金屬氟塑料襯套精準成形工藝研究

謝洪志++劉金玲

摘 要：金屬氟塑料襯套具有極高承載和超長壽命的特點，在飛機的關鍵潤滑部位廣泛使用，尺寸精度要求極高，成形工藝過程復雜。本文針對某型飛機平尾金屬氟塑料襯套尺寸大、精度高、成形困難等問題，通過工藝分析影響襯套成形質量的主要因素，制定改進工藝方案，設計了帶有五級校形結構的校正模進行襯套成形，并通過試驗得到了模具的回彈量值、襯套展開尺寸等工藝參數(shù)，最終成形出合格的平尾金屬氟塑料襯套。

關鍵詞：金屬氟塑料；襯套；多級校形模；回彈

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A

金屬氟塑料帶材是一種新穎的、性能優(yōu)異的潤滑軸承材料，其主要成分是由聚四氟乙烯與金屬基體（鋼、銅）燒結而成，它綜合了金屬和聚四氟乙烯塑料的優(yōu)點，具有機械強度高、導熱性能優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)低、耐磨性能好及使用溫度范圍寬等優(yōu)點，可在干摩擦條件下長期使用。利用金屬氟塑料材料具有極高承載和超長使用壽命的特點，其制造的襯套在飛機的前緣襟翼、外翼、座艙蓋、起落架等部位大量使用，用以保證飛機操縱靈活性和飛行的可靠性。金屬氟塑料襯套主要結構形式有兩種，帶凸肩和無凸肩的襯套，這兩種襯套均是由金屬氟塑料帶材卷制而成，工藝十分復雜，國內只有少數(shù)科研院所能夠制造該類襯套，且成形的襯套規(guī)格一般在φ50mm以下，對于直徑在φ50mm以上的金屬氟塑料襯套目前無成熟的成形工藝。

某型飛機平尾大軸采用了金屬氟塑料襯套進行潤滑，襯套直徑尺寸大，精度要求高，其制造質量直接影響飛機的機動性能和安全性。為此，開展深入的平尾金屬氟塑料襯套的成形工藝研究，確定襯套的成形方案，通過計算襯套的成形回彈量值，優(yōu)化工裝結構及設計尺寸，精確展開毛料尺寸等，逐步提高了襯套成形質量，并最終制造出合格的襯套零件，提高了公司在國內同行業(yè)中的競爭力。

1.襯套結構

平尾金屬氟塑料襯套為開口的圓環(huán)結構，如圖1所示，設計選用δ2.6的金屬氟塑料帶材，襯套內徑尺寸為φ133mm，外徑尺寸為φ138mm，其主要工藝參數(shù)如下：

（1）內徑尺寸：襯套內徑公差為φ1330+ 0.04mm。

（2）壁厚公差：襯套壁厚為δ2.5，公差要求不超過0.03mm。

（3）襯套內表面氟塑料層無脫落。

（4）襯套的永久變形量不大于0.025mm。

2.工藝分析

對襯套結構及主要設計參數(shù)進行分析，襯套在形成過程中主要存在以下難點：

（1）襯套尺寸大、精度高

平尾金屬氟塑料襯套內徑尺寸為φ133mm，是一般該類襯套內徑尺寸的4倍以上，雖然襯套內徑尺寸大，但襯套內徑公差要求為0～0.04mm，壁厚度公差為0.03mm，尺寸精度要求極高，而且襯套采用板材成形，整個襯套開口結構，滿足精度難度極大。

（2）表面易損傷

金屬氟塑料材料由金屬基體與表面氟塑料層復合而成，表面氟塑料層的主要成份是聚四氟乙烯，該材料在剛性模具中成形時很容易損傷，由于氟塑料層在工作時起主要作用，因此襯套設計時對表面質量要求極高，不允許成形后氟塑料層表面存在損傷，因此對于模具結構及模具的精度都提出了較高的要求。

（3）檢測困難

由于金屬氟塑料襯套為開口結構，圖紙要求檢測內徑尺寸時需把壓緊保證無對接間隙，且內徑尺寸公差只有0.04mm，這對氟塑料襯套如何進行檢測，降低檢測誤差提出了更高的要求，檢驗夾具的結構形式和制造精度都會直接影響檢測結果。

3.工藝方案

通過對襯套結構及成形過程中的難點進行分析，初步確定采用預彎成形+液壓校形的工藝方法，為保證金屬氟塑料襯套的成形精度及表面質量，需要在提高成形工裝結構，芯模尺寸，展開毛料尺寸精度和檢測方法等方面進行工藝研究。

3.1 成形工裝設計

（1）預成形工裝

由于襯套成形精度高，金屬氟塑料襯套成形過程包括預彎成形和精確校形，預彎成形時將展開毛料彎曲成近似的圓環(huán)即可，為后續(xù)襯套的校形提供毛坯，因此預彎模具采用一般的卷圓型胎即可滿足襯套預成形要求，如圖2所示，卷圓型胎由端頭夾緊器、轉動軸、芯軸等部分組成，同時，為避免襯套內表面的劃傷，卷圓型胎的表面粗糙度要求不大于Ra0.8。

（2）校形工裝

（a）設計原理

金屬氟塑料襯套的成形精度主要由校形工裝保證，校形工裝設計為陽模與五級陰模模芯配合的結構形式，工裝結構形式如圖3所示，襯套校形時，將預成形后的襯套毛坯固定在陽模上，陽模帶動襯套一起逐一通過每個陰模模芯，陰陽模之間通過不斷擠壓實現(xiàn)襯套的校形，同時，為避免襯套內表面劃傷，在工裝陽模上增加了錐形引導，可以保證校形時襯套與陽模同心，避免襯套壓入時偏心而導致的零件表面劃傷。

