公旭國，張立新，秦秀秀

中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司 遼寧沈陽 110043

1 序言

高溫長時試驗主要是高溫持久蠕變試驗，試驗溫度為650～1100℃，樣品與試驗機通過拉桿和夾具連接。按照GB/T 2039—2012《金屬材料 單軸拉伸蠕變試驗方法》要求，試樣聯(lián)接后的同軸度要≤10%，行業(yè)內(nèi)通用的拉桿、夾具以及樣品的聯(lián)接方式為螺紋聯(lián)接，螺紋聯(lián)接同軸度遠低于10%的要求[1]。當試驗結(jié)束后，更換樣品主要是通過旋轉(zhuǎn)的方式將樣品從螺紋夾具上拆卸下來，再將新樣品安裝到螺紋夾具上，完成新樣品的裝夾。在試驗停止后，打開高溫爐，待拉桿和夾具冷卻到試驗人員佩戴隔熱手套操作時，方可開始下一次試驗，故上述聯(lián)接方式會增加下一個樣品的安裝時間。

為了縮短兩次高溫持久試驗之間的等待時間，縮短高溫持久試驗裝夾時間，提高高溫持久試驗工作效率，本課題通過設(shè)計一種新型的工裝夾具，達到高溫試驗結(jié)束后短時間內(nèi)快速地更換工裝、裝夾新試驗樣品，開始新試驗的目的。

2 工裝現(xiàn)狀分析

2.1 原工裝設(shè)計分析

高溫持久蠕變試驗機上的工裝夾具包括夾頭、上拉桿、下拉桿及螺紋夾具。原工裝夾具為螺紋聯(lián)接，設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，均是較為傳統(tǒng)的工裝夾具聯(lián)接方式。螺紋聯(lián)接的試樣同軸度比較容易控制，且不易產(chǎn)生試樣偏斜，試樣裝夾完成后，同軸度能滿足試驗標準方法的要求。同軸度是高溫持久蠕變試驗非常重要的指標，尤其對于脆性材料，同軸度對試驗數(shù)據(jù)的影響更為顯著。

圖1 螺紋夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)

圖2 上（下）拉桿設(shè)計結(jié)構(gòu)

2.2 原工裝使用狀態(tài)分析

原工裝夾具試驗現(xiàn)場及聯(lián)接方式如圖3所示。紅色菱形部分為試樣，其通過兩端的螺紋與螺紋夾具聯(lián)接，螺紋夾具與拉桿聯(lián)接也是通過內(nèi)外螺紋聯(lián)接，拉桿與夾頭的聯(lián)接均是通過螺紋聯(lián)接。在900℃以上進行高溫試驗時，螺紋聯(lián)接的拉桿、夾具和夾頭之間因為高溫氧化原因存在黏連不能拆卸的現(xiàn)象，導致夾具報廢。

圖3 原工裝夾具試驗現(xiàn)場及聯(lián)接方式

同時這種聯(lián)接方式，試驗結(jié)束需要待夾具冷卻后，試驗人員才能佩戴手套將試樣從夾具上拆卸下來，600℃以下的試驗等待最少要1h，夾具才能冷卻，平均等待時間為3h，兩次試驗之間的間隔時間較長，導致試驗效率不高。

3 新型工裝設(shè)計

3.1 新型工裝設(shè)計要求

新設(shè)計的拉桿和夾具要聯(lián)接在試驗機上進行同軸度檢測，標準試樣任意兩相對方向彈性變形值≤10%，即任意兩相對方向彈性變形的最大值與平均值之差除以平均值≤10%。

3.2 新型工裝詳細設(shè)計

新型工裝夾具夾頭和拉桿采用帶開口式平臺聯(lián)接，夾具依然采用螺紋聯(lián)接，確保聯(lián)接后試樣的同軸度能滿足標準方法要求。此外，考慮夾頭和上下拉桿采用開口式平臺聯(lián)接，在試樣結(jié)束后，打開高溫爐，拉桿容易從夾頭的平臺上直接脫落而砸傷試驗人員，因此在開口式平臺上設(shè)計一窩形結(jié)構(gòu)，讓拉桿與夾頭的平臺接觸后在窩形結(jié)構(gòu)中不能脫落，確保夾具使用時的安全[2]。

試驗結(jié)束后，只要用長柄鉗子將聯(lián)接夾具的拉桿從夾頭中取出，換上新的裝有樣品的拉桿和夾具，即可開始新的試驗。新工裝夾具實現(xiàn)了30min內(nèi)即可完成樣品的更換。改進后快換夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場應(yīng)用狀態(tài)如圖4、圖5所示。

圖4 改進后快換夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)

圖5 改進后快換夾具現(xiàn)場應(yīng)用狀態(tài)

4 夾具同軸度試驗結(jié)果

工裝夾具的同軸度主要依靠加工時的機床保證，無具體標準指導如何進行工裝夾具的同軸度檢測，傳統(tǒng)的方式都是通過標準樣品與工裝夾具聯(lián)接，然后采用貼應(yīng)變片或者是雙邊變形光柵式傳感器進行測量并計算同軸度。試驗室采用第一種方式進行同軸度的測量并計算，結(jié)果見表1、表2。

表1 RD100型持久蠕變試驗機同軸度核查記錄

表2 GWT504型持久蠕變試驗機同軸度核查記錄

通過用同軸度驗證，證明新工裝夾具整體聯(lián)接后的同軸度符合國家標準和美國標準試驗方法的要求，可以進行試驗驗證。

新工裝夾具的高溫耐用性以及長時間試驗后的同軸度是否滿足標準要求，是考察新工裝夾具的關(guān)鍵性指標。

試驗室選取材料性能穩(wěn)定、零件號相同的GH4169高溫合金外購鍛件進行新工裝夾具使用500h、1000h及1500h后，再次進行工裝夾具同軸度驗證。試驗至500h后，再次核查試驗機的同軸度，結(jié)果見表3。試驗至1000h后，再次核查試驗機的同軸度，結(jié)果見表4。試驗至1878h后，再次核查試驗機的同軸度，結(jié)果見表5。

表3 試驗500h后RD100型持久蠕變試驗機同軸度 核查記錄

表4 試驗1000h后RD100型持久蠕變試驗機同軸度 核查記錄

表5 試驗1878h后RD100型持久蠕變試驗機同軸度 核查記錄

從同軸度驗證的數(shù)據(jù)可知，新試驗工裝夾具使用500h、1000h、1878h后，同軸度驗證都能滿足標準試驗方法中同軸度≤10%的要求。

5 結(jié)束語

新工裝的同軸度試驗滿足GB/T 2039—2012中規(guī)定的≤10%要求。

由原來裝夾等待時間約3h，通過工裝技術(shù)改進后降低至30min，裝夾效率提升約80%。檢測結(jié)果數(shù)據(jù)集中穩(wěn)定，試驗方法可靠。