謝洪志++劉金玲

摘 要：金屬氟塑料襯套具有極高承載和超長壽命的特點，在飛機的關(guān)鍵潤滑部位廣泛使用，尺寸精度要求極高，成形工藝過程復(fù)雜。本文針對某型飛機平尾金屬氟塑料襯套尺寸大、精度高、成形困難等問題，通過工藝分析影響襯套成形質(zhì)量的主要因素，制定改進工藝方案，設(shè)計了帶有五級校形結(jié)構(gòu)的校正模進行襯套成形，并通過試驗得到了模具的回彈量值、襯套展開尺寸等工藝參數(shù)，最終成形出合格的平尾金屬氟塑料襯套。

關(guān)鍵詞：金屬氟塑料；襯套；多級校形模；回彈

中圖分類號：TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

金屬氟塑料帶材是一種新穎的、性能優(yōu)異的潤滑軸承材料，其主要成分是由聚四氟乙烯與金屬基體（鋼、銅）燒結(jié)而成，它綜合了金屬和聚四氟乙烯塑料的優(yōu)點，具有機械強度高、導(dǎo)熱性能優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)低、耐磨性能好及使用溫度范圍寬等優(yōu)點，可在干摩擦條件下長期使用。利用金屬氟塑料材料具有極高承載和超長使用壽命的特點，其制造的襯套在飛機的前緣襟翼、外翼、座艙蓋、起落架等部位大量使用，用以保證飛機操縱靈活性和飛行的可靠性。金屬氟塑料襯套主要結(jié)構(gòu)形式有兩種，帶凸肩和無凸肩的襯套，這兩種襯套均是由金屬氟塑料帶材卷制而成，工藝十分復(fù)雜，國內(nèi)只有少數(shù)科研院所能夠制造該類襯套，且成形的襯套規(guī)格一般在φ50mm以下，對于直徑在φ50mm以上的金屬氟塑料襯套目前無成熟的成形工藝。

某型飛機平尾大軸采用了金屬氟塑料襯套進行潤滑，襯套直徑尺寸大，精度要求高，其制造質(zhì)量直接影響飛機的機動性能和安全性。為此，開展深入的平尾金屬氟塑料襯套的成形工藝研究，確定襯套的成形方案，通過計算襯套的成形回彈量值，優(yōu)化工裝結(jié)構(gòu)及設(shè)計尺寸，精確展開毛料尺寸等，逐步提高了襯套成形質(zhì)量，并最終制造出合格的襯套零件，提高了公司在國內(nèi)同行業(yè)中的競爭力。

1.襯套結(jié)構(gòu)

平尾金屬氟塑料襯套為開口的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，設(shè)計選用δ2.6的金屬氟塑料帶材，襯套內(nèi)徑尺寸為φ133mm，外徑尺寸為φ138mm，其主要工藝參數(shù)如下：

（1）內(nèi)徑尺寸：襯套內(nèi)徑公差為φ1330+ 0.04mm。

（2）壁厚公差：襯套壁厚為δ2.5，公差要求不超過0.03mm。

（3）襯套內(nèi)表面氟塑料層無脫落。

（4）襯套的永久變形量不大于0.025mm。

2.工藝分析

對襯套結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計參數(shù)進行分析，襯套在形成過程中主要存在以下難點：

（1）襯套尺寸大、精度高

平尾金屬氟塑料襯套內(nèi)徑尺寸為φ133mm，是一般該類襯套內(nèi)徑尺寸的4倍以上，雖然襯套內(nèi)徑尺寸大，但襯套內(nèi)徑公差要求為0～0.04mm，壁厚度公差為0.03mm，尺寸精度要求極高，而且襯套采用板材成形，整個襯套開口結(jié)構(gòu)，滿足精度難度極大。

（2）表面易損傷

金屬氟塑料材料由金屬基體與表面氟塑料層復(fù)合而成，表面氟塑料層的主要成份是聚四氟乙烯，該材料在剛性模具中成形時很容易損傷，由于氟塑料層在工作時起主要作用，因此襯套設(shè)計時對表面質(zhì)量要求極高，不允許成形后氟塑料層表面存在損傷，因此對于模具結(jié)構(gòu)及模具的精度都提出了較高的要求。

