浅谈黄铜阀体冲压工艺与模具的发展

俞冠正

【摘 要】结合笔者实践工作经验，本文对冲压工艺的涵义种类及特点、冲压模具设计的原则要求及设计思路、冲压模具的发展等方面进行了论述分析，以供相关从业人员借鉴参考。

【关键词】冲压工艺；黄铜阀体；发展

近些年，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，黄铜因其抗腐蚀性强、外表美观等特点而备受人们的重视，应广泛用于民用产品领域，如各种管道、阀门、接头等。为了满足日益增长的社会需求，生产企业采用热冲压的方法代替传统的翻砂方法来生产阀门的阀体，以改善产品性能，降低金属消耗，提高生产效率和产量。但是，由于阀体毛坯的棒料、结构和冲压方法等方面的因素，黄铜阀的阀体毛坯冲压成形时可能产生裂纹，甚至出现开断泄露，大大影响了生产效率、企业信誉和客户的人身财产安全。

一、冲压工艺的涵义及种类

1.冲压工艺的涵义.冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工（或称压力加工），合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有60%～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成的成品。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲壓出孔、凸台等。

2、冲压工艺的种类。在对冲压进行分类的时候，主要是按照工艺的不同进行，主要将其分为分离工序和成形工序，这两类不同的工艺各有着自己的特点。分离工序又被称为冲裁，通过该道工序，能够使冲压件沿着一定的轮廓线从板料上分离，还能够确保分离断面的质量要求。成形工序与此有着不同的特点，其主要目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，然后根据所需要的工件形状和尺寸完成加工，满足工件制作的尺寸和形状要求。事实上，在实际制作工作中，通常是多种工序综合运用于一个工件，每道工序发挥不同的作用，从而完成工件的加工制造，满足设计和制造的要求。冲裁、弯曲、剪切、拉伸、矫正是最为重要的几种工艺，必须做好每道工序的加工制作，以确保整个模具制造质量。同时为了提高制作质量，还要确保冲压用板料的表面和内在性能良好，冲压材料厚度应该精确、均匀，材料表面光洁，没有斑痕，没有擦伤与表面裂纹，以确保加工制作工件的质量和美观。另外，用板料的屈服强度应该均匀，没有明显的方向性，均匀延伸率高，屈服强度比低，加工硬化性低。只有所用的板料达到上述质量要求，才能更好的进行加工制造，提高工件质量。

二、黄铜阀体单向冲压成形过程

阀体由实心黄铜棒料在冲模中经冲压而成。冲压时冲模立放，合模后将加热到预定温度的棒料竖直放入模腔中，下抽芯和侧抽芯不动，上冲头向下运动挤压坯料，强迫其在模腔中流动，最终形成阀体毛坯。这是目前阀体生产常用的方法，即单向冲压。这种单向冲压存在的不足之处有：①上冲头行程大，金属流动距离远，不均匀变形大；②阀体成形时间长，温度分布的不均匀性加强，棒料组织性能不均匀性更加严重；③为了减少棒料规格，企业通常用同一直径的棒料

来生产不同型号的阀门。这种设计虽然增强了棒料的共用性，但对直径较大的阀体来说棒料直径小、长度大，冲压时轴向压缩和径向鼓胀变形程度都增大，冲压行程增大，变形不均匀性随之加剧

三、Hpb59-1铅黄铜阀体冲压缺陷分析与检测

因缺少有效的检测方法，难以及时、准确地？发现开裂的产品，没能在生产过程中及时地进行相应的调整，导致生产成本和无效损耗的增大，更为严重的是极少量的开裂产品流入到市场中，造成一定的危险。

1.缺陷分析。由于阀体HPb59- 1黄铜中的实际Cu含量偏少、Pb的含量较高，而例如3/4″黄铜温控阀阀体结构复杂，致使阀体坯件在采用单向热冲压时会产生开裂，且裂纹主要出现在阀体的上下端、侧端和两圆柱体的相贯线附近。

