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先噴粉后封罐產(chǎn)品粉裂問(wèn)題的分析
2019-05-15閱讀量:1104

  要先噴粉后封罐機粉裂問(wèn)題已成為濾清器行業(yè)的難題。從零件尺寸、噴粉設備以及原料等方面進(jìn)行了研究和探討,結合生產(chǎn)實(shí)際,找到了解決問(wèn)題的關(guān)鍵,并在生產(chǎn)中取得了良好的效果。

  濾清器制造過(guò)程中,因為產(chǎn)品內部結構特殊,其封口工藝為先噴粉后封罐。這樣的產(chǎn)品大多存在共同缺陷,就是封口時(shí)造成粉裂,這已經(jīng)成為制約生產(chǎn)的行業(yè)問(wèn)題。

  1 殼體成型方面的原因及改進(jìn)

  每月因此項質(zhì)量事故給公司帶來(lái)數萬(wàn)元的經(jīng)濟損失。針對這個(gè)問(wèn)題,技術(shù)人員深入現場(chǎng),詳細觀(guān)察此類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過(guò)程,同時(shí)反復對封口產(chǎn)品進(jìn)行試驗,最終找到了導致此類(lèi)產(chǎn)品粉裂的幾個(gè)因素:1.產(chǎn)品在封口過(guò)程中勾結厚度,以及零件配合尺寸的合理性;2.殼體授粉過(guò)程,噴涂設備噴涂粉末的均勻性能;3.粉的韌性、塑性問(wèn)題。

  1.1 塑性形變

  濾清器產(chǎn)品封口的過(guò)程,是一個(gè)零件材質(zhì)塑性變形的過(guò)程。材質(zhì)彎曲時(shí)變形區的應力和應變狀態(tài)與彎曲變形程度有關(guān)。

  1.1.1 彈性彎曲

  在外加彎矩的作用下,板料產(chǎn)生較小的彎曲變形,應變和應力僅發(fā)生在切向方向,由外區拉應力過(guò)渡到內區拉應力,其間有一層纖維,其切向應力為零,彈性彎曲范圍內應力中性層和應變中性層是重合的,所以在變形區的內外表面,應力與應變******。

  由此,彈性彎曲的條件為:

  R/t ≥1/2(E/α-1) ⑴

  式中:R——彎曲件的內表面圓角半徑;

  t ——彎曲件厚度;

  E——材料的彈性模數;

  α——材料的屈服極限。

  相對彎曲半徑(R/t) 是彎曲變形的重要指標,R/t越小,變形程度越大。

  1.1.2 彈-塑性彎曲和線(xiàn)性塑性彎曲

  當變形程度增大,一般材料的R/t 在5~200之間時(shí),板料變形區處于線(xiàn)性塑性彎曲和彈-塑性彎曲,彈-塑性彎曲板料剖面的中心部分仍保留有很大的彈性變形區域。線(xiàn)性塑性彎曲時(shí),中間彈性變形區所占比例極小。對于彈-塑性彎曲和線(xiàn)性塑性彎曲變形范圍內切向應力值為:

  α=αs+D(εa-ε) ⑵式中:α——屈服極限;

  D——硬化模數;

  ε——與屈服極限相對應的切向應變;

  εa——與αs相對應的切向應變;

  αs——屈服強度。

  1.1.3 立體純塑性彎曲

  當彎曲變形程度較大時(shí),即R/t<5 時(shí)變形區變力應變狀態(tài)由線(xiàn)性轉為立體狀態(tài)。

  對與旋裝濾所有產(chǎn)品封口過(guò)程零件材質(zhì)都經(jīng)歷這三種過(guò)程, 都是依靠成形模具的型面對金屬板材進(jìn)行成形,部分材料離開(kāi)成形模具后,依靠材料內的應力作用使離開(kāi)模具的材料完成變形,達到預期的要求。

