GH2132高溫合金托板自鎖螺母冷成型工藝設計

鄧繼華

摘 ?要：本文詳細介紹了GH2132高溫合金托板自鎖螺母冷成型技術的特點，對大變形量薄壁件的冷成型加工進行了工藝分析，制訂了冷成型工藝路線，根據實踐經驗總結了GH2132高溫合金托板自鎖螺母坯料制備過程中的冷鐓工藝設計要求。

關鍵詞：高溫合金托板自鎖螺母; 冷鐓工藝; 模具結構

1引言

托板自鎖螺母是一種廣泛應用于航空、航天領域的緊固件，近年來，隨著航空航天工業的發展，對緊固件的性能要求越來越高，普通碳鋼制造的托板自鎖螺母在高溫高強度的苛刻環境下不能滿足使用要求。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。

但對于高溫合金，其與碳鋼材料相比，強度高、變形困難，托板自鎖螺母托板部位冷鐓加工難以成形到位，目前市場上該類零件的坯料制備主要是在壓力機上采用多次加熱擠壓的方法予以解決，零件制造存在自動化程度低、加工時間長、生產成本高等缺點，合理設計工藝方法對零件成型及降低生產成本、提高產品質量有相當大的影響。本文在分析該產品結構的基礎上，重點討論了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度工況下工作的緊固件，在承受較高軸向載荷的同時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相結合，裝配時通過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程中產生轉動，螺紋部位進行收口，具有一定的鎖緊力，在震動環境下使用能夠防止松動。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，外徑與凸臺外圓尺寸相差較大。

3冷鐓、沖壓聯合工藝方案

新工藝采用冷鐓+沖壓工藝，冷鐓機是一種高效緊固件加工設備，工作時可以連續自動送料、加工效率高、產品一致性好、質量穩定，廣泛應用于緊固件制造領域，而國產鐵基高溫合金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、釩等合金元素發展起來的，在高溫下具有良好的綜合性能，其化學成分見表1（GJB3167-98）

緊固件加工領域，變形困難的零件一般使用多工位冷鐓機采用多次鐓壓，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，機床夾鉗無法夾持零件，所以冷鐓只能采用無需送料夾鉗的一模二沖冷鐓機，而一模二沖冷鐓機只能鐓壓兩次，零件托板部位無法變形到位，因此在采用一模二沖冷鐓機的基礎上必須考慮冷鐓、沖壓聯合工藝，先鐓后壓，鐓壓結合，使材料多次少量變形達到沖床落料尺寸的要求，工序安排見圖2。

新工藝在毛坯不加熱的情況下使用60t一模二沖冷鐓機和100t沖床，對坯料進行鍛壓，使鍛壓后的坯料尺寸能夠滿足后續沖床落料要求。一模二沖冷鐓機模具主要包括陰模、陽模和初鐓模。陰模、陽模較簡單，其型面與鐓制后毛坯外形一致，初鐓是零件成形的關鍵，初鐓時應使坯料產生盡可能大的變形量，以減少陽模鐓壓時的變形力，初鐓模主要有固定式初鐓模、活動式兩種。活動式初鐓模在其內腔有一根可伸縮的頂桿，在材料脫模時能將材料頂出模腔，便于脫模，因此模腔內能夠容留較多材料。由于該零件變形量太大，在鐓制時選用活動式初鐓模。初鐓模型腔設計見圖3，型腔孔口呈橢圓形，便于鐓制時材料向兩邊流動，有利于托板部位成型。

冷鐓機在鐓鍛時，坯料內部各質點的相對位置發生位移量大小不同的改變，陰模在工件成形過程中，在整體陰模的橫斷面生成切向應力σt及徑向壓應力σr，當受力超過陰模強度時，會導致陰模開裂損壞。為改善陰模受力環境，陰模采用組合模式，模芯采用耐沖擊的硬質合金材料，同時在模芯外過盈鑲配兩層模套，給模芯施加外應力，能夠減小工件變形產生的徑向應力，從而提高模具使用壽命。

采用組合陰模具有以下四個方面的優越性：

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

（2）能夠大大地減少模具材料成本。

（3）由于內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比見圖4

GH2132材料在冷鐓擠壓時單位擠壓力很大，金屬材料會產生劇烈的塑性變形，材料容易拉傷模腔，導致材料與模腔的摩擦力增大，形成較大的附加拉應力，大大降低材料的流動性。高溫合金托板自鎖螺母冷鐓時為降低材料流動的阻力，模具型面均進行研磨拋光處理，同時在冷擠壓前必須將材料進行表面處理，以便取得良好的潤滑作用。材料的表面潤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滑劑，特別適用于高溫高壓環境下使用，高溫合金托板自鎖螺母在鐓制時采用二硫化鉬摻加硫磺作為潤滑劑，涂抹在材料表面，在冷鐓時能起到減少摩擦的作用。

以M6規格高溫合金托板自鎖螺母為例，經上述冷鐓工藝鐓制后的坯料長度為22mm，小于零件最終長度尺寸24mm，還不能滿足后續沖床落料工序對坯料的尺寸要求，因此冷鐓后需增加拍扁工序，毛坯拍扁在100t沖床上進行，拍扁模采用坯料的凸臺定位，只需拍壓一次，拍壓后的托板部位毛坯長度尺寸可達28mm，能夠滿足M6規格托板部位落料要求。

4加工結果

采用以上冷鐓、沖壓聯合工藝，加工過程中，模具未出現開裂等不正常損耗，生產效率高，制造的坯料經探傷，表面無裂紋，外形尺寸能達到沖床落料要求。

5結束語

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，工人的勞動條件得到改善，縮短了加工周期，降低了生產成本，操作簡便可行，較好地解決了高溫合金托板自鎖螺母熱成型加工效率低、生產成本高等問題。

參考文獻

[1]龔茂良編著《緊固件冷擠壓技術及應用》社會科學文獻出版社 2013年

[2]李英亮編著《緊固件概論》北京：國防工業出版社 2014年

[3]《機械設計手冊》北京：化學工業出版社 1978年

[4]謝建新，劉靜安編著《金屬擠壓理論與技術》北京：冶金工業出版社2002.