一種高溫合金十二角自鎖螺母毛坯熱鐓工藝

胡平

摘 要：詳細介紹了十二角螺母毛坯的熱鐓工藝。對十二螺母毛坯的熱鐓工藝進行了分析，制定了熱鐓工藝路線，毛坯尺寸計算。

關鍵詞：自鎖螺母;熱鐓;要點

1 引言

十二角自鎖螺母作為飛機發動機的一種高端緊固件連接件，因工作環境惡劣，所以其質量和性能至關重要，使用材料大部份為高溫合金，其中以GH738材料使用最多。我國在相關方面的工作起步較晚，還沒有形成基本的生產能力，和國外差距較大。近年來，承接了較多的規格的GH738十二角自鎖螺母的生產、研發，在這個過程中，也總結了一點十二角自鎖螺母毛坯成形的經驗，現與大家共享。

2 材料分析

2.1 材料概述

GH738是一種鎳基變形高溫合金，采用真空感應熔煉加真空電弧重熔工藝熔煉而成。與美國的Waspaloy材料相近似，因其具有良好的耐燃氣腐蝕能力、較高的屈服強度和疲勞性能，所發該合金在國外廣泛應用于航空發動機和燃氣輪機，主要用作渦輪葉片和渦輪盤，也可用作緊固件的生產。

2.2 零件工藝性分析

從結構上大至可以看作是一個由φ7.1×3.5圓柱體、S=8的十二角柱體、30°的錐臺及φ11×1.2的圓柱體的組合體。φ7.1×3.5是該零件實現鎖緊結構和滿足試驗要求的關鍵部位，其顯微組織的好壞對零件的性能起決定性作用。

2.3成形方案

GH738十二角自螺母因使用在航空航天領域，通常都是品種、規格多、批量不大，不宜于自動化生產，宜采用單工序鐓制;

為了獲得較理想的金相組織和晶粒度，需進行加熱鐓制，對坯料的加熱用高頻感應器單件加熱，其優點是加熱快且均勻，加熱溫度可控;壓力設備沖床鐓制，成形的同時也起到了鍛打細化晶粒作用;由于坯料被加熱，材料塑性提高，變形抗力減小，金屬流動性較好，對設備壓力要求降低、并較大提高模具壽命。

制定零件毛坯：為了保證零件的外觀質量和尺寸要求，結合熱鐓工藝的特殊性，在螺母兩端面及法蘭盤外圓上均需留0.25mm～0.5mm的機械加工余量。

在實際生產中還需從以下幾個因素考慮工藝用料：

1）原材料直徑制造公差;2）下模頂桿與型腔之間的間隙引起逃料;3）為防止上下模直接接觸損傷模具而增加工藝用料。4）坯料鐓鍛后密度變化;5）冷縮變化;6）模具制造公差。根據生產實際經驗，工藝用料取3.5mm較為合適，所以坯料成型前的尺寸為：

（2-1）

為了獲得較好的綜合機械性能，在成型前還需對坯料進行整體鐓粗，以細化晶料、提高高溫性能。也就是說φ7.5×17是經過鐓粗之后的尺寸，而坯料的實際直徑小于φ7.5，實際長度大于17。由圖四可知，當合金材料變形量為30%～50%之間，變形溫度和平均晶粒度較理想。形量是指變形前后的截面積之差與變形前截面積之比值乘以100%，設變形前的截面積為A前，變形后的截面積為A后，變形前坯料實際直徑為r前，取變形量為40%，則有：（A后-A前）÷A前×100%=40%? ? ? ? ? ? ? ? ? （2-2）

由于該自鎖螺母重要的工作部位是φ7.1×3.5，該部位是由S=8的十二角柱體加工而成，所以變形后的截面積應按S=8的十二角柱體截面積計算，那么變形后的截面積：

所以變形前的坯料直徑為：

查GB 905 標準，無直徑為φ7.34的材料，所以初定變形前的坯料直徑為φ7。

又根據變形前后體積不變定律，設變形前的坯料長度為L，

變形量驗算及實際坯料尺寸確定：第一次變形：直徑由φ7鐓粗到φ7.5：

所以總變形量為：，而兩次變形量均大于10%，符合GH738的熱變形要求，因此可確定坯料尺寸為：。

坯料潤滑：冷成形時，毛坯表面磷化然后再皂化或其他處理即可達到滿意效果;而在熱加工工藝中，當達到300℃時皂化膜即焦了，反而增加摩擦，潤滑條件反而惡化。但GH738的鐓鍛成型溫度在1100°C左右，在此溫度下，目前工業上常用的潤滑劑都會失效，實際中可利用熱脹原理，讓成形后的毛冷卻收縮與模腔產生間隙后頂出。

坯料加熱：對坯料加熱，可采用帶時間繼電器、有自動斷電功能的高頻感應器加熱。批產前，需對首件進行金相檢測，以確定合理的加熱參數，完工后對未件進行金相檢測，以確定整批產品合格。

工藝路線：下料（車床）→鐓粗（沖床）→熱鐓（沖床）

3 結束語

根據多年生產實際經驗，對十二角自鎖螺母毛坯的熱鐓成形，按上述方法進行坯料計算和控制，均能滿足鐓坯要求。

參考文獻

[1]《金屬塑性成型原理》俞漢清、陳金德編 機械工業出版社出版.

[2]《緊固件概論》國防工業出版社出版.