高溫合金半管類零件成形工藝研究

侯洋

摘 要：本文以GH3030高溫合金半管類異性曲面零件為例，通過對零件外形的分析，對材料性能的分析，對成形理論數(shù)據(jù)的分析，圍繞高溫合金材料拉形成形的工藝方法進(jìn)行研究， 探索出此類零件的工藝方案和工裝方案，以達(dá)到指導(dǎo)實際零件試制和生產(chǎn)的目的。

關(guān)鍵詞：高溫合金;拉形工藝;材料性能;工藝方案;

1 研究背景

高溫合金半管類異性曲面零件（材料：GH3030冷軋+固溶，厚度：0.8mm），零件外形復(fù)雜，曲度大、存在凸凹曲面。零件成形后經(jīng)嚴(yán)合焊接成為整體尾噴管，要求零件外形精度高。鑒于傳統(tǒng)的落壓成形方案存在的多種缺陷，亟待摸索一種適合此類零件成型的工藝方法。經(jīng)分析現(xiàn)有的工藝能力和設(shè)備等基本因素，拉伸成形是一種適合的工藝方法，并展開相關(guān)技術(shù)研究。

2 拉形成形工藝分析

2.1 高溫合金材料機(jī)械性能分析

高溫合金（牌號GH3030）材料機(jī)械性能與硬鋁（2A12-0）的對比，見表2-1-1。

2-1-1 機(jī)械性能對比表

可見高溫合金（GH3030），屈強(qiáng)比：0.77與硬鋁的比值相近，并且具有30%的延伸率。

2.2 高溫合金半管類拉形成形工藝參數(shù)分析

1）拉伸系數(shù)：是指板料拉形后，變形最大的剖面處Lmax與原長度L0之比

KL=Lmax/L0≈Lmax/Lmin，是衡量零件變形程度參數(shù)

KL——拉形系數(shù)

Lmax——拉形后零件最大剖面的長度mm

L0——拉形前板料該剖面的原始長度mm

δL——拉形后板料在該剖面上的絕對伸長量mm

2）極限拉形系數(shù)是在拉形時，當(dāng)板料瀕臨出現(xiàn)不允許的缺陷時（斷裂、滑移線、出晶、橘皮等）的拉形系數(shù)，用Kmax表示

Kmax=1+

δL——為單向拉伸出現(xiàn)不允許的缺陷時的延伸率，表3-2-2

μ——摩擦系數(shù)，一般取0.1-0.15

n——材料的應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)，表3-2-3

e——自然對數(shù)底，e≈2.718

a——毛料在模具上的包角

計算得出：高溫合金Kmax=1.06

硬鋁Lmax=1.04

1）拉形力和拉形速度

零件成形的拉形力按拉伸方向毛料的最大剖面積產(chǎn)生0.9σb計算

Pb=1.8Fσbsina/2=1.8x800x580xsin48=642968N

依據(jù)拉力的計算可選用FET-600，橫向拉形機(jī)

拉形速度見表2-2-3，選用3.5-6mm/s

經(jīng)過對高溫合金材料（GH3030）機(jī)械性能的分析與硬鋁的對比，高溫合金與硬鋁具有相近的屈強(qiáng)比，通過零件外形的分析并與假想硬鋁材料下的零件進(jìn)行對比，零件具有不高拉伸系數(shù)KL，說明零件的變形程度沒有想象中的那么大，并且有硬鋁相近的極限拉形系數(shù)Kmax。綜上所知道，理論上采用拉形成形高溫合金半管類零件是一種可行的工藝方案。

3 拉形試制中的主要缺陷

1）零件在拉形成形中，圖3-1-1凹曲面區(qū)域存在大量褶皺;

2）零件拉形過程中，圖3-1-1區(qū)域出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象;

3）零件拉形成形受到承壓臺寬度的限制，局部區(qū)域無法拉靠胎;

3.1 拉形試制缺陷原因的分析

1）材料在拉形過程中，沿著拉力的作用方向，拉伸變形是不均勻的，在脊背處材料的變形量最大。如果在脊背附近取一單位寬度的狹窄條帶分析，那么當(dāng)沿著鉗口受拉時，必然要引起條帶橫向收縮，但是，由于受到兩側(cè)材料的牽制和摩擦的阻滯，橫向收縮困難，應(yīng)變基本為零，因此，條帶處于一種雙向受拉的應(yīng)力狀態(tài)和一拉一壓的應(yīng)變狀態(tài)，所以產(chǎn)生褶皺，且無法排除;

1）圖3-1-1中的凹曲面弦弧高達(dá)到20mm，當(dāng)兩側(cè)易斷裂區(qū)與模具接觸并拉形后，凹曲面仍未進(jìn)行拉形，材料流動量小，致使圖示區(qū)域出現(xiàn)斷裂，斷裂區(qū)處在零件與余量區(qū)的交界處;

2）拉形成形的理想狀態(tài)見圖3-1-2所示，在拉形零件與模具貼合。

圖3-1-1? ? ? ? ? ? ?圖3-1-2

零件的鉗口向模具方向移動，以起到充分拉伸的作用，減少零件的回彈量，受到承壓臺尺寸的限制，無法完成“理想”的拉伸狀態(tài)，致使零件存在不靠胎的現(xiàn)象;

3.2 拉形試制缺陷的解決措施

1）經(jīng)由對褶皺和拉裂的分析，對零件外形切割線的分析，采用“梯形料”進(jìn)行拉伸成形，較少了拉形過程中橫向材料的收縮，大量減少了褶皺的產(chǎn)生。梯形材料拉伸使得材料集中在凹曲面區(qū)域，斷裂區(qū)材料無法對凹曲面才生橫向拉力，同時解決了，褶皺和拉裂的缺陷;

2）制作窄承壓臺解決無法充分拉伸的問題，承壓臺的最小寬度為300mm。

3.3 改進(jìn)方案后的試制

零件在蒙皮拉伸機(jī)上進(jìn)行拉形成形，成功的解決了局部斷裂和不靠胎的零件缺陷。凹曲面區(qū)域，由于曲率復(fù)雜仍存在較少的褶皺，但使用滾光輪和雅高收縮機(jī)的聯(lián)合工作下，消除了褶皺，成功的完成了零件的加工。

結(jié)束語

高溫合金（GH3030）半管類零件，采用拉形的成形工藝方案成形，打破了固有的僅能使用落壓工藝的固有思維，它的成形質(zhì)量遠(yuǎn)高于落壓成形，它的加工周期遠(yuǎn)短于落壓成形。從此次拉形成形的試制，為高溫合金材料成形奠定了一個良好的開端，并為零件的成形提供了一個更好的工藝方案;

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