阮宗龍

（廣東思豪內(nèi)高壓科技有限公司，廣東 佛山 528226）

隨著人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)水龍頭的需求越來越向藝術(shù)化、高檔化方向發(fā)展，其外形結(jié)構(gòu)和成形工藝隨之越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)工藝成形的水龍頭已無法滿足該市場(chǎng)需求。水龍頭的傳統(tǒng)成形工藝有鉛脹成形（鉛對(duì)人體有害），膠脹成形（介質(zhì)膠浪費(fèi)嚴(yán)重），油脹成形（污染嚴(yán)重），焊接成形（尺寸不穩(wěn)定）和鑄造成形（有沙眼、氣孔）等。而水龍頭內(nèi)高壓水脹成形工藝有如下特點(diǎn)：綠色環(huán)保（介質(zhì)水環(huán)保、清潔、零污染），節(jié)能降耗（伺服系統(tǒng)節(jié)能30%～70%，材料利用率達(dá)到80%以上），產(chǎn)能提高（尺寸穩(wěn)定、可批量生產(chǎn)、效率提高10～50倍），安全可靠，應(yīng)用廣泛等。針對(duì)水龍頭傳統(tǒng)成形工藝的不足,本文提出一種新型的內(nèi)高壓水脹成形工藝方法。

1 水龍頭的水脹成形工藝分析

圖1 產(chǎn)品圖

如圖1所示為最終成形產(chǎn)品圖。首先制定其工藝路線為：切管-彎管-壓扁-水脹1-退火1-水脹2-退火2-水脹3-切割-拋光-鍍鉻。本文僅對(duì)水龍頭的彎壓及水脹成形工藝分析如下。

（1）選材。如圖2所示，產(chǎn)品要求用不銹鋼SUS304，最小壁厚不小于0.8mm。而經(jīng)過測(cè)量，水龍頭最小外徑處的周長(zhǎng)為83.26mm（即直徑約?26.5），水龍頭進(jìn)水口處直徑為?52，是水龍頭的最大直徑，水龍頭出水口處直徑為?38；根據(jù)脹形的橫截面積保持不變?cè)?，選用外徑為?26、壁厚為1.6mm的不銹鋼管件進(jìn)行水脹加工成形。由于不銹鋼管件在水脹成形過程中，水的壓力會(huì)對(duì)其材質(zhì)產(chǎn)生膨脹及拉伸作用，故在水脹成形過程中需要通過外力對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)料，以有效地防止脹形處的壁厚變得更薄。另外，由于進(jìn)水端的直徑與出水端的直徑相差較大，故進(jìn)水端需要采用補(bǔ)料及封水工藝，而出水端則不需用補(bǔ)料工藝，只需要考慮封水工藝即可。

圖2 水龍頭水脹成形工藝分析圖

（2）彎管。由于水脹時(shí)其模具的型腔是固定不彎的，故彎管的形狀必須與第一次水脹的模具型腔的形狀基本一致，而且不銹鋼管件彎的長(zhǎng)度和弧度都要求定好位，保證每個(gè)產(chǎn)品基本一樣。

（3）壓扁。由于產(chǎn)品中間一段是扁的，所以要增加一個(gè)工藝,就是將彎好后的彎管中間部分壓扁，同時(shí)對(duì)整條彎管進(jìn)行整形，保證整條彎管的外形尺寸一致，以便于下一個(gè)生產(chǎn)工序（即第一次水脹）順利進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 彎管壓扁產(chǎn)品

（4）第一次水脹。經(jīng)分析計(jì)算，此水龍頭的工藝難點(diǎn)在于從原材料直徑?26水脹至進(jìn)水端直徑?52，同時(shí)考慮到切割及材料流動(dòng)性問題，進(jìn)水端最大直徑應(yīng)水脹到?53；同樣道理，出水端最大直徑應(yīng)水脹到?42，如圖2所示。按普通不銹鋼SUS304材質(zhì)的延伸率40%理論值計(jì)算，實(shí)際在水脹時(shí)只有25%～30%的延伸率，故經(jīng)三次水脹才能達(dá)到產(chǎn)品要求的尺寸。進(jìn)水端第一次水脹模具設(shè)計(jì)最大處為?32.5，按脹形比約為1.25來脹形，且既封水又送料5mm。出水端第一次水脹模具設(shè)計(jì)最大處為?29，按脹形比為約1.12來脹形，且只封水不送料。不銹鋼SUS304管內(nèi)水脹壓力可達(dá)120MPa，外壁全部貼滿型腔，脹形最大位置處壁厚為1.28～1.33mm，產(chǎn)品表面沒有起皺，水脹效果很好。不銹鋼SUS304材質(zhì)經(jīng)水脹后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，延伸率也達(dá)到了極限的邊緣，所以要經(jīng)過高溫固溶熱處理，才能進(jìn)行第二次水脹，如圖4所示。