  在相對靜態(tài)下,材料內各質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相互作用的內力,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都處于應力平衡狀態(tài),各質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相對位移,材料也不變形。材料發(fā)生變形,是材料內部的各質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了相對運動(dòng)位移,各質(zhì)點(diǎn)的相對運動(dòng)是由于材料表面受到了面力的作用,也就是設備、模具對材料施加的外力。一般的金屬成型是依靠模具的型面對材料進(jìn)行施壓成型,在考慮材料恢復和變形應力的情況下,使金屬材料達到要求的形狀和表面質(zhì)量。而旋裝濾的封口不但要根據產(chǎn)品要求的形狀設定成形模具的型面,同時(shí)對離開(kāi)模具后的金屬材料的運動(dòng)趨勢和最終狀態(tài)也要加以控制,以達到預期的要求。因此在設定成形模具的型面時(shí),在根據最終尺寸、形狀,計算、設計型面曲線(xiàn)的同時(shí),必須充分了解材料離開(kāi)模具后的變形、運動(dòng)趨勢、材料內各質(zhì)點(diǎn)相互作用力的方向。

  掌握旋裝濾封口材料變形過(guò)程,是防止粉層裂及密封性的保證。

  此類(lèi)的封口是依靠模具在旋轉擠壓零件的過(guò)程中,利用金屬材料的塑性,使金屬材料沿模具的型面成型,離開(kāi)模具的材料在應力的作用下,依靠模具對后續材料的擠壓外力繼續成型。

  1.2 針對成型過(guò)程的改進(jìn)

  因罐體外殼的成型過(guò)程會(huì )擠壓涂層導致粉裂缺陷,因此對成型過(guò)程進(jìn)行以下改進(jìn)。

  1.2.1 頭道成型的改進(jìn)

  在成型過(guò)程中,重疊的板材在左側滾輪軸向旋轉和自轉的徑向擠壓下,板材沿滾輪的曲面成型。在成型過(guò)程中為防止變形的材料與殼體外表面發(fā)生嚴重的擠壓,并發(fā)生軸向的位移,破壞殼體表面的噴粉涂層,在成形時(shí),需保證成型部分達到要求的同時(shí),成型部分不與殼體外表面發(fā)生擠壓。對圖2而言,在滾輪的擠壓下,靠滾輪型面促使材料沿型面成型,同時(shí)控制離開(kāi)滾輪的材料按照預定趨勢成型,在完成成型過(guò)程的同時(shí),盡量避免封圈的成型末梢與殼體外表面發(fā)生嚴重的擠壓,使其向成型滾輪方向運動(dòng),如圖3所示。為達到上述成型的要求,對滾輪的型面曲線(xiàn)要求非常嚴格,不但考慮材料在型面內的變形,也要考慮材料離開(kāi)滾輪后的運動(dòng)趨勢。通過(guò)多次設計和驗證,成功設計、制成了達到使用要求的滾輪。

  1.2.2 二道成型的改進(jìn)

  為保證封口處產(chǎn)品的密封性,完成頭道成型后,必須進(jìn)行滾輪二道擠壓成型,使變形部位各結合面緊密貼合,達到產(chǎn)品密封性的要求。在二道成型過(guò)程中,與頭道成型的基本過(guò)程相同,也是依靠滾輪的軸向旋轉和自轉,并在徑向的擠壓下,成型部位達到緊密的貼合。在擠壓過(guò)程中要盡量避免與殼體外表面接觸的部位發(fā)生軸向位移,只讓與殼體不接觸的部分材料發(fā)生軸向和徑向位移,以達到變形各結合面緊密貼合,而殼體外表面的涂層不受損傷。

  為達到上述效果,不但對二道成型的滾輪曲面有很?chē)栏竦囊?,而且對頭道成型的型面及變形程度也有很高的要求,只有頭道與二道相互協(xié)調,才能達到******的封口狀態(tài)。在外觀(guān)涂層不出現裂紋的情況下,必須保證產(chǎn)品的密封性,因此在設計二道滾輪時(shí),對產(chǎn)品的密封性要預以充分的保證。結合頭道滾輪的設計、驗證、制成了達到使用要求的二道滾輪。

