(海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司 河北 石家莊 050200)

引言

為了滿足當(dāng)前航空導(dǎo)管系統(tǒng)減輕質(zhì)量、提高壽命和增加可靠性的要求，無擴(kuò)口導(dǎo)管被大量應(yīng)用飛機(jī)管路系統(tǒng)之中[1]，并時(shí)刻承受著高強(qiáng)度載荷及管路高壓的多重負(fù)載。特別是連接質(zhì)量裝配等問題更是對(duì)于整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)安全起著重大的影響。然而對(duì)于飛機(jī)大修而言，飛機(jī)管路的修理更是一項(xiàng)必不可少的工作。因此對(duì)于無擴(kuò)口導(dǎo)管組件相關(guān)制造及工藝的研究是十分必要的。

目前對(duì)無擴(kuò)口導(dǎo)管的研究大多局限于密封效果和密封機(jī)理，而關(guān)于無擴(kuò)口導(dǎo)管的制造和測(cè)試分析等研究較少。所以本文先后對(duì)管套材料的選取及加工工藝進(jìn)行分析確定，利用仿真軟件對(duì)其擠壓成形連接進(jìn)行數(shù)值模擬，最終確定DN12無擴(kuò)口導(dǎo)管內(nèi)脹擠壓成形連接的參考脹形壓力為280 ～ 320Mpa。生產(chǎn)出完全滿足航標(biāo)要求的導(dǎo)管組件。

一、無擴(kuò)口導(dǎo)管組件材料及加工分析

(一)管套材料的選取及分析

管套是無擴(kuò)口導(dǎo)管連接組件中的核心零部件，要求符合飛機(jī)上對(duì)于高壓力、高密封性、高疲勞強(qiáng)度等特點(diǎn)。0Cr12Mn5Ni4M03AL是上世紀(jì)50年代左右發(fā)展應(yīng)用的一種新型材料，是介于馬氏體沉淀硬化不銹鋼與奧氏體沉淀硬化不銹鋼之間的一種過度型沉淀硬化不銹鋼。即有馬氏體不銹鋼的高強(qiáng)度，又有奧氏體不銹鋼的高韌性。

無擴(kuò)口導(dǎo)管管套材料選為0Cr12Mn5Ni4M03AL，為得到更加準(zhǔn)確的力學(xué)性能，對(duì)0Cr12Mn5Ni4M03AL棒材進(jìn)行單拉試驗(yàn)得到其力學(xué)性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 0Cr12Mn5Ni4M03AL材料常溫力學(xué)性能

0Cr12Mn5Ni4M03AL具有很好的冷加工性能。因此很容易進(jìn)行拉拔、冷軋、彎曲、深拉等加工。由于其較好的可塑性，它可以加工成到需要的形狀，隨后通過常溫時(shí)效加強(qiáng)。

(二)無擴(kuò)口導(dǎo)管組件加工方案確定

針對(duì)無擴(kuò)口導(dǎo)管管套的零件尺寸、表面粗糙度及其它技術(shù)要求，對(duì)加工方案作出以下設(shè)定：

(1)材料選擇：無擴(kuò)口導(dǎo)管管套結(jié)構(gòu)為中孔薄壁零件，胚料為棒材，故將其加工為內(nèi)外圓均留有適當(dāng)余量的中空毛坯料，并初步設(shè)定一根毛坯料加工5件產(chǎn)品ΦD*160mm。

(2)定位基準(zhǔn)：無擴(kuò)口導(dǎo)管管套零件圖軸向加工的尺寸基準(zhǔn)為左端面，為保證加工零件誤差最小，設(shè)定加工順序?yàn)樽宰笾劣壹庸ぁ?/p>

(3)擬定工藝路線：原材料粗加工→固溶+冰冷處理→精加工→時(shí)效→探傷。

(4)確定加工合適刀具。

(5)合理選用切削參數(shù)及刀具參數(shù)(吃刀量和進(jìn)給速度等)。

結(jié)合上述加工方案對(duì)工件進(jìn)行加工制造(如圖所1示)，經(jīng)檢驗(yàn)管套成品的誤差在設(shè)計(jì)圖紙公差允許范圍之內(nèi)，經(jīng)濟(jì)性合理，適用于批量制造，滿足大規(guī)模修理使用。然而工件經(jīng)真空爐時(shí)效處理后，無擴(kuò)口導(dǎo)管管套外觀顏色發(fā)灰，表面粗糙度較低，在成批完工后需對(duì)外密封型面進(jìn)行拋光處理，使其達(dá)到規(guī)定要求。

