重燃過渡段沖壓成形技術(shù)

楊樹余 常久青 劉春偉

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽 110043）

我國目前設(shè)計制造發(fā)電用燃?xì)廨啓C的技術(shù)與國際水平尚有相當(dāng)大的差距。近年來，中航工業(yè)黎明的轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)板塊，在重燃領(lǐng)域與GE等公司的合作有了長足發(fā)展。本文歸納、總結(jié)了各型號過渡段在沖壓成型工藝方面的經(jīng)驗，介紹了沖壓成形工藝技術(shù)，希望能對行業(yè)加工起到借鑒作用。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材料

圖1 過渡段的UG模型

1.1 結(jié)構(gòu)特點。圖1為典型的過渡段件實體三維模型圖。燃燒室過渡段結(jié)構(gòu)具有以下共同特點：

燃?xì)膺M口端為圓形（圓口），前接燃燒室火焰筒，后端為扇形方框（方口），整臺份過渡段組裝后形成燃?xì)馍刃苇h(huán)腔，中間為逐漸過渡的異形截面，形成中空的異型燃?xì)饬魍ǖ闹泻癜邂k金筒體件，產(chǎn)品構(gòu)型復(fù)雜。

1.2 材料。燃燒室過渡段是燃?xì)廨啓C的重要熱端部件，工作溫度可達(dá)1000℃。所選用的材料一般為中厚板鎳基高溫合金Hast.X和N263，強度高，變形抗力大，沖壓成形難度大。而過渡段外套均選用不銹鋼材料304L。

2 沖壓成形模具結(jié)構(gòu)的選擇。基于過渡段的工藝設(shè)計采用上下分型的半部分別沖壓成形工藝，依據(jù)各型別過渡段的尺寸、形狀，模具結(jié)構(gòu)大體分為三種：

2.1 自由彎曲校正結(jié)構(gòu)。如果過渡段的縱向尺寸較小，且截面形狀變化平緩、脊線起伏較小適于采用此種結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。在進行工藝準(zhǔn)備時應(yīng)優(yōu)先考慮采用此種結(jié)構(gòu)，其顯著優(yōu)點有：⑴結(jié)構(gòu)簡單，模具成本低；⑵因無需工藝壓邊，工藝余量小，材料利用率較另兩種高；⑶凹模在下，脫料方便，生產(chǎn)效率高；⑷毛料受力情況簡單，模具磨損小、壽命長，零件表面質(zhì)量好。

2.2 帶壓邊彎曲校正結(jié)構(gòu)。如果過渡段的方口、圓口的中心距較大，將會存在如下問題：⑴沖程過大，模具結(jié)構(gòu)將被加大，不僅造成模具成本提高，而且受沖床行程的制約；⑵沖壓過程毛料變形是由高到低逐步進行的，毛料受力狀態(tài)復(fù)雜，且極不平衡，其變形流動較難掌控；⑶在沖程最后"鐓死"校正狀態(tài)下，產(chǎn)生的巨大軸向分力將直接影響模具間隙和模具使用壽命；⑷過大的沖程還造成零件與凹模側(cè)壁間的長距離摩擦，不僅加速模具磨損，還嚴(yán)重影響零件表面質(zhì)量。因此，必須在模具設(shè)計時調(diào)整沖壓角度，力求使方口、圓口兩端的最高點接近同一水平高度。

如圖3所示，調(diào)整沖壓角后，模具型腔軸向剖面將形成兩個"波谷"，在沖壓過程中，這兩個區(qū)域的毛料一直處于懸空狀態(tài)，直至沖程結(jié)束時模具"鐓死"。如果采用自由彎曲彎曲結(jié)構(gòu)，毛料受彎矩作用，在兩側(cè)面無限制的狀態(tài)下，懸空區(qū)域?qū)^多地聚料，而在"鐓死"時不能將其完全展平，從而形成堆積褶皺。采用壓料裝置（壓邊圈）就是使毛坯在徑向拉應(yīng)力狀態(tài)下，逐漸彎曲流動，限制懸空區(qū)域外圍的毛坯流動過快，聚料過多，從而控制堆積褶皺的形成。

