获得毛坯的三种方式
目录中的每个零件都从毛坯开始。毛坯的生产方式决定了零件的强度和价格,甚至决定了按多大批量订货才划算。我们的工厂采用三种方式。
- 锻造(热模锻)。从棒料上切下的坯料经加热后在压力机上模锻:金属充满模腔,成为零件的形状。弯头、三通、四通、形状复杂的本体、大规格胶管接头和法兰都是这样生产的。
- 棒料车削。在自动车床或 CNC 车床上用圆钢或六角钢车出零件。直通过渡接头、堵头、对丝和螺母都是这样生产的。
- 线材冷镦。把盘条线材切成小段,不加热,在多工位冷镦机上经几次锻击成形。套筒和 3/4″ 以下的胶管接头都是这样生产的。
此后各条工艺路线汇合:机加工、尺寸和螺纹检验、镀锌钝化、出厂检验和包装。下图列出了主要几类零件经过的工序。
- 棒料
- 自动车床或 CNC 车床
- 螺纹量规检验
- 镀锌
- 出厂检验
- 下料
- 加热
- 热模锻
- 切边
- 抛丸
- CNC 加工
- 镀锌
- 出厂检验
- 线材
- 冷镦
- 退火
- 镀锌
- 硬度检测与试扣压
- 线材
- 冷镦
- CNC 加工
- 镀锌
- 出厂检验
- 下料
- 加热
- 热模锻
- 抛丸
- 法兰头与端面加工
- 镀锌
- 端面与法兰头厚度检验
过渡接头:棒料车削与锻件
直通过渡接头、变径接头、堵头和对丝用棒料车削。棒料自动送入机床,零件在一个循环内加工完成:车端面、车外圆、钻通孔、加工密封锥面或密封端面、车螺纹、切槽和切断。另一端在副主轴上或重新装夹后加工。带六角的过渡接头用冷拔六角钢制造,或者在同一台机床上铣出六角。
弯头、三通、四通以及带活动螺母的过渡接头本体采用锻造。棒料切成坯料,加热到 1150–1200 °C,在压力机上模锻。从上下模之间挤出的多余金属叫飞边,用专门的切边模切除,氧化皮用抛丸清除。锻件已经具备本体的形状,机床只需加工各个端头:端面、螺纹和密封座。孔道从不同方向钻入,在本体内部相交,交汇处的毛刺必须清除,否则金属颗粒会进入液压系统的油液。
弯头也可以用整块方料加工出来,小批量时有时就这样做。但这样大部分材料会变成切屑,金属纤维也被切断。锻件的纤维沿本体轮廓分布并绕过拐角,所以恰恰在受力最大的部位强度更高。不过锻造需要模具,而模具只有在一定批量下才能收回成本。因此锻造产品可能有最小起订量,而用棒料车削的零件小批量也能生产。
套筒:线材冷镦和必不可少的退火
套筒在多工位冷镦机上生产。低碳钢线材以盘条形式供货,已经过拉拔定径,表面带有磷化润滑层,帮助金属在模具中流动。冷镦机把线材校直,切下一段坯料,在几个连续的模具中经几次锻击镦成杯形,冲穿底部,并完成内外轮廓。金属在模具中流动而不产生切屑,所以几乎没有废料,一台冷镦机每分钟可以生产几十个套筒。
不过冷镦也有缺点。金属在不加热的情况下变形会被强化:硬度升高,塑性下降,这种现象叫加工硬化。对套筒来说,加工硬化是不允许的,因为扣压时套筒必须发生塑性变形并紧紧箍住胶管。加工硬化的套筒可能在边缘或齿纹处开裂,天冷时尤其如此,或者扣压不均匀,对胶管的保持力变差。
因此,冷镦后的套筒必须退火:加热到 650–700 °C,保温后缓慢冷却。金属发生再结晶,加工硬化消除,套筒重新具有塑性。从外观上看,未退火的套筒与合格品毫无区别,只有硬度计或试扣压才能发现差别,所以无论对哪家供应商,这道工序都值得检查。
出炉后检测套筒硬度,并从每批中抽取几个在胶管上试扣压并检查:边缘和齿纹处不得有裂纹。每批都检验内径和壁厚,合格后套筒才送去镀锌。
