凸緣

凸緣是指容器開孔處的一種聯接件，當需要緊湊連線並保證剛度時，可用短而厚的凸緣來代焊接管，如視鏡、手孔和攪拌軸的引出口等。凸緣的對外連線方式用螺栓或螺紋，帶螺紋的短管又稱“牙管”，並有內牙管和外牙管兩種。為使開孔處得到補強並能埋入螺栓或車出螺紋，要求凸緣具有一定的軸向高度和徑向尺寸。凸緣與殼體之間用焊接，並有插入式和安放式兩種結構。

基本介紹

• 中文名：凸緣
• 外文名：flange
• 對象：管道上突起的部分
• 作用：保證密封並抵抗所有的力
• 屬於：壓力容器開口的主要補強元件
• 別稱：法蘭
• 使用領域：汽車行業

介紹

凸緣是在零件上面起到補強作用的附加部分。凸緣可以降低擠壓力，提高零件壽命。常用於管道的連結部分和聯軸器上。

類別

根據凸緣在零件上所處的位置，可分為凸緣在上端[圖1(a)～(c)]和凸緣在中部兩大類[圖1-44(d)、(e)]，每類又可分為通孔和盲孔兩種。該類零件由於形狀較複雜，擠壓工藝性不好，採用單純的正擠或反擠在一道擠壓工藝中完成是很困難的。設計該類工藝方案時，重點是凸緣部分所需材料體積的準備。成形凸緣的基本方法是擠壓和冷鐓。凸緣以外的部分形狀採用擠壓成形，大多數的凸緣形狀主要採用冷鐓，或者是以冷鐓為主要成形方法的鐓擠結合。下面分別敘述各種類型的凸緣類零件的成形方法。

圖1 基本類型

凸緣在上端的凸緣類零件

（1）通孔類凸緣[圖1(a)]該類零件的特點是凸緣位於上端，並且具有通孔，是凸緣類零件中成形較容易的一

圖2 工序

種。一般可採用管狀坯料正擠壓成形，也可採用實心坯料，先反擠壓制坯、沖底，然後正擠空心件。凸緣尺寸與厚度相比較大時，為了合理分配變形量，降低擠壓力，提高模具壽命，通常分兩道工序成形。首先在錐形凹模內進行正擠，在相當於凸緣部位上成形出一個粗大的部分，然後進行變形程度較小的冷鐓粗。如圖2所示就是採用上述成形方法的典型擠壓工藝(包括制坯工序在內)。如果凸緣較小，材料塑性也比較好，可以直接正
擠成形。

（2）盲孔類凸緣[圖1(b)、(c)]該類零件盲孔形式有：凸緣上開口[圖1(b)]和圓柱體開口[圖1(c)]兩種。前種零件可以採用三種工藝方法成形。

圖3

第一種方法是在反擠壓的杯形坯料上直接進行冷鐓凸緣[圖3]，不過這種方法只適用於凸緣比較小的場合。

第二種方法採用反擠壓在壓製出杯形件的同時，在凸緣相應部位上利用凸模錐面的翻邊作用，預製出一個大致的中間形狀，然後再進行冷鐓凸緣[圖4]。採用

圖4

該方法，必須嚴格控制反擠杯形件時的壁厚偏差。如果壁厚偏差過大，在凸模錐面的翻邊過程中，由於擠壓材料不均勻變形而引起的附加拉應力，這極易造成變形部分的邊緣開裂，尤其在材料塑性較差時，擠壓錐形的深度與外徑愈大，開裂愈嚴重。這種工藝方法對材料、模具、擠壓設備精度等方面有較嚴格的要求，適用於材料塑性較好，凸緣厚度s小於筒壁厚度s₀的工件。

第三種方法首先在實心坯料上鐓出凸緣，然後再反擠成形。反擠瞬間凸緣隆起，形成一個自然的錐形，當凸

圖5

模進入模腔後，成形的部位則作剛性平移，同時完成杯體的加工，最後將凸緣鐓壓成形[圖5]。採用這種方法時，冷鐓後的實心圓柱體(H_o)必須與反擠壓的模腔深度(H₁)相一致。若H_o<H₁時，在模腔的下部，坯料與模腔之間將出現脫空，從而使零件底部受拉開裂；若H_o>H₁，則在凸緣與杯體相連線的部位將出現台階。這種方法適用於凸緣較厚的零件。