圖1 管套加工實(shí)物圖

三、無擴(kuò)口導(dǎo)管制造工藝的試驗(yàn)驗(yàn)證

(1)氣壓泄漏試驗(yàn)：試驗(yàn)件按規(guī)定最小力矩安裝，并用空氣或氮?dú)膺M(jìn)行工作壓力或系統(tǒng)壓力試驗(yàn)，入水中無氣泡漏出，保持5 min以上。

(2)耐壓試驗(yàn)：試驗(yàn)件按規(guī)定最小力矩安裝，以2倍工作壓力試驗(yàn)，保持5 min以上，無滲漏和損壞。

(3)爆破壓力試驗(yàn)：試驗(yàn)件兩端管接頭留有20cm自由導(dǎo)管。半數(shù)試驗(yàn)件以最小力矩安裝，其余以最大力矩安裝。當(dāng)壓力升至耐壓壓力時(shí)，保持5 min以上。然后以140±35MPa/min增壓速度將壓力升至規(guī)定工作壓力的4倍或直至出現(xiàn)破裂或滲漏。低于4倍工作壓力時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)破裂或泄漏。

(4)重復(fù)裝配試驗(yàn)：用最小力矩將導(dǎo)管組件及接頭連續(xù)完成8次裝配和分解。第3、5、8次擰緊后應(yīng)經(jīng)受住規(guī)定的耐壓試驗(yàn)。

(5)連接強(qiáng)度試驗(yàn)：試件固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)，以4±0.3mm/min速度給試件加力直至泄漏、拉脫或斷裂，導(dǎo)管拉力不小于航標(biāo)規(guī)定值。

(6)脈沖試驗(yàn)：試驗(yàn)件以最小力矩連接，以耐壓壓力對(duì)試驗(yàn)件試驗(yàn)5 min。脈沖壓力峰值為工作壓力150%，頻率為每分鐘60±5次，壓力增加速率為775MPa/S-2100MPa/S，試驗(yàn)件應(yīng)經(jīng)受住10萬次脈沖循環(huán)，試驗(yàn)后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，過程中不得出現(xiàn)泄漏。

(7)彎曲疲勞試驗(yàn)：試驗(yàn)件以最小力矩安裝，工作壓力下經(jīng)107次彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)，拉伸彎曲應(yīng)力為導(dǎo)管材料強(qiáng)度極限的1/4(即σb/4)，過程中不允許有滲漏、破壞現(xiàn)象。

各試驗(yàn)所需設(shè)備如圖2所示：

(a)氣驅(qū)氣體增壓試驗(yàn)機(jī) (b)氣體壓縮機(jī)

(c)氣驅(qū)液體增壓試驗(yàn)機(jī) (d)MTS單拉試驗(yàn)機(jī)

圖2無擴(kuò)口導(dǎo)管組件試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備圖

四、結(jié)論

(1)管套材料為0Cr12Mn5Ni4M03AL，無擴(kuò)口導(dǎo)管組件加工工藝路線為：原材料粗加工→固溶+冰冷處理→精加工→時(shí)效→探傷。

(2)脹形壓力為280Mpa時(shí)管壁前端凹槽處受到最大壓應(yīng)變，而后隨壓力提高前端凹槽位置部分管材進(jìn)入塑性區(qū)，導(dǎo)管與管套相互擠壓程度相對(duì)減弱。

(3)脹形壓力到320Mpa時(shí)后端凹槽處彈性變形達(dá)到最高值。而后增大壓力，后端凹槽位置管材進(jìn)入塑性區(qū)。得出DN12無擴(kuò)口導(dǎo)管內(nèi)脹擠壓成形連接參考脹形壓力為280 ～ 320Mpa。