3/4″ 以下的胶管接头:在同样的冷镦机上生产
3/4″(DN20)以下的胶管接头也在同样的冷镦机上生产。用线材镦出带凸肩和胶管尾部的芯子毛坯,然后在 CNC 机床上钻孔、车螺纹、加工密封锥面或密封端面,并在尾部车出夹持胶管的环形槽。冷镦给芯子带来与套筒相同的优点:几乎没有废料,金属纤维沿零件轮廓分布。
超过 3/4″ 时冷镦就不划算了,因为成形力随零件截面增大而增加,需要大型的昂贵设备。所以 1″ 及以上的胶管接头采用锻造或棒料车削。
扣压时芯子和套筒的作用不同:芯子必须保持形状和通径,而套筒必须紧紧箍住胶管,所以必须退火的是套筒。
钢号
中国工厂按国家标准 GB/T 标注钢号,您在质量证明书上看到的就是这些牌号。下表列出了液压接头常用的钢号及其最接近的国外对应牌号。具体批次的钢号以材质证明书为准。
| 零件 | 毛坯 | 国内牌号 | 对应牌号 EN / AISI |
|---|---|---|---|
| 套筒 | 线材冷镦 | 10、20;SWRCH10A、SWRCH22A | C10, C22 / 1010, 1020 |
| 3/4″ 以下胶管接头 | 线材冷镦 | 20;SWRCH22A | C22 / 1020 |
| 直通过渡接头、堵头、对丝 | 棒料 | 45,少数用 35 | C45, C35 / 1045, 1035 |
| 弯头、三通、四通 | 锻件 | 20、35、45 | C22, C35, C45 / 1020, 1035, 1045 |
| 螺母 | 冷镦或六角钢 | 20、35、45 | C22, C35, C45 / 1020, 1035, 1045 |
| 6000 psi 法兰接头 | 锻件 | 45 | C45 / 1045 |
| 不锈钢型号 | 棒料、锻件 | 06Cr19Ni10、06Cr17Ni12Mo2 | 1.4301, 1.4401 / 304, 316 |
工厂文件中会用到几种牌号体系。
- 10、20、35、45 是 GB/T 699 规定的优质碳素结构钢。数字表示以万分之几计的平均含碳量,因此 45 钢的含碳量约为 0.45 %。工厂文件中数字后面常加“#”号,“45#”就是 45 钢。
- SWRCH 和 ML 是冷镦钢。SWRCH 是日本 JIS G3507 标准的牌号,中国钢厂也使用这种标注;ML 是中国 GB/T 6478 标准的牌号,例如 ML08Al。
- 以字母 Y 开头的牌号是 GB/T 8731 规定的易切削钢,加入了硫或铅,更容易切削加工。例如 Y15Pb 与美国的 12L14 相近。
- 06Cr19Ni10 和 06Cr17Ni12Mo2 是不锈钢,相当于 AISI 304 和 316。中国的文件中常按日本标准写作 SUS304 和 SUS316。
材质证明书
钢厂对每一炉钢出具质量证明书,写明炉号、化学成分和钢材的力学性能。这类文件有哪些类型,由欧洲标准 EN 10204 规定。中国对应的标准是 GB/T 18253,它等同于国际标准 ISO 10474,文件类型和编号都相同。类型编号的第一位数字说明结果的依据:2 表示依据制造商的日常生产检验,3 表示依据对所交付产品本身的检验。对买方最重要的是以下两种类型。
2.2试验报告
制造商声明产品符合订单要求,并给出日常生产检验的结果。试验针对的是同一生产工艺的产品,但不一定是您购买的这一批。文件由制造商自己签发。
3.1检验证书
