燃氣輪機轉接段外套成形工藝研究

張佳音 李玲慧 趙 睿（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

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燃氣輪機轉接段外套成形工藝研究

張佳音 李玲慧 趙 睿
（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘 要：本文論述了轉接段外套的脹形工藝的確認過程及試制過程，分析了以往其它轉接段外套的收口成形所產生的問題原因。確定合理的工藝方案、脹形參數；設計結構合理的模具并根據現場試驗結果調整模具尺寸，加工合格的產品，為類似零件的生產提供經驗。

關鍵詞：脹形；延展率；模具；回彈

1　問題的提出

公司交付的6種轉接段襯套與本文所選用的轉接段外套形狀和尺寸類似，裝配于燃氣輪機火焰筒。其外形、加工過程看似并未有難點，但是在實際的加工工程中由于其所采用的鈑焊件材料與加工精度要求在以往的加工過程中應用的較少，從而導致在加工過程中未能針對性的采取合理的加工工藝來對其進行加工，導致加工質量、效率等都大打折扣。該零件成形后需要在小端采用車削加工并需要在零部件小端處于不規則外形的情況下保證壁厚大于3.81，由于零件的不規則對加工帶來了較大的困難，只是壁厚超差和劃痕現象較為嚴重，尤其是在R4.81根部，壁厚超差現象尤為突出。

2　研究對象和研究目的

選用我廠承制的法國EPE公司新型別轉接段外套為研究對象，嘗試使用脹形工藝來對工件進行加工，以應對上述加工難題。如果能夠順利使用脹形工藝來對工件進行加工則不但能夠提高加工效率而且能夠解決原先工藝所帶來的工件表面劃傷和和夾模問題。

3　成形工藝方案的制定

3.1收口工藝技術分析

收口是利用模具將圓形筒件或管件由原先的直徑縮小到所需要直徑的一種成形方法，加工過程中使用較多的是整體凹模收口、分瓣凹模收口和旋壓收口等幾種加工方式，通過對工件進行分析本次采用整體凹模收口工藝來完成工件的成形加工。在對圓筒坯料進行沖壓收口加工的過程中，待加工工件在外力作用在模具的作用下使得工件的端口部分受力而使得材料受力變形，工件在收到模具切向應力的作用下將會產生切向壓縮變形，從而使得工件的材料在變形的過程中產生了高度和厚度方向的伸長應變，故工件的沖壓收口加工主要是利用工件直徑的縮小而導致的高度和厚度方面的變化。同時在沖壓收口加工的過程中工件端口直徑的縮小幅度不應過大，避免在變形的過程中因所受切應力過大而導致工件表面產生痕跡，同時過大的收縮量也會影響到非變形區，使之失穩定而產生完全變形，因此，在沖壓收口加工的過程中需要對上述問題引起足夠的重視。

3.2沖壓收口加工過程中在工件表面產生豎壁劃傷和不垂直的原因分析

在沖壓收口加工過程中，收口模為外部帶支撐、內部自由式結構，工件在加工時會由于凹模R推壓所產生的內傾彎矩，使得工件與凹模側壁無法緊密的貼合，從而使得沖壓收口加工后工件的外壁與工件的中心線的平行度出現一定的偏差。所以，需要添加一步校形工序，此道工序的特點是需要在收口模的基礎上在下模增加了一個型芯，主要是為了使得工件與模型的貼口緊密。在加入校形工序后會使得工件的與模具之間的摩擦幾率大幅增加，從而使得零件的變形區劃傷現象較為嚴重，并對模具的圓角R造成一定的磨損，從而對后續的沖壓校形產生嚴重的影響。同時，在零件的加工過程中，零件的斜壁的變形回彈也會對加工質量造成嚴重的影響。

3.3轉接段外套成形工藝改進的可行性

沖壓成形工藝可根據工件的變形特點分為：壓縮、拉伸和拉壓成形等幾種成形方式。上述所說的沖壓收口加工屬于壓縮成形中的一種。脹形屬于拉伸成形中的一種，其同樣也能夠實現工件的變形成形，因此，在傳統加工工藝的基礎上選用不同的成形加工，并利用其特點來改善工件在加工過程中變形區的應力狀態，進而提高工件變形加工的質量與效率。脹形是沖壓成形的基本工序，在脹形加工時，工件的塑性變形被限制在變形區范圍內，外部的材料不會在加工過程中向變形區范圍內移動，其中變形區外的材料的受力為兩向或單向拉應力受力，在材料的徑向方向受到的是收縮力的作用，從而使得整個工件在脹形加工中處于拉伸變形的狀態。采用脹形加工的零件能夠有效的避免沖壓變形所帶來的一系列問題，從而使得工件的加工質量大幅提升。相較于沖壓收口加工，脹形加工避免了工件與模具之間的摩擦消除了沖壓收口加工中所帶來的劃痕，同時有效減少了回彈所帶來的問題，從而使得加工工序更為簡單。

3.4脹形工藝方案的確定過程

此零件所選用的材料為Hastelloy-X板料，冷軋，固溶后去氧化皮。其具有較高的高溫抗氧化能力，且具有較好的成型與高溫持久性能，在脹形加工的過程中，此零件小端內徑為φ423.2mm，大端內徑為φ441.2mm，初步確定脹形用毛料形狀為內徑為φ421mm的空心柱狀。加工時不論材料處于何種應變狀態，材料的破壞形式均為開裂，為提高加工后的零件表面質量以及脹形收縮時在軸向的10mm的修邊量。因此，毛料寬度為150mm，板料的下料為長1340mm，寬140mm的長方形。

4　沖壓參數及脹形過程

工件的脹形加工可以在多種壓力機械上進行，可以采用剛模脹形、固體軟模脹形、液壓脹形、氣脹成形與高能脹形等多種脹形方法。本廠選用的是鋼模液壓機脹形零件。在進行脹形加工時，首先使用設備頂桿將脫料板頂起至脹瓣向內收縮至最小；而后將Φ421的筒狀坯料套裝在脹瓣外周，其端面置于脫料板上；上模下行，上模板推壓脹瓣，在中心錐的作用下，筒裝坯料的直徑被脹瓣逐漸脹大，直至貼模于凹模內型面；在進行加工模具的設計和制造時要注意確保加工精度以及凹模、脫料板、限位塊能夠實現良好的貼合。從而在加工中，將壓力直接傳遞到下模板。完成加工后轉動工件，使接縫位置處于脹瓣實體部位，再進行一次脹形沖程，取出零件完成沖壓。

5　研制結果

脹形后加工相較于以往的工藝在效率與加工質量上都有著較大的提高。脹形加工解決了由于零件小端不直造成的后續車加工壁厚超差問題，有效地避免了零件的拉傷和夾模現象。參考此零件的成功經驗，現所有批產的轉接段外套都進行了改進，用脹形工藝替代了收口工藝，取得了良好的效果。

參考文獻

[1]中國機械工程協會.《鍛壓手冊》第2 卷[M].北京：機械工業出版社.

[2]俞寶羅.合金鋼與高溫合金[M].北京：國防工業出版社，1986.

中圖分類號：TH162

文獻標識碼：A