金属丝编织网波纹成型工艺研究

2021-09-02牛劭臣张青杰

科学与信息化 2021年22期

牛劭臣张青杰

新乡航空工业（集团）有限公司116厂河南新乡 453019

引言

液压油滤过滤材料多选用金属纤维烧结毡，滑油油滤多选用玻纤滤纸，而燃油油滤则多采用金属丝编织网，金属丝编织网具有规则和均匀的孔口，可以滤除所有大于小孔尺寸的粒子，由于受材料表面孔口数量的限制，纳污容量较小，但经过清洗后仍可重复使用。

航空滤芯通常对滤层波纹高度尺寸有较高要求，烧结毡和玻纤滤材成型较好，波纹高度公差能够控制在±0.1mm以内，但金属丝编织网折褶过程由于自身回弹力大，波纹成型效果较差，折褶后波纹高度一致性难以保证±0.2mm的要求，主要体现在波纹高度逐渐降低，如某滤层滤材为不锈钢网MXW800/9和不锈钢网0.125/0.09，波纹高度要求17.5 0 -0.5，波纹数93，折褶后实测尺寸达到±0.5mm，不能满足产品需求。

1 成型工艺研究

1.1 加工设备介绍

小品种、多批量类滤层主要是单件加工，目前市场上多以拍板式为主，靠机械传动进行折褶，后侧有向前顶紧的气缸，滤材折褶后的波纹成型效果主要靠顶紧力实现，顶紧压力范围为0～0.3MPa可调。

图1 拍板式波纹机

1.2 原理分析

由于滤网的强度和刚度的限制，单独一层滤网不能作为过滤元件使用的，须与相宜的保护网组合或多层滤网复合在一起使用，提供必要的刚度和刚度支撑滤网提供过滤功能，其中保护网选用金属丝编织方孔网，材料为0Cr18Ni9，常见的规格有0.475/0.111、0.125/0.090等，过滤网则选用金属丝编织密纹网，材料多为0Cr18Ni9，部分为N6。

1.2.1 0Cr18Ni9不锈钢金属丝编织网力学性能分析

金属丝编织网折褶前见图2，材料韧性较好，如表1所示，根据0Cr18Ni9的屈服强度，可以计算出衬网产生塑性变形的力[1]。屈服强度的计算公式：

图2 金属丝编织网折褶

式中：σ为屈服强度，单位MPa；F为材料屈服时所受的最小的力，单位N；S为受力材料的横截面积，单位mm²。

某滤层截面积为1 3.9 m m²,根据公式（1）可得：F=2.85KN。

表1 0Cr18Ni9的力学性能数据

图3 中，选用气缸为SC40X250，气缸理论输出力见表2，单位：牛顿（N）。

图3 顶紧气缸

表2 气缸推力

目前，波纹机上气缸调压范围为0～0.3MPa，由表2可得推力值为376.8N，远小于F=2.85KN，由此可见，顶压力无法对滤材产生塑性变形，仍存在弹性变形。

1.2.2 受力分析。滤材折褶过程见图4，波纹机折褶过程中，随着上下折刀往返运动，滤层成型后受折刀向后拨力，波纹推动气缸向后平稳运动，波纹数量越多，气缸位移越大，随之波纹自身弹力也会逐渐增大。

图4 波纹机折褶示意图

通过现场多次观察折波过程和对大量滤材进行折波试验，总结出了拍板受力情况对波纹成形的影响，见图5，如图所示，以力学平衡原理来解释波纹高度逐渐降低的问题。

图5 波纹受力示意图

波纹加工过程中，波纹对拍板会存在一个力F’，而其大小主要是由挤压力和波纹自身的弹性组成：

波纹弹力类似于弹簧：

k为弹力系数，x为伸长或缩短的长度；

由（1）和（2）得到：

1.2.3 解决措施。为了保证力F’不变，在波纹伸长量x逐渐增大的情况下，可以逐渐减小挤压力F。通过这种操作方法，可以解决丝径较细、回弹力较小的滤材折波成形的问题。

对于丝径较粗、弹力系数较大的滤材，根据公式（4），在波纹伸长量x逐渐增大的情况下，挤压力F减小至0后，而伸长量x仍在增大，造成力F’仍在不断增大，导致仍会出现波纹越来越低现象，因此该类滤材的折波成形就无法实现，目前，原材料如超过1m，工艺允许分两段折褶，然后波纹搭接电阻焊合缝，也可以解决该问题[3]。

而现实过程中，设计选用的滤材是按照滤网名义孔径尺寸选择的，我们可以通过更换滤网材料实现，如将0Cr18Ni9更换为镍网N6，该类滤网韧性和回弹力较小，易成形，即减小弹力系数，即可实现。

纸质滤材主要是因为纸质滤材易成形，几乎没有回弹力，拍板只受到波纹机设置的挤压力，因此不易出现波纹越来越低的现象。

另外，由加工经验和实际操作验证，纯金属网类波纹在加工过程中，上下垫两层纸有利于波纹成形，也可以提高波纹高度的一致性。

1.2.4 结果应用。目前，加工多层金属丝编织网滤层效果均较差，按照以上措施可以基本解决加工难题，波纹高度尺寸可以控制在±0.2mm以内，上述滤层是截至目前难度最大的，通过将不锈钢MXW850/10金属编织网更换为镍网MXW800/10后，再逐步探索工艺参数及顶压力减小的时机，已经顺利交付多个批次产品[2]。