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        金屬氟塑料襯套精準(zhǔn)成形工藝研究

        2016-11-29 05:16:35謝洪志劉金玲
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年22期

        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)

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