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摘 要:详细介绍了十二角螺母毛坯的热镦工艺。对十二螺母毛坯的热镦工艺进行了分析,制定了热镦工艺路线,毛坯尺寸计算。
关键词:自锁螺母;热镦;要点
1 引言
十二角自锁螺母作为飞机发动机的一种高端紧固件连接件,因工作环境恶劣,所以其质量和性能至关重要,使用材料大部份为高温合金,其中以GH738材料使用最多。我国在相关方面的工作起步较晚,还没有形成基本的生产能力,和国外差距较大。近年来,承接了较多的规格的GH738十二角自锁螺母的生产、研发,在这个过程中,也总结了一点十二角自锁螺母毛坯成形的经验,现与大家共享。
2 材料分析
2.1 材料概述
GH738是一种镍基变形高温合金,采用真空感应熔炼加真空电弧重熔工艺熔炼而成。与美国的Waspaloy材料相近似,因其具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能,所发该合金在国外广泛应用于航空发动机和燃气轮机,主要用作涡轮叶片和涡轮盘,也可用作紧固件的生产。
2.2 零件工艺性分析
从结构上大至可以看作是一个由φ7.1×3.5圆柱体、S=8的十二角柱体、30°的锥台及φ11×1.2的圆柱体的组合体。φ7.1×3.5是该零件实现锁紧结构和满足试验要求的关键部位,其顯微组织的好坏对零件的性能起决定性作用。
2.3成形方案
GH738十二角自螺母因使用在航空航天领域,通常都是品种、规格多、批量不大,不宜于自动化生产,宜采用单工序镦制;
为了获得较理想的金相组织和晶粒度,需进行加热镦制,对坯料的加热用高频感应器单件加热,其优点是加热快且均匀,加热温度可控;压力设备冲床镦制,成形的同时也起到了锻打细化晶粒作用;由于坯料被加热,材料塑性提高,变形抗力减小,金属流动性较好,对设备压力要求降低、并较大提高模具寿命。
制定零件毛坯:为了保证零件的外观质量和尺寸要求,结合热镦工艺的特殊性,在螺母两端面及法兰盘外圆上均需留0.25mm~0.5mm的机械加工余量。
在实际生产中还需从以下几个因素考虑工艺用料:
1)原材料直径制造公差;2)下模顶杆与型腔之间的间隙引起逃料;3)为防止上下模直接接触损伤模具而增加工艺用料。4)坯料镦锻后密度变化;5)冷缩变化;6)模具制造公差。根据生产实际经验,工艺用料取3.5mm较为合适,所以坯料成型前的尺寸为:
(2-1)
为了获得较好的综合机械性能,在成型前还需对坯料进行整体镦粗,以细化晶料、提高高温性能。也就是说φ7.5×17是经过镦粗之后的尺寸,而坯料的实际直径小于φ7.5,实际长度大于17。由图四可知,当合金材料变形量为30%~50%之间,变形温度和平均晶粒度较理想。形量是指变形前后的截面积之差与变形前截面积之比值乘以100%,设变形前的截面积为A前,变形后的截面积为A后,变形前坯料实际直径为r前,取变形量为40%,则有:(A后-A前)÷A前×100%=40% (2-2)
由于该自锁螺母重要的工作部位是φ7.1×3.5,该部位是由S=8的十二角柱体加工而成,所以变形后的截面积应按S=8的十二角柱体截面积计算,那么变形后的截面积:
所以变形前的坯料直径为:
查GB 905 标准,无直径为φ7.34的材料,所以初定变形前的坯料直径为φ7。
又根据变形前后体积不变定律,设变形前的坯料长度为L,
变形量验算及实际坯料尺寸确定:第一次变形:直径由φ7镦粗到φ7.5:
所以总变形量为:,而两次变形量均大于10%,符合GH738的热变形要求,因此可确定坯料尺寸为:。
坯料润滑:冷成形时,毛坯表面磷化然后再皂化或其他处理即可达到满意效果;而在热加工工艺中,当达到300℃时皂化膜即焦了,反而增加摩擦,润滑条件反而恶化。但GH738的镦锻成型温度在1100°C左右,在此温度下,目前工业上常用的润滑剂都会失效,实际中可利用热胀原理,让成形后的毛冷却收缩与模腔产生间隙后顶出。
坯料加热:对坯料加热,可采用带时间继电器、有自动断电功能的高频感应器加热。批产前,需对首件进行金相检测,以确定合理的加热参数,完工后对未件进行金相检测,以确定整批产品合格。
工艺路线:下料(车床)→镦粗(冲床)→热镦(冲床)
3 结束语
根据多年生产实际经验,对十二角自锁螺母毛坯的热镦成形,按上述方法进行坯料计算和控制,均能满足镦坯要求。
参考文献
[1]《金属塑性成型原理》俞汉清、陈金德编 机械工业出版社出版.