（3）檢測困難

由于金屬氟塑料襯套為開口結(jié)構(gòu)，圖紙要求檢測內(nèi)徑尺寸時需把壓緊保證無對接間隙，且內(nèi)徑尺寸公差只有0.04mm，這對氟塑料襯套如何進行檢測，降低檢測誤差提出了更高的要求，檢驗夾具的結(jié)構(gòu)形式和制造精度都會直接影響檢測結(jié)果。

3.工藝方案

通過對襯套結(jié)構(gòu)及成形過程中的難點進行分析，初步確定采用預(yù)彎成形+液壓校形的工藝方法，為保證金屬氟塑料襯套的成形精度及表面質(zhì)量，需要在提高成形工裝結(jié)構(gòu)，芯模尺寸，展開毛料尺寸精度和檢測方法等方面進行工藝研究。

3.1 成形工裝設(shè)計

（1）預(yù)成形工裝

由于襯套成形精度高，金屬氟塑料襯套成形過程包括預(yù)彎成形和精確校形，預(yù)彎成形時將展開毛料彎曲成近似的圓環(huán)即可，為后續(xù)襯套的校形提供毛坯，因此預(yù)彎模具采用一般的卷圓型胎即可滿足襯套預(yù)成形要求，如圖2所示，卷圓型胎由端頭夾緊器、轉(zhuǎn)動軸、芯軸等部分組成，同時，為避免襯套內(nèi)表面的劃傷，卷圓型胎的表面粗糙度要求不大于Ra0.8。

（2）校形工裝

（a）設(shè)計原理

金屬氟塑料襯套的成形精度主要由校形工裝保證，校形工裝設(shè)計為陽模與五級陰模模芯配合的結(jié)構(gòu)形式，工裝結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，襯套校形時，將預(yù)成形后的襯套毛坯固定在陽模上，陽模帶動襯套一起逐一通過每個陰模模芯，陰陽模之間通過不斷擠壓實現(xiàn)襯套的校形，同時，為避免襯套內(nèi)表面劃傷，在工裝陽模上增加了錐形引導(dǎo)，可以保證校形時襯套與陽模同心，避免襯套壓入時偏心而導(dǎo)致的零件表面劃傷。

（b）尺寸設(shè)計

由于金屬氟塑料襯套內(nèi)表面為氟塑料層，在陽模與陰模模芯擠壓變薄時，襯套表面的氟層存在一定的變形回彈，通過對板材加壓試驗，初步確定該回彈量在0.08mm～0.09mm，已經(jīng)超過襯套的尺寸公差0.04mm，為消除氟層變形回彈對襯套成形精度的影響，在設(shè)計校正模陽模時需要增加工藝補償，襯套理論內(nèi)徑尺寸為φ1330+ 0.04mm，增加襯套回彈補償后陽模內(nèi)徑尺寸為φ133.180- 0.02mm。

校形模陰模采用五級模芯，最后一級模芯尺寸為金屬氟塑料襯套的最終尺寸，因此，該級模芯設(shè)計的內(nèi)徑尺寸與襯套外經(jīng)尺寸一致為φ138.000+ 0.02mm，該模芯之前的每級模芯的內(nèi)經(jīng)尺寸逐漸變大，且每兩級模芯之間的差值逐漸變大，這樣在襯套成形時能夠保證變形兩越來越小，逐漸提高襯套的校形精度。校形模具的陽模與陰模模芯尺寸見表1。

3.2 檢驗工裝設(shè)計

按圖紙要求金屬氟塑料襯套需要在壓緊無對接間隙的狀態(tài)下進行檢驗，因此檢驗工裝采用圓環(huán)底座與檢驗量規(guī)配合的結(jié)構(gòu)形式。工裝結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。從圖4中可以看出，檢驗工裝的圓環(huán)底座主要由內(nèi)圓環(huán)和頂出裝置組成，內(nèi)圓環(huán)的直徑尺比氟塑料襯套的外徑尺寸小0.02mm，在檢驗時通過輔助設(shè)備將襯套壓入內(nèi)圓環(huán)，保證襯套壓入時無對縫間隙。壓入后使用檢驗量規(guī)進行檢查，檢驗量規(guī)分為通規(guī)和止規(guī)，均由3個葉片組成，每個葉片弧度為70°，3個葉片同襯套內(nèi)表面具有較大的接觸面積，可以有效地保證檢驗結(jié)果的正確性。襯套檢驗合格后通過檢驗工裝的頂出裝置將零件取出。