2.3 拉深校正結(jié)構(gòu)。如果過渡段脊線的起伏較大，即如前所述的"波谷"進一步加深，既使采用帶壓邊的彎曲結(jié)構(gòu)，也不能完全消除堆積褶皺。此時須采用盒形拉深校正結(jié)構(gòu)，使毛坯在雙向拉應(yīng)力作用下變形、流動，最后"鐓死"貼模。比較而言，此結(jié)構(gòu)更容易控制毛料流動變形，可以獲得較理想的沖壓件，但因其結(jié)構(gòu)特點和變形工藝的需要，毛料四周均需較大的工藝余量，材料利用率顯著降低。圖3所示亦為9FA過渡段上半部的拉深校正模具結(jié)構(gòu)圖。對過渡段而言，"拉深工藝"與"帶壓邊的彎曲校正工藝"在模具結(jié)構(gòu)上無實質(zhì)區(qū)別，差別僅在于毛料縱向尺寸的大小--毛料足夠長，沖壓后能夠在方、圓口兩側(cè)形成側(cè)壁便是"拉深"，否則就是"彎曲"。

綜合考慮各方面因素，對較復(fù)雜過渡段選擇采用"拉深校正"模具結(jié)構(gòu)，實施"帶壓邊圈的彎曲校正"沖壓工藝，這是較精益的工藝方案。即首先采用"拉深校正"工藝保證新品試制順利進行，盡快獲得合格沖壓產(chǎn)品，再通過細(xì)致的模具調(diào)試，逐步減小毛料尺寸，最大限度地提高材料利用率，形成"帶壓邊圈的彎曲校正"工藝，同時節(jié)省余量加工時間，實現(xiàn)利潤最大化的批生產(chǎn)加工。

3 沖壓成形模具調(diào)試

3.1 模具間隙。水平方向沿型間隙通過行程限位塊高度增減來調(diào)。鉛錘方向的側(cè)面沿型間隙測量困難，受結(jié)構(gòu)影響不便觀察。無導(dǎo)向自由式彎曲模具的側(cè)間隙，一般通過試件的擦痕和毛坯流動量的對比及其減薄量來判斷和研修；而帶導(dǎo)向裝置（大型模具一般采用側(cè)滑板導(dǎo)向）的模具，通常在模具帶料合模狀態(tài)下，通過對比測量導(dǎo)滑板兩側(cè)間隙來確定調(diào)修方案。必須在確定導(dǎo)滑裝置的間隙對稱均勻后，方可通過機械去除或堆焊的方式對凸凹模的側(cè)壁進行調(diào)修。

3.2 模具圓角。對于過渡段成形模而言，模具圓角的修整主要針對凹模圓角，并經(jīng)常與間隙調(diào)整同時進行。要點是對稱點一致原則，并保證沿凹模口順滑、光潔，無明顯突變。凹模圓角在機械加工時常常殘留接刀痕、與直壁相割等缺陷，是造成零件劃傷和壓痕，甚至過度減薄的主要原因，必須予以精修，使之沿毛料流動方向光滑轉(zhuǎn)接。

3.3 壁厚的控制。一般沖壓件的壁厚有減薄（拉裂）和增厚（起皺）現(xiàn)象，這是此消彼長的矛盾共同體。模具調(diào)試的目標(biāo)是找到兩者技術(shù)條件允許的契合點。起皺一般出現(xiàn)在圖3所示的"波谷"區(qū)域，位于零件脊部，在該區(qū)域毛料因聚集、失穩(wěn)而起皺。減薄區(qū)則在摩擦劇烈的模具側(cè)壁傳力區(qū)域。消除褶皺措施是限制毛料過量流入"波谷"：加大毛料尺寸（以增加壓料面積，進而增大摩擦力）、改變潤滑狀態(tài)（不加潤滑劑，甚至增大模具和零件表面的粗超度）、設(shè)置壓延筋、減小凹模圓角、減小模具側(cè)壁間隙等。反之，是控制壁厚減薄的措施。需要注意的是，調(diào)試時每次參數(shù)變化不宜超過兩個，否則易誤判或過調(diào)。

結(jié)束語：通過十年對過渡段的工藝研究、技術(shù)積累及生產(chǎn)實踐，證明過渡段實施兩半部沖壓成形，其模具的結(jié)構(gòu)選型和沖壓調(diào)試方法是完全可行的，并已經(jīng)形成規(guī)模，實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化批量生產(chǎn)。銷售收入每年超過千萬美元，占轉(zhuǎn)包鈑金產(chǎn)品的60%以上。

[1]GE公司重型燃?xì)廨啓C技術(shù)文集.哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司.2004年12月.

[2]鍛壓手冊.機械工業(yè)出版社.1996年8月