提高窄面沖點收口可靠性工藝研究

張怡娜　何東　付移風　南小俠

摘 要：沖點收口是航空發動機油泵產品中一種重要的零件組合方式，沖點變形不足、位置偏移和沖點裂紋是沖點收口質量不可靠的主要因素。通過分析材料在擠壓受力情況下局部材料的滑移、頸縮和間隙壓縮的特點，計算沖點與收口孔的有效距離;根據收口可靠性對孔口材料變形量的要求，研究計算合理的沖點孔參數，優化設計沖刀結構及尺寸，并進行試驗實驗，實驗結果表明：本文研究的沖點收口工藝方法有效提升了收口可靠性。該方法可廣泛應用于杠桿撥叉類小型零（組）件的沖點收口加工，為其他類型零件的沖點收口加工工藝提供了參考。

關鍵詞：沖點鎖緊;收口失效;滑移變形;雙頭沖刀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.015

0 引言

航空發動機附件產品中零（組）件的沖點鎖緊收口組合是一種重要的組合方式，在杠桿撥叉類小型零件組合過程中應用非常廣泛，對產品性能有著重要的影響。目前在收口質量提升方面研究較多的是柱塞類零件的收口研究[3]，主要以滾壓的方式進行收口。對于沖點收口由于操作簡單，所以一直沒有引起大家的重視，參考資料欠缺，但多起沖點收口質量問題造成的銷子脫漏產品調試失敗，甚至質量事故，說明沖點收口可靠性研究已經刻不容緩。

沖點鎖緊一般應用于間隙配合的圓柱銷與孔的組合、襯套與襯套孔的組合、頂針座與孔的組合等多類型的組合中，通過在孔的邊緣沖錐形盲孔，將孔口擠壓變形使銷子、襯套等無法沿軸向從孔口脫漏或滑出。為了找出造成沖點鎖緊失效的原因，對多項故障件進行分析研究發現，導致鎖緊失效的主要原因是沖點變形不足、位置偏移和沖點裂紋。

1 沖點鎖緊工藝分析

圖1是典型的沖點組合結構，分別在對稱兩面孔口處沖兩點，使孔口變形把與孔間隙配合的銷子鎖緊，保證滾輪在工作時銷子受力后不會沿軸向脫漏或滑出。目前，少有資料對沖點的位置、深度、大小等參數進行研究和規定，所以沖點加工完全憑借操作者的手感和經驗完成，沖點位置、變形量等參數一致性差。通過研究金屬材料中多晶粒的滑移變形現象和晶粒間隙縮放特點，分析出沖點收口失效的主要因素是沖點偏移、孔口變形量不足和孔口裂紋三方面，導致這些問題的原因：

（1）零件環形沖點面窄，沖點距內孔邊距離過大，沖點周邊材料沿法向首先向圓柱外側擴展，造成沖點偏移，或由于周圍材料較厚，晶粒間隙被大量壓縮，造成變形損失量大，孔內側材料無變形或變形不足鎖緊失效。

（2）裂紋產生的原因是變形側材料厚度不足，主要有三方面：一是沖點距內孔邊緣距離過小變形材料不足;二是沖點過深或沖刀角度過大造成沖點孔孔徑過大;三是沖壓導致材料向表面滑移堆積，在沖另一面面定位擠壓時產生二次變形，致使沖點口拉裂。

2 沖點參數的確定

2.1 確定形狀尺寸參數

沖點的形狀一般為圓錐形，尺寸參數包括孔口直徑、深度和錐頂角角度。由銷子和孔的最大配合間隙0.01mm和銷子倒角0.5×45°，可計算出兩個沖點沿孔徑向的變形量≥0.43mm時鎖緊有效，為避免沖壓力過大造成零件變形，所以沖點深度一般控制在（0.6±0.1）mm，所以孔壁的變形量計算公式為：