  1.3 防殼體外表面涂層裂紋的尺寸配合

  除封口部位在擠壓成型過(guò)程中容易將涂層擠裂外,在封口成型的過(guò)程中,殼體表面如果發(fā)生較大的塑性變形,在塑性變形的過(guò)程中材料表面的晶體發(fā)生位移,容易引發(fā)表面晶體與涂層的分離,造成涂層的脫落和裂紋。以CLQ-87 產(chǎn)品為例,為減小勾結過(guò)程中殼體變形量,在封口外徑不變的情況下,需增大封圈定位塊的直徑,這樣產(chǎn)品在封口過(guò)程中勾結部分可提前接觸到定位塊,解決了殼體在勾結過(guò)程中勾結部分過(guò)度變形粉層脫落、粉裂問(wèn)題。

  2 粉末涂層方面的原因及改進(jìn)

  2.1 粉末涂層厚度不均勻的原因

  由于生產(chǎn)旋裝濾的噴粉設備不存在自轉系統,噴粉過(guò)程中產(chǎn)品不能自轉,在噴粉過(guò)程有限距離內,殼體不能夠均勻授粉。

  經(jīng)測量可知噴粉厚度最小是50μm,******是150μm,粉層厚度差別大,在封口過(guò)程中殼體邊緣受力不均勻,導致粉裂。

  此外在授粉過(guò)程中殼體在掛具上受到地鏈轉動(dòng)震動(dòng),使殼體不停地晃動(dòng),此現象也會(huì )導致殼體授粉不均勻。

  2.2 粉末涂層厚度的一致性改善

  針對這兩種現象采取不同措施,首先設計專(zhuān)用掛具,讓殼體與掛具基本配合間隙很小,以CLQ-87為例:殼體直徑為(106.7±0.2)mm,掛具直徑為106mm,以防止殼體在授粉過(guò)程中晃動(dòng)。

  雖然在噴涂的過(guò)程中使用自動(dòng)噴槍?zhuān)到y采用自動(dòng)反饋電流控制技術(shù),上粉率高,涂層質(zhì)量均勻且優(yōu)異。但由于殼體結構不同于平板工件,噴槍距離遠近不同,同樣會(huì )造成局部涂層的差異。

  為彌補柱形殼體涂層不均的缺陷,添加了殼體自轉裝置,使殼體在授粉過(guò)程中可以轉動(dòng),均勻授粉,這樣保證了粉層厚度的均勻。

  3 粉末涂料的影響

  在旋裝濾產(chǎn)品中,所噴涂的粉末涂料對封口粉裂也有很大的影響,我們所噴涂的是有機粉末涂料,其成分和含量為硫酸鋇20%,環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂56%,鈦白粉20%,其余助劑4%。硫酸鋇可以提高粉層的硬度,環(huán)氧樹(shù)脂可以提高其柔韌性和上粉率,鈦白粉提高其光澤度。

  對于先噴粉后封罐的產(chǎn)品,首先要做的是提高粉層柔韌性,如果柔韌性太差,在殼體封口變形過(guò)程中,粉層會(huì )因金屬型面變形而裂開(kāi),針對這個(gè)問(wèn)題,尋找柔韌性好的配方比例,也是防止粉裂的關(guān)鍵。

  4 結語(yǔ)

  通過(guò)以上的分析和改進(jìn)措施,過(guò)濾器產(chǎn)品的塑裂問(wèn)題得到了解決。對于噴涂后有后續加工的產(chǎn)品,需要從產(chǎn)品的成型工藝、粉末涂層的厚度控制和粉末涂料配方的選擇等方面著(zhù)手,才能全方位滿(mǎn)足特殊工藝產(chǎn)品的涂裝質(zhì)量要求。

   

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