■中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所 史獻(xiàn)營

內(nèi)環(huán)封嚴(yán)套的加工與模具設(shè)計(jì)

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某設(shè)備內(nèi)環(huán)封嚴(yán)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(gè)易損零件，內(nèi)形為配合尺寸，要裝配到設(shè)備內(nèi)環(huán)上，φ381.3-0.05-0.1mm表面焊接密封環(huán)，起封嚴(yán)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(nèi)環(huán)封嚴(yán)套零件材料為GH600，料厚1mm，此材料是一種強(qiáng)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(fù)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(nèi)形為配合尺寸，必須用模具保證。模具形式和套數(shù)決定工藝方案，工藝方案的選擇又決定模具設(shè)計(jì)形式，模具設(shè)計(jì)是該零件加工的關(guān)鍵，零件的工藝方案與模具設(shè)計(jì)必須綜合考慮。

2. 內(nèi)環(huán)封嚴(yán)套工藝方案

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

根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣計(jì)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(jù)模具（見圖2 a）預(yù)成形φ391mm弧形。因?yàn)镚H600材料強(qiáng)度高，回彈較大，理論計(jì)算回彈與實(shí)際成形后的回彈量有較大差距，所以用試驗(yàn)方法確定回彈量。通過試驗(yàn)驗(yàn)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(jì)算。圖2a是第一次零件成形所設(shè)計(jì)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(jìn)行鏜加工如圖5所示，把定位環(huán)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(gè)零件加工完成，經(jīng)檢驗(yàn)零件合格。

圖1 內(nèi)環(huán)封嚴(yán)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(shè)計(jì)

內(nèi)環(huán)封嚴(yán)套零件的加工關(guān)鍵是模具設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)的思想是保證零件 加工質(zhì)量，模具結(jié)構(gòu)簡單可靠。從內(nèi)環(huán)封嚴(yán)套的形狀看，其是方形截面的弧形鈑金件。其截面形狀規(guī)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(qiáng)度高，塑性較好。由此材料制成的鈑金零件彈性變形大。設(shè)計(jì)模具時(shí)要考慮零件的回彈因素，此件的回彈主要發(fā)生在第三工序的φ381.3mm圓上，其是大圓弧形狀，用計(jì)算回彈量的方法很難計(jì)算準(zhǔn)確，必須通過試驗(yàn)獲取回彈量。通過試驗(yàn)驗(yàn)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(shè)計(jì)φ381.3mm尺寸計(jì)算。

第三工序成形模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是確定模具形式及回彈量，第三工序成形是后續(xù)零件成形的基礎(chǔ)，同時(shí)也確定了后續(xù)工序成形的方向。

第四、第五工序成形模具的設(shè)計(jì)，主要問題是成形方式，成形次序，模具結(jié)構(gòu)。由于內(nèi)環(huán)封嚴(yán)套的形狀結(jié)構(gòu)小且尺寸精度高，造成模具設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jī)上，將使得模具結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhì)量。如果采用圓形模具結(jié)構(gòu)可解決上模的強(qiáng)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(shè)計(jì)成圓形且上下模具都不固定在壓力機(jī)上，模具結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。兩次成形零件用兩套模具，共4個(gè)零件組成，模芯通用，模芯在這里起兩個(gè)作用，一是起定位作用，二是起限位作用（限制壓力機(jī)下行）。下?？赏ㄓ茫▋擅媸褂茫?，上模分別設(shè)計(jì)為兩件。

為使上模強(qiáng)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(shí)壓4件，先把4個(gè)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(jī)工作臺中壓形。此模具上下模均不固定在壓力機(jī)上，模具自定位并在成形零件時(shí)限位（限制壓力機(jī)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(jī)工作臺上移動。此模具結(jié)構(gòu)既簡單又實(shí)用，零件經(jīng)檢驗(yàn)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(jié)語

鈑金零件加工工藝方案與模具設(shè)計(jì)是緊密相連的，工藝方案決定模具設(shè)計(jì)形式，模具設(shè)計(jì)影響工藝方案。有些鈑金零件結(jié)構(gòu)特殊，使得模具無法固定在壓力機(jī)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(shí)用加工方法。內(nèi)環(huán)封嚴(yán)套是采用這種模具加工的典型零件。

20150715