（b）尺寸設計

由于金屬氟塑料襯套內表面為氟塑料層，在陽模與陰模模芯擠壓變薄時，襯套表面的氟層存在一定的變形回彈，通過對板材加壓試驗，初步確定該回彈量在0.08mm～0.09mm，已經超過襯套的尺寸公差0.04mm，為消除氟層變形回彈對襯套成形精度的影響，在設計校正模陽模時需要增加工藝補償，襯套理論內徑尺寸為φ1330+ 0.04mm，增加襯套回彈補償后陽模內徑尺寸為φ133.180- 0.02mm。

校形模陰模采用五級模芯，最后一級模芯尺寸為金屬氟塑料襯套的最終尺寸，因此，該級模芯設計的內徑尺寸與襯套外經尺寸一致為φ138.000+ 0.02mm，該模芯之前的每級模芯的內經尺寸逐漸變大，且每兩級模芯之間的差值逐漸變大，這樣在襯套成形時能夠保證變形兩越來越小，逐漸提高襯套的校形精度。校形模具的陽模與陰模模芯尺寸見表1。

3.2 檢驗工裝設計

按圖紙要求金屬氟塑料襯套需要在壓緊無對接間隙的狀態(tài)下進行檢驗，因此檢驗工裝采用圓環(huán)底座與檢驗量規(guī)配合的結構形式。工裝結構形式如圖4所示。從圖4中可以看出，檢驗工裝的圓環(huán)底座主要由內圓環(huán)和頂出裝置組成，內圓環(huán)的直徑尺比氟塑料襯套的外徑尺寸小0.02mm，在檢驗時通過輔助設備將襯套壓入內圓環(huán)，保證襯套壓入時無對縫間隙。壓入后使用檢驗量規(guī)進行檢查，檢驗量規(guī)分為通規(guī)和止規(guī)，均由3個葉片組成，每個葉片弧度為70°，3個葉片同襯套內表面具有較大的接觸面積，可以有效地保證檢驗結果的正確性。襯套檢驗合格后通過檢驗工裝的頂出裝置將零件取出。

4.成形試驗

4.1 下料

金屬氟塑料襯套通過板材彎曲成形，板材展開毛料的尺寸精度對襯套的成形性及成形精度起關鍵作用，由于金屬氟塑料材料在彎曲過程中金屬層與氟層變形量不一致，采用中性層法計算公式計算出的毛料長度存在一定偏差，因此需要在此基礎上選取幾個不同的展開毛料尺寸進行彎曲成形試驗。

初步選取6種長度規(guī)格作為金屬氟塑料的展開毛料尺寸，每種長度規(guī)格選取5件進行試驗，并按1～6#進行編號，具體長度尺寸規(guī)格見表2。每種規(guī)格試驗件的展開毛料的尺寸精度控制在L±0.05mm范圍內，為保證該精度，新制毛料銼修夾具，方便工人對展開毛料的銼修及毛料的精度控制，銼修夾具結構形式如圖5所示。

表2試驗件展開毛料尺寸

編號 1# 2# 3# 4# 5# 6#

長度尺寸L 425 426 426.5 427 427.5 428

4.2 預彎成形

按圖2的卷圓型胎對毛料進行彎曲成形，成形時注意保護零件內表面不被劃傷，預彎曲成形后保證襯套的基本的圓度。

4.3 校形

金屬氟塑料襯套的校形在315t液壓機上進行，校形前將模具在液壓機上安裝固定，并調整合模的間隙值均勻，將校形模具清理干凈，模具芯模表面及零件的內外表面涂潤滑油，防止襯套零件表面損傷，為保證襯套的校形圓度，每個試驗件校準6次，每校準一次后將襯套水平旋轉90°，垂直方向旋轉180°。

5.試驗結果

進行襯套校形試驗時，1#、2#試驗件僅經過3次校形便從校形模中脫落，分析原因是毛料長度過短，經過3次校形后的襯套外徑尺寸已經小于模芯內徑尺寸，從而導致襯套脫落。其余試驗件均正常完成6次校形。利用檢驗工裝對3#～6#試驗件進行檢測，檢測結果表明，3#和4#試驗件用量規(guī)測量時通端與止端都能通過，襯套內徑不滿足要求。5#和6#試驗件在內徑尺寸滿足量規(guī)檢驗要求，進行壁厚度測量時5#試驗件的壁厚均勻控制在2.49mm～2.52mm，而6#試驗件壁厚存在不均，個別點厚度超差，分析原因是襯套展開毛料尺寸過長，襯套校形時局部擠壓變形量過大導致。經試驗，5#試驗件各項指標參數(shù)滿足設計要求，可以證明工裝結構合理，各個尺寸計算準確，按該工藝方案能夠滿足金屬氟塑料襯套的成形要求。

結論

通過對金屬氟塑料襯套的成形工藝研究，實現(xiàn)了公司某型飛機平尾金屬氟塑料襯套的自行研制，滿足了公司科研生產需求為后續(xù)機型中襯套類零件的成形打下了堅實基礎。同時，該襯套的成功研制，將國內現(xiàn)有的金屬氟塑料襯套成形的尺寸范圍提高了一倍以上，提高了我國在金屬氟塑料襯套成形領域的技術水平。

參考文獻

[1]李衛(wèi)京，崔世海，韓建民，等.金屬-氟塑料自潤滑材料的摩擦磨損特性[J].航空材料學報，2007，27（6）：75-78.

[2]李衛(wèi)京，趙洋，韓建民，等.提速客貨車用改性氟塑料-金屬復合襯套材料的試驗研究[J].北方交通大學學報，2014，28（4）：90-92.