三通翻边模具研制文献学习体会

文献概况

该文献出自《机械制造》2001年第39卷第3期，作者巩水利等来自西安核技术研究所和西安交通大学机械学院。文献讨论了在圆柱筒体上进行翻边加工以形成三通结构的问题，给出了预割孔的形状与尺寸、凸模和凹模的几何参数以及翻边力的经验计算公式，并通过实践验证了方案的合理性。该研究为核工业领域三通管件的生产制造奠定了理论基础。

翻边成型工艺原理与关键技术

翻边工艺概述

翻边成型是一种典型的板材塑性成形工艺，其本质是在板料上预先冲制的孔或切口边缘，通过模具使其沿轮廓线翻起形成垂直或倾斜的凸缘。在管件制造中，三通件的侧向通孔可以通过在主筒体上翻边实现，但传统工艺往往需要在翻边前对筒体进行预割处理，以提供材料流动的空间。

翻边工艺与管件制造中的其他成型工艺（如推制、冲压、旋压）相比，具有模具结构简单、生产成本低、适合小批量多品种生产等优势，但其成形精度和力学性能可能不如热成型工艺。

预割孔设计

预割孔的形状和尺寸是翻边成型成功的关键。文献中给出的预割孔设计需考虑以下因素：孔径应略大于翻边后内径，为材料流动提供空间；孔边形状需圆角过渡，避免尖角导致的应力集中和裂纹萌生；割边质量要求去除毛刺和加工硬化层，防止翻边过程中产生微裂纹。

凸凹模几何参数设计

翻边模具中凸模和凹模的配合精度直接决定了翻边质量。凸模的锥角设计影响材料的流动方向和翻边力的大小，锥角过大则翻边力集中，易导致材料开裂；锥角过小则材料流动阻力大，翻边高度受限。凹模的间隙设计则影响翻边件的壁厚均匀性和表面质量，间隙过小会增加翻边力，间隙过大则翻边件表面质量差。

翻边力经验计算公式

翻边力的经验计算公式是文献的重要贡献之一。翻边力的大小与以下因素密切相关：材料的抗拉强度σb、翻边件的高度h、翻边件的壁厚t、翻边半径r（凸模圆角半径）以及摩擦系数μ。翻边力可表示为材料强度、几何参数和摩擦条件的函数，该公式为模具设计和设备选型提供了理论依据。

与管件制造工程的结合

该文献的研究背景与核工业密切相关，这提示了翻边工艺在核级管件制造中的应用潜力。在核反应堆的管道系统中，三通件是常见的管件类型，其制造质量直接关系到系统的安全性和可靠性。核级管件对材料性能、焊接质量和无损检测的要求极为严格，翻边工艺作为一种冷成型工艺，其引入的加工硬化效应需要通过后续热处理来消除。

在传统的金属三通制造中，主要有以下几种工艺路线：推制工艺适用于中低压三通，热挤压工艺适用于高压厚壁三通，焊接工艺适用于大口径三通，翻边或冲压工艺适用于薄壁三通件。文献中讨论的翻边工艺在薄壁管件制造中具有独特的优势，特别是在小批量、多品种的管件生产中，模具成本相对较低，生产灵活性较高。

关键工艺参数与质量控制

在实际生产中，翻边成型的质量控制需关注以下方面：壁厚减薄率一般控制在15%至25%以内，超过此范围可能导致开裂；翻边高度与孔径的比值h/d是衡量翻边难度的重要指标，一般h/d不超过0.4；翻边后表面应无裂纹、无褶皱、无明显拉痕；翻边高度公差一般控制在正负0.5毫米以内。

从焊接质量的角度看，翻边成型后的管件若需要进行焊接连接，翻边区域的加工硬化和残余应力会影响焊接接头的质量。因此，翻边工艺后的管件通常需要进行退火处理，以消除加工硬化效应和残余应力，为后续焊接创造良好条件。

学习心得与启示

该文献虽然年代较早（2001年），但其提出的翻边力经验计算公式和模具设计方法至今仍具有参考价值。在当前的管件制造领域，随着材料性能的提升和模具制造技术的进步，翻边工艺的应用范围正在不断扩大，特别是在不锈钢管件和合金管件制造中，材料的冷作硬化特性使得翻边工艺更加复杂，凸模圆角半径设计对于减少材料表面损伤尤为重要。

翻边工艺的核心挑战在于材料流动的均匀性控制。在实际生产中，通过合理设计预割孔形状、优化凸凹模间隙以及控制翻边速度，可以有效提高翻边件的质量一致性。这一理念与钢管焊接成型中的材料流动控制原理是相通的，都是在三维交汇区域实现材料的合理分布和均匀变形，这对于保证管件的整体力学性能和使用寿命具有决定性意义。