GH2132高溫合金托板自鎖螺母冷成型工藝設(shè)計(jì)

鄧?yán)^華

摘 ?要：本文詳細(xì)介紹了GH2132高溫合金托板自鎖螺母冷成型技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)大變形量薄壁件的冷成型加工進(jìn)行了工藝分析，制訂了冷成型工藝路線(xiàn)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了GH2132高溫合金托板自鎖螺母坯料制備過(guò)程中的冷鐓工藝設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：高溫合金托板自鎖螺母; 冷鐓工藝; 模具結(jié)構(gòu)

1引言

托板自鎖螺母是一種廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域的緊固件，近年來(lái)，隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，對(duì)緊固件的性能要求越來(lái)越高，普通碳鋼制造的托板自鎖螺母在高溫高強(qiáng)度的苛刻環(huán)境下不能滿(mǎn)足使用要求。而GH2132高溫合金制造的托板自鎖螺母可以很好地解決原托板自鎖螺母性能上的缺點(diǎn)。

但對(duì)于高溫合金，其與碳鋼材料相比，強(qiáng)度高、變形困難，托板自鎖螺母托板部位冷鐓加工難以成形到位，目前市場(chǎng)上該類(lèi)零件的坯料制備主要是在壓力機(jī)上采用多次加熱擠壓的方法予以解決，零件制造存在自動(dòng)化程度低、加工時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)工藝方法對(duì)零件成型及降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量有相當(dāng)大的影響。本文在分析該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了GH2132高溫合金托板自鎖螺母坯料的冷成型工藝。

2零件的技術(shù)要求與工藝分析

GH2132材料高溫合金托板自鎖螺母是在高溫高強(qiáng)度工況下工作的緊固件，在承受較高軸向載荷的同時(shí)具有良好的自鎖防松能力。該零件外形為橢圓形托板與圓柱凸臺(tái)相結(jié)合，裝配時(shí)通過(guò)鉚釘將橢圓托板與裝配型面鉚緊，可防止托板自鎖螺母在裝配和使用過(guò)程中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋部位進(jìn)行收口，具有一定的鎖緊力，在震動(dòng)環(huán)境下使用能夠防止松動(dòng)。高溫合金托板自鎖螺母有一定的尺寸要求，其托板部位較薄，外徑與凸臺(tái)外圓尺寸相差較大。

3冷鐓、沖壓聯(lián)合工藝方案

新工藝采用冷鐓+沖壓工藝，冷鐓機(jī)是一種高效緊固件加工設(shè)備，工作時(shí)可以連續(xù)自動(dòng)送料、加工效率高、產(chǎn)品一致性好、質(zhì)量穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于緊固件制造領(lǐng)域，而國(guó)產(chǎn)鐵基高溫合金GH2132冷鐓成型較為困難，GH2132屬于鐵基高溫合金材料，是在鐵-鎳-鉻基體上添加鈦、鉬、釩等合金元素發(fā)展起來(lái)的，在高溫下具有良好的綜合性能，其化學(xué)成分見(jiàn)表1（GJB3167-98）

緊固件加工領(lǐng)域，變形困難的零件一般使用多工位冷鐓機(jī)采用多次鐓壓，逐步變形到位的方式予以解決，但托板自鎖螺母零件桿部較短，機(jī)床夾鉗無(wú)法夾持零件，所以冷鐓只能采用無(wú)需送料夾鉗的一模二沖冷鐓機(jī)，而一模二沖冷鐓機(jī)只能鐓壓兩次，零件托板部位無(wú)法變形到位，因此在采用一模二沖冷鐓機(jī)的基礎(chǔ)上必須考慮冷鐓、沖壓聯(lián)合工藝，先鐓后壓，鐓壓結(jié)合，使材料多次少量變形達(dá)到?jīng)_床落料尺寸的要求，工序安排見(jiàn)圖2。