2.监测分析。目前应用较成熟的无损检测方法有射线检测、超声波检测、磁检测、涡流检测和渗透检测等？？。其中渗透？检测法是利用毛细吸附原理，在被检测零件表面涂覆一层渗透力极强的渗透剂，使渗透剂渗入表面缺陷中；将表面清洗干净后再在表面涂一层特殊的显像剂，使渗入表面缺陷中的渗透剂在毛细张力作用下从缺陷处渗出，从而显示出表面存在的缺陷。该方法主要用于检测非多孔性的金属、？非金属材料的表面缺陷，具有简单、有效、操作灵活方便，不受被测零件大小、形状、复杂程度及批量的限制的优点。渗透检测有两种具体检测方式，一种是普通光照条件下的、可见色差的渗透检测；另一种是荧光渗透检测。一般前者主要用于手工抽样检测，后者主要用于自动批量检测。

四、黄铜阀体冲压缺陷的改进措施

根据阀体坯件开裂的原因分析，增强原材料塑性，改善成形时金属的流动条件和塑性变形量，降低坯件中的应力集中和拉应力水平，可有效减少温控阀阀体开？裂。具体可从以下3个方面考虑。（1）原材料？将Cu含量增加2%～3%，？使其达到59%～60%，？以提高合金组织中α相的含量，改善其室温、高温塑性，提高变形加工性能从而降低冲压时阀体坯件的开裂倾向。控制黄铜中Pb含量不超过2.0%，以防止塑性过度下降。？（2？）冲压工艺？合理选择冲压工艺参数，使冲压过程在高温中完成（如在680℃以上完成冲压）？，增加金相组织中的β相，增强坯件的塑性；降低冷却速度（如采用保温冷却），减少冷却内应力；改变坯料冲压方式（如采用多向冲压），缩短坯件成形时间，减少应力集中；合理选择坯件的冲压位置（如将带有凸台的一端朝上放置），使最易开裂部位最先成形，降低所受拉应力等。（3？）其他措施？改进坯件尺寸，使各方向的变形时间相近；？增大圆柱相贯处的过渡圆弧半径，减少金属流动阻力；增大凸台过渡圆角，防止成形时金属流动到凸台处因壁厚的突然增加而在周向上出现较大的拉应力；加强质量管理，规范操作，严格控制工艺参数等。

五、冲压模具的发展

模具的自动加工生产系统是我国发展中的一项关键问题，模具的自动加工系统需要有多台的机床进行合理的组合，并且需要配备定位盘等装置，需要有完整的刀具数控库和完整的空柔性同步系统，还要有质量监测控制系统。尤其是因为模具行业发展比较成熟，给我国的模具冲压行业带来了很大的挑战，由于在环保方面又有了更高的要求，因此给冲压带来了很大的压力，同时产品集约化生产和个性化的发展，以及环保方面的要求，还有节能方面的控制，需要在冲压行业进行新一轮的技术改造和创新。同时仿真技术的应用是当前冲压技术发展的重要的技术，需要考虑自动化和灵活性方面的要求，使冲压成型更加的数字化、自动化和科学化，在整个行业中冲压模具的发展更加向着技术性的发展靠近。

结束语

冲压工艺对整个钢材加工制作有着重要的影响。尽管随着技术研究的深入和经验的总结，冲压工艺取得了较快发展，但在实际加工和运用中仍然存在着一些值得进一步研究和改进的地方，应该注重经验的总结，提高工艺水平，节约冲压工艺成本。

参考文献

[1]徐政坤.冲压模具设计与制造[J].化学工业出版社，2009

[2]刘建超.冲压模具设计与制造[J].高等教育出版社，2010

[3]王勇，乔源庆.小型汽车零件冲压模具设计及其发展[J].中国科技博览，2010

[4]董长双，杨楚民.调整全自动数控机床研制[J].机床与液压，2005