術(shù)研究院等權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè),各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)大幅提升,產(chǎn)品被評(píng)為2013年國(guó)家級(jí)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(dòng),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(duì)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(lái)的一種新的專業(yè)工藝，通過(guò)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(dòng)作,在一定壓力下,迫使金屬材料在模腔內(nèi)通過(guò)復(fù)雜流動(dòng),使金屬流動(dòng)的方向與上沖模運(yùn)動(dòng)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(dòng),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(dòng)，其流動(dòng)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(kù)。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(jiàn)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(jiàn)表2。

3)對(duì)模具和壓力機(jī)的要求比精密鍛造簡(jiǎn)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(rùn)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(rùn)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(guó)標(biāo)銅棒不能適應(yīng)紅沖的要求，因?yàn)榧t沖過(guò)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(dòng)性能,否則制件“沖不到位”。只有具備良好流動(dòng)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(yáng)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(duì)改進(jìn)銅棒在紅沖過(guò)程中的流動(dòng)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(guò)程中阻尼大往往形成死角，坯料無(wú)法到位。而無(wú)轉(zhuǎn)角或平行的地方,金屬過(guò)多或過(guò)早流動(dòng)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(dòng)的規(guī)律,在需要金屬流動(dòng)的地方，減少其阻力，使其順利流動(dòng)，而不需要流動(dòng)或只需要少量流動(dòng)的地方適當(dāng)加大阻力，限制或部分限制其流動(dòng)。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(dòng)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(méi)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(rùn)滑材料，不僅有利于脫模,也延長(zhǎng)模具的使用壽命。但是,潤(rùn)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(lái)越大的氣體阻尼,不僅影響坯料無(wú)法到位,也會(huì)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(wèn)題往往不易發(fā)現(xiàn)。因此，在紅沖模的設(shè)計(jì)過(guò)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(dòng),距離較遠(yuǎn)部分先流動(dòng)，距離較近部分后流動(dòng)，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(guò)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(dòng),而坯料在反向流動(dòng)過(guò)程中，遇到上沖模后一級(jí)(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(guò)程中，上沖模只用二節(jié)加封口即可,特殊如Y250、加長(zhǎng)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(dòng)。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3~5mm處，設(shè)計(jì)一條凹凸型密封線，通過(guò)加大阻尼，防止過(guò)多的飛邊產(chǎn)生。

5)抽芯模缸

因?yàn)榧t沖模具長(zhǎng)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(wàn)次以上,若設(shè)計(jì)不合理,往往1萬(wàn)次都無(wú)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(dòng)長(zhǎng)塊作為導(dǎo)軌,與其相對(duì)應(yīng)的外模缸切割成T字形導(dǎo)向長(zhǎng)槽,導(dǎo)軌在導(dǎo)槽內(nèi)可上下滑動(dòng)�；瑝K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(duì)應(yīng)兩條，磨損到一定程度,相互換位，可延長(zhǎng)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(cuò)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(jiǎn)便易行。

3.3高溫潤(rùn)滑劑

1）高溫潤(rùn)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(rùn)滑劑，保證順利出模，是紅沖中亟待解決的問(wèn)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(guò)程中的制件與模具接觸面上的外摩擦。高溫潤(rùn)滑劑是指加在外摩擦兩表面間的一種介質(zhì),介質(zhì)潤(rùn)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(rùn)滑劑主要成份

該文所指高溫潤(rùn)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(jiǎn)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(wú)有害氣體和積炭，具有較強(qiáng)的分散功能和吸附力，無(wú)腐蝕，能迅速粘附于熱金屬表面，為潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(duì)模具與制件起到良好的潤(rùn)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(yǔ)

富陽(yáng)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。