新工藝在毛坯不加熱的情況下使用60t一模二沖冷鐓機(jī)和100t沖床，對(duì)坯料進(jìn)行鍛壓，使鍛壓后的坯料尺寸能夠滿(mǎn)足后續(xù)沖床落料要求。一模二沖冷鐓機(jī)模具主要包括陰模、陽(yáng)模和初鐓模。陰模、陽(yáng)模較簡(jiǎn)單，其型面與鐓制后毛坯外形一致，初鐓是零件成形的關(guān)鍵，初鐓時(shí)應(yīng)使坯料產(chǎn)生盡可能大的變形量，以減少陽(yáng)模鐓壓時(shí)的變形力，初鐓模主要有固定式初鐓模、活動(dòng)式兩種?；顒?dòng)式初鐓模在其內(nèi)腔有一根可伸縮的頂桿，在材料脫模時(shí)能將材料頂出模腔，便于脫模，因此模腔內(nèi)能夠容留較多材料。由于該零件變形量太大，在鐓制時(shí)選用活動(dòng)式初鐓模。初鐓模型腔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3，型腔孔口呈橢圓形，便于鐓制時(shí)材料向兩邊流動(dòng)，有利于托板部位成型。

冷鐓機(jī)在鐓鍛時(shí)，坯料內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置發(fā)生位移量大小不同的改變，陰模在工件成形過(guò)程中，在整體陰模的橫斷面生成切向應(yīng)力σt及徑向壓應(yīng)力σr，當(dāng)受力超過(guò)陰模強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致陰模開(kāi)裂損壞。為改善陰模受力環(huán)境，陰模采用組合模式，模芯采用耐沖擊的硬質(zhì)合金材料，同時(shí)在模芯外過(guò)盈鑲配兩層模套，給模芯施加外應(yīng)力，能夠減小工件變形產(chǎn)生的徑向應(yīng)力，從而提高模具使用壽命。

采用組合陰模具有以下四個(gè)方面的優(yōu)越性：

（1）令內(nèi)壁處的徑向拉應(yīng)力大幅度地減小，甚至能夠讓內(nèi)壁完全不受到徑向應(yīng)力的作用。

（2）能夠大大地減少模具材料成本。

（3）由于內(nèi)層陰模尺寸大大減小，使之便于加工。

整體陰模與組合陰模工作受力情況對(duì)比見(jiàn)圖4

GH2132材料在冷鐓擠壓時(shí)單位擠壓力很大，金屬材料會(huì)產(chǎn)生劇烈的塑性變形，材料容易拉傷模腔，導(dǎo)致材料與模腔的摩擦力增大，形成較大的附加拉應(yīng)力，大大降低材料的流動(dòng)性。高溫合金托板自鎖螺母冷鐓時(shí)為降低材料流動(dòng)的阻力，模具型面均進(jìn)行研磨拋光處理，同時(shí)在冷擠壓前必須將材料進(jìn)行表面處理，以便取得良好的潤(rùn)滑作用。材料的表面潤(rùn)滑處理有多種處理方法，其中二硫化鉬是一種重要的固體潤(rùn)滑劑，特別適用于高溫高壓環(huán)境下使用，高溫合金托板自鎖螺母在鐓制時(shí)采用二硫化鉬摻加硫磺作為潤(rùn)滑劑，涂抹在材料表面，在冷鐓時(shí)能起到減少摩擦的作用。

以M6規(guī)格高溫合金托板自鎖螺母為例，經(jīng)上述冷鐓工藝鐓制后的坯料長(zhǎng)度為22mm，小于零件最終長(zhǎng)度尺寸24mm，還不能滿(mǎn)足后續(xù)沖床落料工序?qū)ε髁系某叽缫?，因此冷鐓后需增加拍扁工序，毛坯拍扁?00t沖床上進(jìn)行，拍扁模采用坯料的凸臺(tái)定位，只需拍壓一次，拍壓后的托板部位毛坯長(zhǎng)度尺寸可達(dá)28mm，能夠滿(mǎn)足M6規(guī)格托板部位落料要求。

4加工結(jié)果

采用以上冷鐓、沖壓聯(lián)合工藝，加工過(guò)程中，模具未出現(xiàn)開(kāi)裂等不正常損耗，生產(chǎn)效率高，制造的坯料經(jīng)探傷，表面無(wú)裂紋，外形尺寸能達(dá)到?jīng)_床落料要求。

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的高溫合金托板自鎖螺母冷成型工藝，由于不使用加熱器，工人的勞動(dòng)條件得到改善，縮短了加工周期，降低了生產(chǎn)成本，操作簡(jiǎn)便可行，較好地解決了高溫合金托板自鎖螺母熱成型加工效率低、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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