结果来自对所交付批次本身的试验,文件由独立于生产部门的检验代表签署。技术要求或招标文件中要求提供材质证明书时,通常指的就是 3.1。
此外还有 2.1 型,即只声明符合订单要求、不附试验结果的合格声明;以及 3.2 型,内容与 3.1 相同,但结果还要由买方的检验员或独立检验机构确认。如果您需要某批材料的 3.1 证书,请在询价时注明。镀层和盐雾试验见文章“材质与表面处理”。
6000 psi 法兰
SAE J518 Code 62 法兰接头,也就是 ISO 6162-2,在所有规格下的额定压力都是 42 MPa(420 bar)。Code 61 法兰的额定压力较低,而且随规格增大而降低。为了承受 420 bar,Code 62 的法兰头直径更大、厚度更厚,螺栓间距也更大。例如 2″ 接头,Code 61 法兰头直径 71.4 mm、厚 9.53 mm,而 Code 62 法兰头直径 79.4 mm、厚 12.57 mm。因此它们与 Code 61 法兰不能互换。
法兰接头的毛坯采用锻造。法兰头比尾部宽得多,小规格时宽两倍以上,如果用法兰头直径的棒料车削,大部分金属都会变成切屑。更重要的是,锻件的金属纤维绕过法兰头到尾部的过渡处。这里是零件受力最大的部位:半法兰压在法兰头背面,而内部承受带脉动的压力。
加工要求最严格的是密封端面和法兰头。标准规定端面上只允许有环形刀纹,粗糙度不超过 Ra 3.2 µm,因为这个表面上的径向划痕会成为泄漏通道。O 形圈槽严格按尺寸加工,使 O 形圈获得规定的压缩量。法兰头厚度控制在较窄的公差内,否则半法兰无法沿整个圆周把法兰头均匀地压紧在油口上。
6000 psi 法兰接头有三种型式:用于编织胶管 1SN 和 2SN,用于缠绕胶管 4SH,以及用于剥皮胶管的 interlock 型。interlock 型扣压时套筒与芯子机械咬合,所以这种连接的套筒和芯子成对配套生产。
中国工厂的特点
我们位于浙江省诸暨市店口镇。这里是中国最大的金属加工基地之一:数以千计的企业在此经营,从大型工厂到制作模具和工装的小作坊。对接头生产来说,这意味着供应链短,因为棒料、线材、模具和刀具都在同一个地区之内。
- 按产品和工序分工。在中国,生产通常是分开的:做套筒的基地不车法兰,锻造车间为几个机加工车间供应锻件。每个基地都围绕自己的零件配置设备、人员和检验,由此得到的价格是综合工厂难以做到的。我们的生产如何组织,请见“工厂”页面。
- 设备负荷高。自动车床和 CNC 机床全天候运转,一名操作工通常同时看管几台机床。因此大批量生产成本低,而小批量时换型费用在价格中占相当比重。
- 通用的型号体系。许多中国工厂使用相同的接头型号:20411、26711、87611 等等。一家工厂目录里的型号,另一家通常也能看懂,我们的目录保留了这些型号。零件本身按国际标准 SAE、ISO、DIN、BS 和 JIS 生产,而材料按中国 GB/T 标准标注。
- 同一型号,价格不同。同一个目录型号在不同工厂的价格可能相差很多,而差别几乎总是在照片上看不出来的地方:钢号、套筒退火、螺纹精度、镀锌层厚度和钝化类型。
因此,在选择供应商时,包括选择我们时,都值得问几个问题。
- 零件用什么钢制造,是否有材质证明书。
- 套筒冷镦后是否退火,如何检测硬度。
- 用什么检验螺纹和密封座,多长时间检验一次。
- 镀锌层多厚,采用哪种钝化,镀层在盐雾试验中能坚持多少小时才出现白锈。
- 批次如何标识,能否根据标识找到该批的检测报告。