δ=h·tan

其中δ、h和α分別是變形量、沖點的深度和錐頂角角度。由于δ=0.43mm，h=（0.6±0.1）mm，計算可知α≈70°。

2.2 確定位置尺寸參數

根據沖點與內孔中心的距離，孔壁塑性變形有三種狀態：雙邊變形、內側變形和外側變形。刀具在擠壓材料時，周圍材料的抗變形能力與其厚度是正向增長，刀具向抗變形能力低的一側滑移，所以當沖點距孔心距離≥時，外側圓柱壁易變形，沖點距孔心距離<時，內側孔壁易變形，可知沖點應與孔心距離在r至范圍內，其中R和r分別是圖1中外圓柱和內孔半徑。經過對1批次10件材料為35CrMnSiA調質后的某型杠桿撥叉組件進行沖點加工試驗，在環形面上距孔中心尺寸在至r范圍內分別取8個不同的點進行沖點，統計內孔孔口變形量、變形材料厚度及沖點口質量狀態，形成沖點位置對材料變形影響數據統計表表1，數據表明：沖點距孔邊的距離在（2.07～1.87）mm范圍內時，保證變形量的同時有足夠的材料厚度，且沖點口質量完好。

3 沖刀結構及沖點加工工藝優化

3.1 刀結構優化

按照沖點錐孔的錐頂角角度70°設計沖刀刀尖尺寸;為保證沖點位置尺寸，增加一組刀尖為60°的小角度沖刀，進行位置定點。沖點加工多為手工操作，為了降低人為因素對沖點位置尺寸的影響，在沖刀桿上增加定位面，使其通過定位工裝與零件形成確定的位置關系，保證刀桿軸與零件孔軸線重合，來控制沖點與零件孔心距離的精確度和一致性。在沖刀桿上增加圖2中軸向可調的定位螺母，保證沖點深度尺寸精度和一致性。為提高加工效率，將沖刀單沖頭改為圖2中的雙沖頭，同時保證了沖刀受力穩定，防止沖點偏斜。

3.2 沖點加工工藝優化

為避免沖點時，在沖壓壓力作用下懸空槽臂變形;為防止用第一面定位時，對沖點處堆積的材料擠壓，沖點孔口二次變形，造成材料拉裂;同時為降低人為因素對沖點位置及變形量穩定性的影響，對加工工藝流程進行以下優化：

（1）沖點前選塞合適的U形墊片填充槽間間隙，改善槽臂懸空的結構，防止零件槽變形;

（2）沖點分粗、精兩次加工完成，粗加工選用60°小角度沖刀，固定沖點位置，形成孔口基本變形，再用70°大角度沖刀進行精加工，保證孔口最終變形尺寸;

（3）去除第一面沖點處毛刺，即沖點時滑移到上表面的材料，防止用該面定位時，毛刺對沖點口擠壓造成孔口拉裂;

（4）按（1）到（3）流程加工另一面沖點。

優化后流程：

4 總結

本文中沖點鎖緊可靠性工藝研究是理論計算與大量試驗驗證相結合，針對杠桿撥叉類零件窄小平面的沖點收口工藝方法。按照該方法對3個批次共150余件零件進行加工驗證，結果表明這種工藝方法及刀具結構能穩定提升杠桿撥叉類零件窄小型面沖點鎖緊的可靠性，也為其他類型零件的沖點收口加工工藝提供參考和思路。

參考文獻：

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[2]黃健求，樓應侯，朱從容.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]朱春江，劉彥超.航空發動機柱塞滑靴收口方式技術革新[J].航空制造技術，2015（12）.

[4]丁亞昕，賀穎相，花煒.基于有限元仿真的軸承收口拉脫力估算[J].機械工程與自動化，2017（03）.

[5]劉兵，何國球，蔣小松.材料疲勞壽命的影響因素[J].材料導報，2011（09）.

作者簡介：張怡娜（1986-），女，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：航空發動機燃油附件零組件高效加工及收口工藝。