4.成形試驗

4.1 下料

金屬氟塑料襯套通過板材彎曲成形，板材展開毛料的尺寸精度對襯套的成形性及成形精度起關(guān)鍵作用，由于金屬氟塑料材料在彎曲過程中金屬層與氟層變形量不一致，采用中性層法計算公式計算出的毛料長度存在一定偏差，因此需要在此基礎(chǔ)上選取幾個不同的展開毛料尺寸進行彎曲成形試驗。

初步選取6種長度規(guī)格作為金屬氟塑料的展開毛料尺寸，每種長度規(guī)格選取5件進行試驗，并按1～6#進行編號，具體長度尺寸規(guī)格見表2。每種規(guī)格試驗件的展開毛料的尺寸精度控制在L±0.05mm范圍內(nèi)，為保證該精度，新制毛料銼修夾具，方便工人對展開毛料的銼修及毛料的精度控制，銼修夾具結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

表2試驗件展開毛料尺寸

編號 1# 2# 3# 4# 5# 6#

長度尺寸L 425 426 426.5 427 427.5 428

4.2 預(yù)彎成形

按圖2的卷圓型胎對毛料進行彎曲成形，成形時注意保護零件內(nèi)表面不被劃傷，預(yù)彎曲成形后保證襯套的基本的圓度。

4.3 校形

金屬氟塑料襯套的校形在315t液壓機上進行，校形前將模具在液壓機上安裝固定，并調(diào)整合模的間隙值均勻，將校形模具清理干凈，模具芯模表面及零件的內(nèi)外表面涂潤滑油，防止襯套零件表面損傷，為保證襯套的校形圓度，每個試驗件校準(zhǔn)6次，每校準(zhǔn)一次后將襯套水平旋轉(zhuǎn)90°，垂直方向旋轉(zhuǎn)180°。

5.試驗結(jié)果

進行襯套校形試驗時，1#、2#試驗件僅經(jīng)過3次校形便從校形模中脫落，分析原因是毛料長度過短，經(jīng)過3次校形后的襯套外徑尺寸已經(jīng)小于模芯內(nèi)徑尺寸，從而導(dǎo)致襯套脫落。其余試驗件均正常完成6次校形。利用檢驗工裝對3#～6#試驗件進行檢測，檢測結(jié)果表明，3#和4#試驗件用量規(guī)測量時通端與止端都能通過，襯套內(nèi)徑不滿足要求。5#和6#試驗件在內(nèi)徑尺寸滿足量規(guī)檢驗要求，進行壁厚度測量時5#試驗件的壁厚均勻控制在2.49mm～2.52mm，而6#試驗件壁厚存在不均，個別點厚度超差，分析原因是襯套展開毛料尺寸過長，襯套校形時局部擠壓變形量過大導(dǎo)致。經(jīng)試驗，5#試驗件各項指標(biāo)參數(shù)滿足設(shè)計要求，可以證明工裝結(jié)構(gòu)合理，各個尺寸計算準(zhǔn)確，按該工藝方案能夠滿足金屬氟塑料襯套的成形要求。

結(jié)論

通過對金屬氟塑料襯套的成形工藝研究，實現(xiàn)了公司某型飛機平尾金屬氟塑料襯套的自行研制，滿足了公司科研生產(chǎn)需求為后續(xù)機型中襯套類零件的成形打下了堅實基礎(chǔ)。同時，該襯套的成功研制，將國內(nèi)現(xiàn)有的金屬氟塑料襯套成形的尺寸范圍提高了一倍以上，提高了我國在金屬氟塑料襯套成形領(lǐng)域的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]李衛(wèi)京，崔世海，韓建民，等.金屬-氟塑料自潤滑材料的摩擦磨損特性[J].航空材料學(xué)報，2007，27（6）：75-78.

[2]李衛(wèi)京，趙洋，韓建民，等.提速客貨車用改性氟塑料-金屬復(fù)合襯套材料的試驗研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)報，2014，28（4）：90-92.