圖4 第一次水脹產(chǎn)品

（5）第二次水脹。進(jìn)水端第二次水脹模具設(shè)計(jì)最大處為?41.5，按脹形比約為1.28來脹形，且既封水又送料5mm。出水端第二次水脹模具設(shè)計(jì)最大處為φ35，按脹形比約為1.2來脹形，且只封水不送料。SUS304管內(nèi)水脹壓力可達(dá)160MPa，外壁全部貼滿型腔，脹形最大位置處壁厚為1.0～1.1mm，產(chǎn)品表面沒有起皺，水脹效果很好，水脹后固溶退火處理，如圖5所示。

圖5 第二次水脹產(chǎn)品

（6）第三次水脹。進(jìn)水端第三次水脹模具設(shè)計(jì)最大處為?53，按脹形比約為1.28來脹形，且既封水又送料5mm。出水端第三次水脹模具設(shè)計(jì)最大處為?42,按脹形比約為1.2來脹形，且只封水不送料?？紤]到壓扁處棱邊問題，SUS304管內(nèi)水脹壓力可達(dá)250MPa，外壁全部貼滿型腔，脹形最大位置處壁厚為0.8～0.85mm，產(chǎn)品表面沒有起皺，壓扁處棱邊立體感更明顯，水脹效果很好。經(jīng)切除進(jìn)出水兩端的多余工藝料，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸，如圖6所示。

圖6 第三次水脹產(chǎn)品

2 工程實(shí)踐

經(jīng)計(jì)算，用P水=250MPa的超高壓水脹壓強(qiáng)，則主缸夾緊力F1=P水A1=250×19400×10-3=4850kN，取F1=5000kN。A1為水龍頭水平放置時(shí)的投影面積，經(jīng)軟件測(cè)得A1=19400mm2；計(jì)算側(cè)缸夾緊力F2=P水A2=250×0.785×262×10-3=132kN，考慮到封水工藝，取F2=400kN。此工藝生產(chǎn)采用我司自發(fā)研制并生產(chǎn)的多工位內(nèi)高壓水脹成形機(jī)YB98/3-820T生產(chǎn)，并取得了良好的效果。此產(chǎn)品經(jīng)水脹后比之前精鑄產(chǎn)品優(yōu)化許多：重量減輕了30%,從原材料上節(jié)約了成本；外表面平整,對(duì)后期表面的拋光處理更簡(jiǎn)便；內(nèi)高壓水脹機(jī)器操作簡(jiǎn)單,按8小時(shí)工作,日單產(chǎn)2000～2500件，效率高，便于批量生產(chǎn)。

3 結(jié)語

綜上所述，此類中空復(fù)雜零件，采用內(nèi)高壓水脹成形技術(shù)可以取代一些傳統(tǒng)工藝成形，并具有輕量化、節(jié)約成本、穩(wěn)定質(zhì)量、提高效率、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)。

目前，內(nèi)高壓水脹成形技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軍工行業(yè)，如航天通信用波導(dǎo)方銅管；汽車零部件行業(yè)，如汽車排氣管、水箱、保險(xiǎn)桿、副車架、旋掛軸套、緩沖器等；衛(wèi)浴行業(yè)，如水龍頭；民用不銹鋼管行業(yè)，如直通、三通、彎頭卡壓管等；民用制冷供暖銅管行業(yè)，如直通、T型、Y型、L型銅管等；民用五金行業(yè)，如電飯煲斧型鍋膽、真空杯、保溫杯、裝飾工藝柱等。在我國(guó)，許多中空零配件還采用傳統(tǒng)的焊接或鑄造工藝，該市場(chǎng)有待研發(fā)和開拓。