內環封嚴套的加工與模具設計

■中航工業沈陽發動機設計研究所 史獻營

內環封嚴套的加工與模具設計

■中航工業沈陽發動機設計研究所 史獻營

某設備內環封嚴套零件，是用高溫合金GH600板料成形的零件，厚1mm，如圖1所示。是一個易損零件，內形為配合尺寸，要裝配到設備內環上，φ381.3-0.05-0.1mm表面焊接密封環，起封嚴作用，磨損后再換新件。該零件是橫截面尺寸與圓弧尺寸精度高的小型鈑金件。

1. 零件工藝分析

內環封嚴套零件材料為GH600，料厚1mm，此材料是一種強度高，塑性較好的耐高溫材料。零件截面類似為長方形的弧形鈑金件，其形狀由彎曲與拉深復合變形而成。此件截面尺寸較小且精度高，彎曲邊尺寸小，截面內形為配合尺寸，必須用模具保證。模具形式和套數決定工藝方案，工藝方案的選擇又決定模具設計形式，模具設計是該零件加工的關鍵，零件的工藝方案與模具設計必須綜合考慮。

2. 內環封嚴套工藝方案

由于此件的加工批量小，加工方案定為：下料→預成形→成形→再成形→再成形→鏜→線切割。

根據設計圖樣計算展開，弧形及截面展開都有余量，展開尺寸為：260mm×44mm，下料后根據模具（見圖2 a）預成形φ391mm弧形。因為GH600材料強度高，回彈較大，理論計算回彈與實際成形后的回彈量有較大差距，所以用試驗方法確定回彈量。通過試驗驗證零件尺寸φ381.3mm，加工成φ368mm，回彈后與尺寸φ381.3mm相同，如圖2 b所示，但弧長要按φ381.3mm的展開弧長計算。圖2a是第一次零件成形所設計模具，成形零件如圖2b所示。之后再用另兩套模具成形如圖3a、圖3b所示，成形后零件如圖4a、4b所示，之后進行鏜加工如圖5所示，把定位環放到400mm的度盤上壓緊找正，夾緊零件后加工尺寸2-0-0.1mm。最后線切割，保證弧長角度75°，整個零件加工完成，經檢驗零件合格。

圖1 內環封嚴套零件

圖2 第三工序成形模具

圖3 第四、五工序成形模具

3. 模具設計

內環封嚴套零件的加工關鍵是模具設計，模具設計的思想是保證零件 加工質量，模具結構簡單可靠。從內環封嚴套的形狀看，其是方形截面的弧形鈑金件。其截面形狀規則、截面尺寸較小，而且截面尺寸精度高，給成形造成困難。零件所用材料為高溫合金GH600，此材料強度高，塑性較好。由此材料制成的鈑金零件彈性變形大。設計模具時要考慮零件的回彈因素，此件的回彈主要發生在第三工序的φ381.3mm圓上，其是大圓弧形狀，用計算回彈量的方法很難計算準確，必須通過試驗獲取回彈量。通過試驗驗證尺寸φ381.3-0.05-0.1mm加工成φ368mm回彈后與φ381.3-0.05-0.1mm相同，但弧長要按設計φ381.3mm尺寸計算。

第三工序成形模具設計的關鍵點是確定模具形式及回彈量，第三工序成形是后續零件成形的基礎，同時也確定了后續工序成形的方向。

第四、第五工序成形模具的設計，主要問題是成形方式，成形次序，模具結構。由于內環封嚴套的形狀結構小且尺寸精度高，造成模具設計困難。此工序零件的成形受到第三工序的限制，如果還是單件壓形，上模受零件形狀限制造成其結構強度低，容易損壞，而且如果模具采用上下模具都固定在壓力機上，將使得模具結構復雜，其原因是半成品零件（見圖2b）無法放在模具上，即使半成品零件能放到上下模之間也不安全或影響零件成形質量。如果采用圓形模具結構可解決上模的強度問題，但零件還是無法放在模具的工作位置上成形，為解決半成品零件放入模具的工作位置的問題，模具設計成圓形且上下模具都不固定在壓力機上，模具結構形式如圖3所示。兩次成形零件用兩套模具，共4個零件組成，模芯通用，模芯在這里起兩個作用，一是起定位作用，二是起限位作用（限制壓力機下行）。下模可通用（兩面使用），上模分別設計為兩件。

為使上模強度高些，先成形零件5.9+0.11+0mm一端，成形如圖3b、圖4a所示；再成形零件3.8+0.11+0mm一端，如圖3a、圖4b所示。每次可同時壓4件，先把4個半成品零件均勻放入上下模圓周之間，這樣能使上下模受力均勻，在推入壓力機工作臺中壓形。此模具上下模均不固定在壓力機上，模具自定位并在成形零件時限位（限制壓力機下行）。壓完零件后手工將上模撬開或用螺栓（頂出螺孔圓周均布6處）頂開上下模，取出零件。上模重5.4kg，全套模具重31kg，上模的重量完全可以手工操作，整體模具可以在壓力機工作臺上移動。此模具結構既簡單又實用，零件經檢驗符合圖樣要求。

圖4 第四、五工序成形零件

圖5 鏜工序夾具

4. 結語

鈑金零件加工工藝方案與模具設計是緊密相連的，工藝方案決定模具設計形式，模具設計影響工藝方案。有些鈑金零件結構特殊，使得模具無法固定在壓力機上，采用模具自定位上下模，將毛料或半成品放入上下模之間壓形是一種很實用加工方法。內環封嚴套是采用這種模具加工的典型零件。

20150715