[2]《紧固件概论》国防工业出版社出版.
关键词:自锁螺母;热镦;要点
1 引言
十二角自锁螺母作为飞机发动机的一种高端紧固件连接件,因工作环境恶劣,所以其质量和性能至关重要,使用材料大部份为高温合金,其中以GH738材料使用最多。我国在相关方面的工作起步较晚,还没有形成基本的生产能力,和国外差距较大。近年来,承接了较多的规格的GH738十二角自锁螺母的生产、研发,在这个过程中,也总结了一点十二角自锁螺母毛坯成形的经验,现与大家共享。
2 材料分析
2.1 材料概述
GH738是一种镍基变形高温合金,采用真空感应熔炼加真空电弧重熔工艺熔炼而成。与美国的Waspaloy材料相近似,因其具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能,所发该合金在国外广泛应用于航空发动机和燃气轮机,主要用作涡轮叶片和涡轮盘,也可用作紧固件的生产。
2.2 零件工艺性分析
从结构上大至可以看作是一个由φ7.1×3.5圆柱体、S=8的十二角柱体、30°的锥台及φ11×1.2的圆柱体的组合体。φ7.1×3.5是该零件实现锁紧结构和满足试验要求的关键部位,其顯微组织的好坏对零件的性能起决定性作用。
2.3成形方案
GH738十二角自螺母因使用在航空航天领域,通常都是品种、规格多、批量不大,不宜于自动化生产,宜采用单工序镦制;
为了获得较理想的金相组织和晶粒度,需进行加热镦制,对坯料的加热用高频感应器单件加热,其优点是加热快且均匀,加热温度可控;压力设备冲床镦制,成形的同时也起到了锻打细化晶粒作用;由于坯料被加热,材料塑性提高,变形抗力减小,金属流动性较好,对设备压力要求降低、并较大提高模具寿命。
制定零件毛坯:为了保证零件的外观质量和尺寸要求,结合热镦工艺的特殊性,在螺母两端面及法兰盘外圆上均需留0.25mm~0.5mm的机械加工余量。
在实际生产中还需从以下几个因素考虑工艺用料:
1)原材料直径制造公差;2)下模顶杆与型腔之间的间隙引起逃料;3)为防止上下模直接接触损伤模具而增加工艺用料。4)坯料镦锻后密度变化;5)冷缩变化;6)模具制造公差。根据生产实际经验,工艺用料取3.5mm较为合适,所以坯料成型前的尺寸为:
(2-1)
为了获得较好的综合机械性能,在成型前还需对坯料进行整体镦粗,以细化晶料、提高高温性能。也就是说φ7.5×17是经过镦粗之后的尺寸,而坯料的实际直径小于φ7.5,实际长度大于17。由图四可知,当合金材料变形量为30%~50%之间,变形温度和平均晶粒度较理想。形量是指变形前后的截面积之差与变形前截面积之比值乘以100%,设变形前的截面积为A前,变形后的截面积为A后,变形前坯料实际直径为r前,取变形量为40%,则有:(A后-A前)÷A前×100%=40% (2-2)
由于该自锁螺母重要的工作部位是φ7.1×3.5,该部位是由S=8的十二角柱体加工而成,所以变形后的截面积应按S=8的十二角柱体截面积计算,那么变形后的截面积:
所以变形前的坯料直径为:
查GB 905 标准,无直径为φ7.34的材料,所以初定变形前的坯料直径为φ7。
又根据变形前后体积不变定律,设变形前的坯料长度为L,
变形量验算及实际坯料尺寸确定:第一次变形:直径由φ7镦粗到φ7.5:
所以总变形量为:,而两次变形量均大于10%,符合GH738的热变形要求,因此可确定坯料尺寸为:。
坯料润滑:冷成形时,毛坯表面磷化然后再皂化或其他处理即可达到满意效果;而在热加工工艺中,当达到300℃时皂化膜即焦了,反而增加摩擦,润滑条件反而恶化。但GH738的镦锻成型温度在1100°C左右,在此温度下,目前工业上常用的润滑剂都会失效,实际中可利用热胀原理,让成形后的毛冷却收缩与模腔产生间隙后顶出。
坯料加热:对坯料加热,可采用带时间继电器、有自动断电功能的高频感应器加热。批产前,需对首件进行金相检测,以确定合理的加热参数,完工后对未件进行金相检测,以确定整批产品合格。
工艺路线:下料(车床)→镦粗(冲床)→热镦(冲床)
3 结束语
根据多年生产实际经验,对十二角自锁螺母毛坯的热镦成形,按上述方法进行坯料计算和控制,均能满足镦坯要求。
参考文献
[1]《金属塑性成型原理》俞汉清、陈金德编 机械工业出版社出版.
[2]《紧固件概论》国防工业出版社出版.