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先喷粉后封罐产品粉裂问题的分析

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发布日期:2019-5-15点击次数:166

  要先喷粉后封罐机粉裂问题已成为滤清器行业的难题。从零件尺寸、喷粉设备以及原料等方面进行了研究和探讨,结合生产实际,找到了解决问题的关键,并在生产中取得了良好的效果。

  滤清器制造过程中,因为产品内部结构特殊,其封口工艺为先喷粉后封罐。这样的产品大多存在共同缺陷,就是封口时造成粉裂,这已经成为制约生产的行业问题。

  1 壳体成型方面的原因及改进

  每月因此项质量事故给公司带来数万元的经济损失。针对这个问题,技术人员深入现场,详细观察此类产品的生产工艺过程,同时反复对封口产品进行试验,最终找到了导致此类产品粉裂的几个因素:1.产品在封口过程中勾结厚度,以及零件配合尺寸的合理性;2.壳体授粉过程,喷涂设备喷涂粉末的均匀性能;3.粉的韧性、塑性问题。

  1.1 塑性形变

  滤清器产品封口的过程,是一个零件材质塑性变形的过程。材质弯曲时变形区的应力和应变状态与弯曲变形程度有关。

  1.1.1 弹性弯曲

  在外加弯矩的作用下,板料产生较小的弯曲变形,应变和应力仅发生在切向方向,由外区拉应力过渡到内区拉应力,其间有一层纤维,其切向应力为零,弹性弯曲范围内应力中性层和应变中性层是重合的,所以在变形区的内外表面,应力与应变最大。

  由此,弹性弯曲的条件为:

  R/t ≥1/2(E/α-1) ⑴

  式中:R——弯曲件的内表面圆角半径;

  t ——弯曲件厚度;

  E——材料的弹性模数;

  α——材料的屈服极限。

  相对弯曲半径(R/t) 是弯曲变形的重要指标,R/t越小,变形程度越大。

  1.1.2 弹-塑性弯曲和线性塑性弯曲

  当变形程度增大,一般材料的R/t 在5~200之间时,板料变形区处于线性塑性弯曲和弹-塑性弯曲,弹-塑性弯曲板料剖面的中心部分仍保留有很大的弹性变形区域。线性塑性弯曲时,中间弹性变形区所占比例极小。对于弹-塑性弯曲和线性塑性弯曲变形范围内切向应力值为:

  α=αs+D(εa-ε) ⑵式中:α——屈服极限;

  D——硬化模数;

  ε——与屈服极限相对应的切向应变;

  εa——与αs相对应的切向应变;

  αs——屈服强度。

  1.1.3 立体纯塑性弯曲

  当弯曲变形程度较大时,即R/t<5 时变形区变力应变状态由线性转为立体状态。

  对与旋装滤所有产品封口过程零件材质都经历这三种过程, 都是依靠成形模具的型面对金属板材进行成形,部分材料离开成形模具后,依靠材料内的应力作用使离开模具的材料完成变形,达到预期的要求。

  在相对静态下,材料内各质点之间产生相互作用的内力,各个质点都处于应力平衡状态,各质点之间不发生相对位移,材料也不变形。材料发生变形,是材料内部的各质点发生了相对运动位移,各质点的相对运动是由于材料表面受到了面力的作用,也就是设备、模具对材料施加的外力。一般的金属成型是依靠模具的型面对材料进行施压成型,在考虑材料恢复和变形应力的情况下,使金属材料达到要求的形状和表面质量。而旋装滤的封口不但要根据产品要求的形状设定成形模具的型面,同时对离开模具后的金属材料的运动趋势和最终状态也要加以控制,以达到预期的要求。因此在设定成形模具的型面时,在根据最终尺寸、形状,计算、设计型面曲线的同时,必须充分了解材料离开模具后的变形、运动趋势、材料内各质点相互作用力的方向。

  掌握旋装滤封口材料变形过程,是防止粉层裂及密封性的保证。

  此类的封口是依靠模具在旋转挤压零件的过程中,利用金属材料的塑性,使金属材料沿模具的型面成型,离开模具的材料在应力的作用下,依靠模具对后续材料的挤压外力继续成型。

  1.2 针对成型过程的改进

  因罐体外壳的成型过程会挤压涂层导致粉裂缺陷,因此对成型过程进行以下改进。

  1.2.1 头道成型的改进

  在成型过程中,重叠的板材在左侧滚轮轴向旋转和自转的径向挤压下,板材沿滚轮的曲面成型。在成型过程中为防止变形的材料与壳体外表面发生严重的挤压,并发生轴向的位移,破坏壳体表面的喷粉涂层,在成形时,需保证成型部分达到要求的同时,成型部分不与壳体外表面发生挤压。对图2而言,在滚轮的挤压下,靠滚轮型面促使材料沿型面成型,同时控制离开滚轮的材料按照预定趋势成型,在完成成型过程的同时,尽量避免封圈的成型末梢与壳体外表面发生严重的挤压,使其向成型滚轮方向运动,如图3所示。为达到上述成型的要求,对滚轮的型面曲线要求非常严格,不但考虑材料在型面内的变形,也要考虑材料离开滚轮后的运动趋势。通过多次设计和验证,成功设计、制成了达到使用要求的滚轮。

