一種高溫合金十二角自鎖螺母毛坯熱鐓工藝

胡平

摘 要：詳細(xì)介紹了十二角螺母毛坯的熱鐓工藝。對(duì)十二螺母毛坯的熱鐓工藝進(jìn)行了分析，制定了熱鐓工藝路線，毛坯尺寸計(jì)算。

關(guān)鍵詞：自鎖螺母;熱鐓;要點(diǎn)

1 引言

十二角自鎖螺母作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一種高端緊固件連接件，因工作環(huán)境惡劣，所以其質(zhì)量和性能至關(guān)重要，使用材料大部份為高溫合金，其中以GH738材料使用最多。我國(guó)在相關(guān)方面的工作起步較晚，還沒(méi)有形成基本的生產(chǎn)能力，和國(guó)外差距較大。近年來(lái)，承接了較多的規(guī)格的GH738十二角自鎖螺母的生產(chǎn)、研發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中，也總結(jié)了一點(diǎn)十二角自鎖螺母毛坯成形的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)與大家共享。

2 材料分析

2.1 材料概述

GH738是一種鎳基變形高溫合金，采用真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔工藝熔煉而成。與美國(guó)的Waspaloy材料相近似，因其具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能，所發(fā)該合金在國(guó)外廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，主要用作渦輪葉片和渦輪盤，也可用作緊固件的生產(chǎn)。

2.2 零件工藝性分析

從結(jié)構(gòu)上大至可以看作是一個(gè)由φ7.1×3.5圓柱體、S=8的十二角柱體、30°的錐臺(tái)及φ11×1.2的圓柱體的組合體。φ7.1×3.5是該零件實(shí)現(xiàn)鎖緊結(jié)構(gòu)和滿足試驗(yàn)要求的關(guān)鍵部位，其顯微組織的好壞對(duì)零件的性能起決定性作用。

2.3成形方案

GH738十二角自螺母因使用在航空航天領(lǐng)域，通常都是品種、規(guī)格多、批量不大，不宜于自動(dòng)化生產(chǎn)，宜采用單工序鐓制;

為了獲得較理想的金相組織和晶粒度，需進(jìn)行加熱鐓制，對(duì)坯料的加熱用高頻感應(yīng)器單件加熱，其優(yōu)點(diǎn)是加熱快且均勻，加熱溫度可控;壓力設(shè)備沖床鐓制，成形的同時(shí)也起到了鍛打細(xì)化晶粒作用;由于坯料被加熱，材料塑性提高，變形抗力減小，金屬流動(dòng)性較好，對(duì)設(shè)備壓力要求降低、并較大提高模具壽命。

制定零件毛坯：為了保證零件的外觀質(zhì)量和尺寸要求，結(jié)合熱鐓工藝的特殊性，在螺母兩端面及法蘭盤外圓上均需留0.25mm～0.5mm的機(jī)械加工余量。

在實(shí)際生產(chǎn)中還需從以下幾個(gè)因素考慮工藝用料：

1）原材料直徑制造公差;2）下模頂桿與型腔之間的間隙引起逃料;3）為防止上下模直接接觸損傷模具而增加工藝用料。4）坯料鐓鍛后密度變化;5）冷縮變化;6）模具制造公差。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，工藝用料取3.5mm較為合適，所以坯料成型前的尺寸為：

（2-1）

為了獲得較好的綜合機(jī)械性能，在成型前還需對(duì)坯料進(jìn)行整體鐓粗，以細(xì)化晶料、提高高溫性能。也就是說(shuō)φ7.5×17是經(jīng)過(guò)鐓粗之后的尺寸，而坯料的實(shí)際直徑小于φ7.5，實(shí)際長(zhǎng)度大于17。由圖四可知，當(dāng)合金材料變形量為30%～50%之間，變形溫度和平均晶粒度較理想。形量是指變形前后的截面積之差與變形前截面積之比值乘以100%，設(shè)變形前的截面積為A前，變形后的截面積為A后，變形前坯料實(shí)際直徑為r前，取變形量為40%，則有：（A后-A前）÷A前×100%=40%? ? ? ? ? ? ? ? ? （2-2）

由于該自鎖螺母重要的工作部位是φ7.1×3.5，該部位是由S=8的十二角柱體加工而成，所以變形后的截面積應(yīng)按S=8的十二角柱體截面積計(jì)算，那么變形后的截面積：

所以變形前的坯料直徑為：

查GB 905 標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)直徑為φ7.34的材料，所以初定變形前的坯料直徑為φ7。

又根據(jù)變形前后體積不變定律，設(shè)變形前的坯料長(zhǎng)度為L(zhǎng)，

變形量驗(yàn)算及實(shí)際坯料尺寸確定：第一次變形：直徑由φ7鐓粗到φ7.5：

所以總變形量為：，而兩次變形量均大于10%，符合GH738的熱變形要求，因此可確定坯料尺寸為：。

坯料潤(rùn)滑：冷成形時(shí)，毛坯表面磷化然后再皂化或其他處理即可達(dá)到滿意效果;而在熱加工工藝中，當(dāng)達(dá)到300℃時(shí)皂化膜即焦了，反而增加摩擦，潤(rùn)滑條件反而惡化。但GH738的鐓鍛成型溫度在1100°C左右，在此溫度下，目前工業(yè)上常用的潤(rùn)滑劑都會(huì)失效，實(shí)際中可利用熱脹原理，讓成形后的毛冷卻收縮與模腔產(chǎn)生間隙后頂出。

坯料加熱：對(duì)坯料加熱，可采用帶時(shí)間繼電器、有自動(dòng)斷電功能的高頻感應(yīng)器加熱。批產(chǎn)前，需對(duì)首件進(jìn)行金相檢測(cè)，以確定合理的加熱參數(shù)，完工后對(duì)未件進(jìn)行金相檢測(cè)，以確定整批產(chǎn)品合格。

工藝路線：下料（車床）→鐓粗（沖床）→熱鐓（沖床）

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)多年生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)十二角自鎖螺母毛坯的熱鐓成形，按上述方法進(jìn)行坯料計(jì)算和控制，均能滿足鐓坯要求。

參考文獻(xiàn)

[1]《金屬塑性成型原理》俞漢清、陳金德編 機(jī)械工業(yè)出版社出版.

[2]《緊固件概論》國(guó)防工業(yè)出版社出版.