圓柱體開口的盲孔類凸緣零件又可以分為兩種：內孔深度小於外部圓柱體高度(H₁≤H₀)，如圖6所示；內孔深度大於外部圓柱體高度(H₁≥H_o)，如圖7

圖6

圖7

所示。成形該類零件時，一般取介於凸緣(D)和圓柱體直徑(d)間某一尺寸為坯料外徑(d₁)。首先正
擠出部分內孔與外圓柱部分，然後將剩餘的尾部冷鐓至凸緣尺寸(圖8方案一)。為了避免正擠時圓柱體孔口產生收口或脹口現象，以及冷鐓凸緣時產生孔徑脹大缺

圖8

陷，在設計半成品形狀與尺寸時，應使其孔深尺寸與擠壓圓柱部分的高度相等，並且小於或等於成品圓柱體的高度，即H₁≤H₀。也可以選取外徑等於圓柱體直徑的坯料，採用正擠或反擠製成筒形件，然後再冷鐓出凸緣(圖8方案二)。根據同樣的道理，半成品的孔深也應小於或等於成品圓柱體的高度，即H₁≤H₀。上述兩種工藝方案各有特點，應根據凸緣的具體的形狀與尺寸來選取。

中部凸緣類零件

（1）通孔類凸緣[圖1(d)] 該類零件如採用外徑等於圓柱體外徑的空心管直接冷鐓出凸緣(圖9)，則由於材料體

圖9

積轉移方式不合理，在與凸緣相對應的內孔壁上產生環溝，繼續擠壓將形成摺疊。如採用外徑等於凸緣外徑的空心管，使坯料與模腔接觸，可以有效地控制金屬的徑向流動，如圖10所示，就可以避免上述缺陷，保證零件的尺寸精度。

圖10

（2）盲孔類凸緣[圖1(e)]該類零件的凸緣位於筒體的中部位置。設計半成品形狀與尺寸時，除了考慮到在成品凸緣相對應的半成品部位上，要預先貯備適量的金屬，使貯備的金屬體積，同時在成形時，簡體部分或多或少要擠入模具中。這樣在冷鐓中包含一定的擠壓成分，
可適當限制金屬的徑向流動，縮短其流經的距離，避免內孔徑脹大與凹陷的產生。這種鐓擠的最理想狀態是，凸緣、凸緣以上圓筒形部分及向下擠入凹模部分的三種變形過程同時進行，金

圖11

屬同時達到模壁，同時充滿模腔．這種工藝方案如圖11(a)所示。而如圖11(b)所示的工藝方案則在筒形半成品上直接冷鐓凸緣，雖然也預先貯備適量的金屬，但由於金屬徑向流經較長，使筒壁彎折，形成內孔摺疊缺陷。

該工藝方案的成形流程還可以採用反擠壓製成盂形件，再正擠出半成品杯形件，然後冷鐓凸緣(圖12)。

圖12

連線

凸緣連線分為無墊片的和有墊片的。

在無墊片的凸緣連線中，是靠精細加工密封面和加以很大的壓力來達到密封的。這種凸橡迪接的密封
面可以是平的、錐形的或一個密封面是錐形的而另一個是球形的。

有墊片的凸緣連線，根據墊片的形膚而製成蒂帶有各種形狀的密封面。墊片有：a)平滑墊片(石棉橡膠
片、紙板、橡膠片、鋁片、銅片和鋼片)；b)波紋石棉金屬墊片(由鋁片或不鏽鋼片製成外殼的石棉墊片)；c)
齒形墊片(鋼3X 13或1X 18 H9)；d)透鏡形墊片(金屬)和 e)卯形截面的墊片(金屬)。

當採用平滑墊片、波紋墊片和齒形墊片時，凸緣上的密封面應是平的。當採用透鏡形墊片時，密封面應是
錐形的(圖13左)；採用卯形截面的墊片時，密封面應帶有溝槽(圖13右)。

圖13