  1.2.2 二道成型的改进

  为保证封口处产品的密封性,完成头道成型后,必须进行滚轮二道挤压成型,使变形部位各结合面紧密贴合,达到产品密封性的要求。在二道成型过程中,与头道成型的基本过程相同,也是依靠滚轮的轴向旋转和自转,并在径向的挤压下,成型部位达到紧密的贴合。在挤压过程中要尽量避免与壳体外表面接触的部位发生轴向位移,只让与壳体不接触的部分材料发生轴向和径向位移,以达到变形各结合面紧密贴合,而壳体外表面的涂层不受损伤。

  为达到上述效果,不但对二道成型的滚轮曲面有很严格的要求,而且对头道成型的型面及变形程度也有很高的要求,只有头道与二道相互协调,才能达到最佳的封口状态。在外观涂层不出现裂纹的情况下,必须保证产品的密封性,因此在设计二道滚轮时,对产品的密封性要预以充分的保证。结合头道滚轮的设计、验证、制成了达到使用要求的二道滚轮。

  1.3 防壳体外表面涂层裂纹的尺寸配合

  除封口部位在挤压成型过程中容易将涂层挤裂外,在封口成型的过程中,壳体表面如果发生较大的塑性变形,在塑性变形的过程中材料表面的晶体发生位移,容易引发表面晶体与涂层的分离,造成涂层的脱落和裂纹。以CLQ-87 产品为例,为减小勾结过程中壳体变形量,在封口外径不变的情况下,需增大封圈定位块的直径,这样产品在封口过程中勾结部分可提前接触到定位块,解决了壳体在勾结过程中勾结部分过度变形粉层脱落、粉裂问题。

  2 粉末涂层方面的原因及改进

  2.1 粉末涂层厚度不均匀的原因

  由于生产旋装滤的喷粉设备不存在自转系统,喷粉过程中产品不能自转,在喷粉过程有限距离内,壳体不能够均匀授粉。

  经测量可知喷粉厚度最小是50μm,最大是150μm,粉层厚度差别大,在封口过程中壳体边缘受力不均匀,导致粉裂。

  此外在授粉过程中壳体在挂具上受到地链转动震动,使壳体不停地晃动,此现象也会导致壳体授粉不均匀。

  2.2 粉末涂层厚度的一致性改善

  针对这两种现象采取不同措施,首先设计专用挂具,让壳体与挂具基本配合间隙很小,以CLQ-87为例:壳体直径为(106.7±0.2)mm,挂具直径为106mm,以防止壳体在授粉过程中晃动。

  虽然在喷涂的过程中使用自动喷枪,系统采用自动反馈电流控制技术,上粉率高,涂层质量均匀且优异。但由于壳体结构不同于平板工件,喷枪距离远近不同,同样会造成局部涂层的差异。

  为弥补柱形壳体涂层不均的缺陷,添加了壳体自转装置,使壳体在授粉过程中可以转动,均匀授粉,这样保证了粉层厚度的均匀。

  3 粉末涂料的影响

  在旋装滤产品中,所喷涂的粉末涂料对封口粉裂也有很大的影响,我们所喷涂的是有机粉末涂料,其成分和含量为硫酸钡20%,环氧树脂、聚酯树脂56%,钛白粉20%,其余助剂4%。硫酸钡可以提高粉层的硬度,环氧树脂可以提高其柔韧性和上粉率,钛白粉提高其光泽度。

  对于先喷粉后封罐的产品,首先要做的是提高粉层柔韧性,如果柔韧性太差,在壳体封口变形过程中,粉层会因金属型面变形而裂开,针对这个问题,寻找柔韧性好的配方比例,也是防止粉裂的关键。

  4 结语

  通过以上的分析和改进措施,过滤器产品的塑裂问题得到了解决。对于喷涂后有后续加工的产品,需要从产品的成型工艺、粉末涂层的厚度控制和粉末涂料配方的选择等方面着手,才能全方位满足特殊工艺产品的涂装质量要求。

   

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