增強卡套接頭硬度的一種工藝方法-冷拔

吳其堯，薛 源，劉金貴，吳利杰

（1.江蘇科維儀表控制工程有限公司，江蘇 鹽城 224001；2.中廣核工程公司，廣東 深圳 518116）

關(guān)健詞：產(chǎn)品性能的提升；加工方法的改變；加工工藝的改進

卡套式接頭連接最早在上個世紀三十年代，由德國發(fā)明并投入使用，經(jīng)過幾十年的不斷完善和發(fā)展，在其功能上的密封性、承壓性、安裝性、檢修性有了較大的提升；在其結(jié)構(gòu)上發(fā)展成單卡套、雙卡套等多種結(jié)構(gòu)形式；在制式上有公制和英制之分，常用的英制偏多；在尺寸上有小到1/8in、3mm，大到1 1/4in、32mm[1]；在承壓上有低壓、中壓、高壓，最高壓力達到42Map；在選材上有不銹鋼、黃銅、鋁合金、碳鋼、尼龍、PTFe、PeA、鈦合金等材料[2]。

1 卡套接頭的結(jié)構(gòu)形式與密封原理

1.1 卡套接頭的結(jié)構(gòu)形式

卡套接頭的結(jié)構(gòu)形式有單卡套、雙卡套等多種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多、最廣的還是雙卡套結(jié)構(gòu)形式，雙卡套結(jié)構(gòu)是由接頭本體（直通）、前卡套、后卡套、卡套螺母組成，見圖1。

圖1 卡套接頭結(jié)構(gòu)

安裝順序是接頭本體的一端卡位口內(nèi)錐孔上放入前卡套、前卡套小端向內(nèi)，使之卡套本體卡位口內(nèi)錐面與前卡套外錐面緊密貼合，再在前卡套的內(nèi)錐面孔中放入后卡套，后卡套的外錐面與前卡套內(nèi)錐面緊密貼合，最后旋入卡套螺母，使之卡套螺母底端錐平面與后卡套的大外錐度平面接觸，用專用卡套管切割工具，把適配的卡套管按規(guī)格長度進行切割，要求是割口平面必須平整光滑，并垂直于軸線，前卡套、后卡套接觸的管子外徑光滑平整、無劃傷，把卡套管裝入初步裝好的卡套接頭系統(tǒng)中，并使卡套管平面與卡套本體內(nèi)孔底平面接觸，施加一定的接觸壓力，預緊卡套螺母，具體步驟是：①用手指旋緊卡套螺母，旋不動即可。②在卡套螺母適當位置與接頭本體對齊的地方做個標記。③用扳手固定接頭本體旋轉(zhuǎn)卡套螺母一周又1/4轉(zhuǎn)，對于小尺寸的卡套只需轉(zhuǎn)3/4周即可，見圖2。

圖2 接頭本體對齊

1.2 卡套接頭系統(tǒng)密封原理

按圖1組裝并緊固卡套接頭系統(tǒng)后，密封原理見圖3。

圖3 卡套接頭系統(tǒng)密封原理

具體是當旋緊右端卡套螺母4時，卡套螺母向左運動，卡套螺母內(nèi)螺母底錐面與后卡套后面大外錐面接觸，并給后卡套大外錐面一個左推力，使后卡套左移，后卡套左移后，后卡套外錐面與前卡套內(nèi)錐面接觸，由于是錐斜面形成一個徑向力與一個軸向力，徑向力使后卡套內(nèi)表面壓迫卡套管向內(nèi)變形，這個合力也可分解為一個徑向力與一個軸向力，徑向力與軸向力也使卡套管向內(nèi)變形，阻止卡套管后退并承壓與密封，保持密封性良好，見變形放大下圖。

圖4 卡套螺母接頭面

2 出現(xiàn)的問題

江蘇科維儀表控制工程公司與中廣核工程公司承接雙卡套管接頭國產(chǎn)化研發(fā)項目中，對雙卡套直通接頭樣機制造生產(chǎn)、工程控制、檢驗與測試中出現(xiàn)了以下問題，①直通本體卡位口表面多次拆裝后表面變形。②安裝拆卸扭矩變大。③重復拆裝次數(shù)達不到要求。④前卡套小錐面擴大變形。

3 重復裝配試驗失效時記錄數(shù)據(jù)

表1 安裝扭矩對比

表2 重復拆裝次數(shù)對比

4 原因分析

4.1 直通本體卡位口表面多次拆裝后表面變形，影響變形的可能因素

（1）直通本體機械性能不達標，特別是硬度低。

（2）前卡套整體硬度高，向內(nèi)變形小。

（3）卡套管整體硬度高，影響向內(nèi)變形。

4.2 安裝拆卸扭矩變大，影響扭矩大的可能因素

（1）直通本體硬度低。

（2）卡套系統(tǒng)接觸表面粗糙度差，摩擦阻力增大。

（3）卡套管、前、后卡套硬度高，無法變形。

4.3 重復拆裝次數(shù)達不到要求，影響次數(shù)的可能因素

（1）直通本體硬度低。

（2）卡套系統(tǒng)接觸表面粗糙度差，接觸表面拉毛。

（3）卡套系統(tǒng)中某個零件或幾個零件硬度硬或低，要求變形的不變形，不要求變形的已經(jīng)變形。

4.4 前卡套小錐面擴大變形，影響變形的可能因素

（1）卡套本體硬度低。

（2）卡套管硬度高。

（3）前卡套與卡套本體配合間隙大。

根據(jù)上面出現(xiàn)的四個問題中所有影響的因素，對每個部件進行逐一檢測分析，前、后卡套、卡套螺母、卡套管的各項指標符合設計要求，執(zhí)行的標準是 ASTM A479 ，這個標準中對硬度沒有特別的要求，只對抗拉強度等有要求。

5 工藝改進

提高卡套本體材料硬度的方法很多，可以采用加工硬化的方法來提高硬度，可采用冷拔的方法提高硬度[3]，由于卡套本體之前采用的成型方法也是冷拔工藝，改進的工藝為：①增加冷拔的次數(shù)，由原來的3~4次增加到現(xiàn)在的4~5次。②增加后推裝置，由原來心部拉應力改變?yōu)閴簯Γ唧w工藝裝置改進是，前面牽引拉伸，后面把還沒有通過拉伸模具的坯料向前推，使被拉伸的型材在冷拔模具中既受到前面的拉力[4]，型材的硬度得到了提高。冷拔工藝改進前、后硬度對照表3。

表3 硬度對照

6 重新裝配試驗成功的記錄數(shù)據(jù)

通過對型材冷拔工藝的改進，卡套本體的硬度得到了提高[5]，加工后裝配再次進行安裝扭矩對比和重復拆裝次數(shù)對比見表4。

表4 安裝扭矩比較

7 結(jié)語

江蘇科維儀表控制工程公司與中廣核工程公司承接雙卡套管接頭國產(chǎn)化研發(fā)項目中，對雙卡套直通接頭樣機生產(chǎn)制造、檢驗與測試中出現(xiàn)的問題，采取科學的方法、嚴肅認真的態(tài)度、大量的試驗數(shù)據(jù)，最終達到設計的要求，卡套本體的硬度提高到HB270左右，重復拆裝次數(shù)增加到15次左右。